用于估算和控制反馈控制系统中非线性干扰的方法和装置制造方法及图纸

反馈控制系统，包括估算器和控制器及状态模块。控制器响应命令信号和处理反馈信号产生控制器输出以驱动设备和模块。表示设备状态的信号与模块的相应输出状态比较产生误差信号示出加给系统的干扰。估算器和控制响应误差信号产生干扰控制输出，以自适应地补偿非线性干扰。实施例中，设备是致动器，非线性干扰是摩擦力，干扰控制输出有以增加的斜波求和的最初恒定幅值，估算器感测误差信号极性转变以反向干扰输出的至少恒定分量。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for estimating and controlling nonlinear disturbances in a feedback control system

The feedback control system includes an estimator and a controller and a status module. The controller generates a controller output in response to the command signal and the processing feedback signal to drive the device and module. A signal representing the device state is compared with the corresponding output state of the module to produce an error signal indicating interference to the system. An estimator and a control response error signal generate an interference control output to adaptively compensate for nonlinear disturbances. Embodiment, equipment is actuator, nonlinear disturbance is friction, disturbance control output first to constant amplitude increasing ramp sum, estimate the sensor at least constant component measurement error signal polarity to reverse output interference.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种闭环反馈控制系统，特别涉及一种适用于考虑到“干扰”、特别是非线性干扰的控制系统。反馈控制系统是一种公知的系统并具有广泛的用途。它们可以非常简单，或可以相当尖端和复杂。其中的很多都具有用于执行功能的模拟或数字部件、具有用于传送处理或条件状态的传感器并具有用于控制处理或设备的输出。概括地说，一个反馈控制系统可以被认为具有一个命令输入端、一个反馈(条件)输入端、一个用于传送命令和反馈信号之间的关系和根据这些信号之间的误差产生用于控制处理的控制器输出的控制元件。反馈控制系统可以简单如家庭加热系统中的恒温器。在机动车两中，巡航控制和防锁定制动系统都可能包括闭环反馈控制系统。本专利技术除了响应命令和控制信号产生控制器输出作为在命令和反馈信号之间的差的结果以外，还涉及多个相当尖端的控制系统，这些系统提供和试图提供对非线性“干扰”的补偿。这种控制系统的一个有效应用是用于与诸如涡轮机或多缸内燃机的大工业引擎相关的燃料控制活门(或油嘴活门)。在这种系统中，致动器位置被控制到一个特定点以允许燃料以一个特定速率流过，和反馈系统将传送引擎参数(例如PPM)并将这些参数和输入命令信号比较以将所述致动器的位置保持在一个使误差信号保持最小的点处。通常，除了非稳定状态以外，活门是不动的。如果需要调节，控制系统必须产生一个信号以将所述活门驱动到它的一个新的位置。但是，摩擦力开始起作用，且已经知道在活门开始运动之前，必须施加一个力以克服静态摩擦。这个力必须有效地大于在不存在摩擦力的情况下将所述活门简单移动到它的一个新位置所需的力。当移动所述活门使也必须克服滑动摩擦力。在这个例子中存在被认为是非线性干扰的这些种摩擦的影响。关于这一点应当注意，通常摩擦并不总是被认为是一种干扰。但是，在诸如本申请中所披露的反馈控制系统中，对于控制目的来讲，这是一个很有用的概念。因此，摩擦将被处理为是一种干扰，并且在最佳实施例中，这是本专利技术中所要考虑的干扰。 本
