[发明专利]一种不同带宽传感器的最优闭环融合方法

摘要

本发明公开了一种不同带宽传感器的最优闭环融合方法，传统的闭环融合控制能够一定程度提高测量带宽，但是这种方式需要手工调整控制器参数的方法，很难得到最优值，造成在频率交接点存在一定的波动，降低使用融合数据的控制器的性能。针对以上问题，提出了一种提高测量带宽的最优闭环融合方法。本发明的思路与传统方法正好相反，建立带参数的校正器，然后推导融合输出的闭环特性，以最优融合输出作为条件，解算校正器参数。本发明的方法可有效扩展低带宽传感器的测量带宽，同时对幅值和相位的影响很小。

主权项

1.一种不同带宽传感器的最优闭环融合方法，其特征在于：该方法步骤如下：步骤(1)：将振动量作为控制器输入参考，分别送入低带宽传感器和高带宽传感器，加入校正器对低带宽传感器的输出进行校正；步骤(2)：将高带宽传感器输出和校正后的低带宽传感器输出的融合输出作为控制器、低带宽传感器和高带宽传感器组成的控制系统的反馈量；步骤(3)：设计校正器，建立带参数的校正器，然后推导融合输出的闭环特性，以最优融合输出作为条件，解算校正器参数；具体步骤如下：步骤(1)：利用闭环融合滤波的基本控制，其中高带宽传感器采用G_High(s)，低带宽传感器G_Low(s)，其融合后的输出特性为：其中，Y(s)表示控制系统输出特性，R(s)表示控制系统输入特性，G_C(s)表示控制系统校正器，G_Close(s)表示控制系统闭环特性，G_Restrain(s)表示系统抑制特性；步骤(2)：对于系统反馈回来的信号，将高带宽和校正后的低带宽的融合输出作为系统反馈量；步骤(3)：对于如式(1)所示的输出特性，要得到理想的特性，则要求融合滤波器闭环特性使得：融合滤波器抑制特性使得：将低通传感器和高通传感器的传递特性分别近似为：和其中，ω_Low表示低通传感器角频率，ω_High表示高通传感器角频率；若校正器的闭环特性Φ(s)为1阶低通滤波器，其频率特性为：则抑制特性为：融合后的输出的频率响应特性为：F(s)|_s＝jω＝φ(s)·G_Low(s)+D(s)·G_High(s)|_s＝jω  (8)其幅值描述为：传感器输出的期望特性为：|F(jω)|＝1  (10)即融合输出为全通，则融合滤波器的设计要求变为寻求一个ω_Filter，在所使用的频率范围内，使得|F(jω)|与1的偏差最小；令k为融合比，ω_Filter的取值为：可得，ω_Filter＝ω_Low^k·ω_High^(1‑k)  (12)其中，k的取值在0～1之间，当k＝0时，ω_Filter＝ω_High；k＝1时，ω_Filter＝ω_Lo_w，要获得更好的滤波特性，可将校正器的闭环特性Φ(s)设计为2阶，甚至3阶低通滤波器，2阶频率特性为：3阶频率特性为：