内的普通技术人员明白干扰信号最终可以利用一个被适当结构的控制回路忽略掉，控制和反馈信号将最终驱动所述系统到所希望的位置。但是，由于摩擦使得通常需要一个有限的周期。但是，在这个系统中仅接收能够允许很慢的响应时间。当需要具有快速响应时间和所生成的高带宽的高响应控制时，它不接受简单地忽略干扰信号和允许在所述控制下包括所述干扰。这通常将延长响应时间并使之超出可接收的限制范围。因此，必须采取步骤以设法补偿或为所期望的非线性干扰作好准备。这最好以既不妨害整个系统的性能又不妨害响应时间并不对系统的稳定性产生有害影响的方式执行。过去，“颤抖”技术被尝试用于解决诸如这些的干扰。颤抖信号是在致力于“克服”干扰信号及其影响过程中的一个噪声信号，例如是方波或脉冲信号。颤抖信号的幅值大得足以克服所述摩擦。颤抖信号的作用是使输出信号持续震荡以使致动器在一个方向或另一个方向被驱动(只有很小的量)，这样，如果控制器产生请求活门运动的误差信号，所述颤抖将克服静态摩擦。这种技术有很多的缺点。当然，颤抖是非自适应的，所述幅值的电平必须被设置得高于可能遇到干扰的最大值。在所述摩擦的例子中，它必须被设置得高于系统预计可能遇到的摩擦最高电平。此外，摩擦是一个变化的非线性力，所述颤抖不具有适应不同摩擦力的能力。因此，颤抖逼近的使用可以提供特别大或特别小的力以克服摩擦力。另外，由于系统响应的干扰或通过使控制响应的明确减少，颤抖减小了系统的强度。已经建议了一种当干扰具有线性簇时自适应处理干扰的方式。但是，当所述干扰具有非线性时，必须采取诸如使用颤抖的另一种技术，以便逼近可接收的系统响应时间和稳定的状态性能。从前述的观点来看，本专利技术总的目的是要提供一种反馈控制系统，与简单地试图克服非线性干扰相反，该系统可估算和计算非线性系统干扰。在实现这个目的的过程中，本专利技术的目标是提供一种具有估算器和观察器以确定非线性干扰的作用、并提供能够补偿非线性干扰的幅值的输出信号的控制系统。在一个特定的执行过程中，本专利技术的目的是提供一种用于一个致动器的控制系统，该控制系统考虑了所述致动器中包括静态和滑动摩擦在内的非线性干扰，并在这种干扰产生的基础上修改所述控制信号以估计和使这种干扰的影响最小。本专利技术的最后一个目的是提供一种具有高响应能力的闭环反馈控制系统，通过估算和控制非线性干扰，该系统增加了它的响应时间，和该系统以不可逆密致系统方式达到了耐久性或稳定性。在某些方面，可以认为本专利技术的目的是提供用于某些类型控制系统的自适应颤抖效应。在实现这些任务和目的的过程中，本专利技术提供了一种系统和相应的方法，用于实现一个设备的闭环控制，在这种控制中，设备控制器响应命令输入和反馈输入产生控制器输出，并以特别有效的方式考虑了非线性干扰。提供了一个能够广泛代表所述设备并被控制器输出驱动的状态模块。比较器将表示所述设备工作条件的一个信号和状态模块的相应工作条件进行比较以产生表示其差值的误差信号。例如，来自一个设备的位置信号和从表示该位置的模块输出的状态相比较以检测所述设备和模块之间的差值。干扰估算器和控制器响应所述误差信号以根据干扰的已知非线性特性产生具有预定幅值的干扰控制器输出信号。提供了一个用于将作为辅助输入的干扰控制器的输出耦合到所述设备上以补偿非线性干扰的装置。在所感兴趣的干扰是摩擦的情况下，干扰估算器和控制器产生包括其电平稍微低于已知存在于该系统中最小电平干扰的第一恒定分量的两个电平输出。第二分量是一个加到所述恒定分量上的斜波，这些信号的和迅速使得该系统穿过非线性干扰。误差信号本身通过反转极性表示，输出经过所述干扰处的点以及随后干扰控制器的输出也被反相。本专利技术的特性在于干扰估算器和控制器将一个补偿信号加到具有一个幅值的设备控制信号上以满足对非线性干扰的补偿，和持续反相控制点的极性。以最佳实施例的形式构成的本系统在所述致动器的输出上产生一个非常小的周期，以使能够很容易地克服摩擦的影响而不会产生过分磨损和致动器的运动的有害结果。本专利技术的另一个特性在于可以提供一个非常稳定和线性的控制和以不影响基本线性控制强度的方式覆盖干扰估算器和控制器。根据本专利技术的某些方面，本专利技术的特性还在于与设备条件有关的最佳化基本设备控制，和构成非线性干扰估算器和控制器以计算非常小的致动器运动和由非线性干扰引入的非常小的误差而不会影响整个基本设备控制回路的强度。通过下面结合附图的详细描述，本专利技术的其他目的和优点将便得更加明显。附图说明图1的简要方框图表示一个具有颤抖模块以克服干扰的传统PID反馈控制系统 图2的方框图示出了根据本专利技术具有干扰估算器和控制器的反馈控制系统；图3与图2类似，但表示本专利技术的另一个实施例，它示出了控制系统中干扰估算器和控制器的不同连接，并示出了本专利技术的外延。图4示出了具有所述控制的致动器系统的第二阶状态模块；图5的简要方框图示出了根据本专利技术的干扰估算器和控制器；图6示出了根据本专利技术的更加复杂的干扰估算器和控制器。本专利技术特别从用于一个致动器的反馈控制系统的角度进行描述，在这个反馈控制系统中，将被补偿的非线性干扰是与该致动器相关的摩擦力。但是，该描述将更加着重于通常更加适用于反馈控制系统并以非线性干扰为目标的本专利技术，和其中提供了一种用于估算和控制这种非线性干扰的影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于受到非线性干扰的设备的控制系统，包括： 一个控制器，用于响应一个外部命令信号和第一反馈控制信号产生第一控制器输出信号； 一个模块，用于响应所述第一控制器输出信号估算所述设备对所述第一控制器输出信号的应答，所述模块产生包括作为结果的设备应答的所述第一反馈信号； 第一装置，用于将实际的设备应答和所述第一反馈信号进行比较，所述第一装置借此产生第一误差信号； 一个干扰估算器，用于响应所述第一误差信号产生被计算逼近非线性干扰校正的第一输出补偿信号；和 第二装置，用于求和所述第一控制器输出信号和所述第一输出补偿信号，所述第二装置据此产生用于驱动所述设备的被补偿的设备命令信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JS威廉三世，
申请(专利权)人：伍德沃德调控器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]