基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法技术

本发明专利技术公开基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法，具体为：步骤1、建立科氏力传感器机电耦合动力学模型，得到科氏力传感器一阶固有频率处的传递函数；步骤2、将科氏力传感器的实际输出信号分别进行峰值检测和相位差计算，然后其计算的值与有效模型解算信息进行对比，进而形成了科氏力传感器的驱动信号；步骤3、引入归一化相位误差作为相位控制的测量信息，用于瞬态变化时激发科氏力传感器的固有模态并验证科氏力传感器是否达到稳定状态；步骤4、利用状态观测模型对科氏力传感器的扰动进行在线估计，当流体与敏感管之间的耦合扰动作用变大时，将科氏力传感器的估计干扰值进行在线补偿。该方法能准确跟踪科氏力传感器的动态响应变化。动态响应变化。动态响应变化。

【技术实现步骤摘要】
基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法


[0001]本专利技术属于仪器仪表
，具体涉及一种基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济不断进步，各行各业的发展日新月异，流量计作为工业生产和过程控制中使用广泛的计量仪表之一，其测量结果的精准度对整个生产环节有着十分重要的意义。相比于传统的体积流量计，科氏力传感器不仅能直接测量流体的质量流量，还可测量流体密度，并且具有较高的测量精度，故广泛应用于工农业生产、科学研究、对外贸易等领域。目前国内科氏力传感器生产厂商大多采用模拟驱动方公式进行工作，此方法通过增益控制输出直接将传感器检测到的振动信号放大后作为激励信号，由于该控制架构简单，所以普遍应用于各种型号的科氏力传感器。然而，在科氏力传感器的实际应用中，这种传统的驱动方公式存在不可忽视的问题。一方面，由于实验环境的影响和测量的特殊性易受外界噪音干扰，导致模拟驱动中的激励信号也会包含这些噪音和干扰信号，从而降低了科氏力传感器的测量精度；另一方面，当科氏力传感器测量非常规流体时(如批料流或气/液两相流等)，无法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、建立科氏力传感器机电耦合动力学模型，进一步得到科氏力传感器一阶固有频率处的传递函数；步骤2、将科氏力传感器的实际输出信号分别进行峰值检测和相位差计算，然后其计算的值与有效模型解算信息进行对比，进而形成了科氏力传感器的驱动信号；步骤3、引入归一化相位误差作为相位控制的测量信息，用于瞬态变化时激发科氏力传感器的固有模态并验证科氏力传感器是否达到稳定状态；步骤4、利用状态观测模型对科氏力传感器的扰动进行在线估计，当流体与敏感管之间的耦合扰动作用变大时，将科氏力传感器的估计干扰值进行在线补偿。2.根据权利要求1所述的基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法，其特征在于，步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、当科氏力传感器正常工作时，根据牛顿运动定律，得到：公式(1)中，F(
·
)为激振器的输出力，m为含流体敏感管的等效质量，c为敏感管的等效阻尼，k为两敏感管的等效刚度，x(
·
)为敏感管的位移，t为时间；其中，激振器的输出力表示为：F(t)＝B1l1i(t)＝k1i(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)科氏力传感器的输出电压信号表示为：公式(2)和(3)中，l1和l2分别代表激励线圈和检测线圈的导体长度，B1和B2分别代表激励磁铁和检测磁铁的磁感应强度，v(
·
)为检测器的输出电压，i(
·
)为激励线圈的电流，为传感器的速度，k1为输出力系数，k2为输出电压系数；步骤1.2、依据公式(1)所示的动力学模型，将公式(2)和(3)经过拉氏变换，得到科氏力传感器一阶固有频率处的传递函数G(s)：公式(4)中，k3＝k1k2/m，d1为科氏力传感器的阻尼因子，ω0为科氏力传感器的自然角频率，k3为比例系数。3.根据权利要求2所述的基于状态观测模型的科氏力传感器驱动控制方法，其特征在于，步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、当科氏力传感器处于稳定状态时，给出其线性微分方程和科氏力传感器的输出表达为：
公式(5)中d1为科氏力传感器的阻尼因子，ω0为科氏力传感器的自然角频率，u1(
·
)和y1(
·
)分别为输入信号和输出信号，k
u
为输入信号系数；公式(5)中位移x(
·
)是关于时间的函数，则函数x1(t)、和写成相关的相量表达公式：x1(t)＝Im{(X
1R
+jX
1I
)e
jφ(t)
}
ꢀꢀꢀꢀ
(7)(7)其中，X
1R
和X
1I
为时域函数x1(
·
)对应相量的实部和虚部，Φ(
·
)为时域函数x1(
·
)对应相量的矢量角，为Im(
·
)为虚部符号；将公式(7)～(9)代入公式(5)中，将微分方程写成实部和虚部的相量形公式：相应地，科氏力传感器的谐波激励信号写成相量表达公式：u1(t)＝Im{(U
1R
+jU
1I
)e
jφ(t)
} u1(t)＝Im{(U
1R
+jU
1I
)e
jΦ
’
(t)
}
ꢀꢀꢀꢀ
(11)其中，U
1R
和U
1I
为时域函数u1(
·
)对应相量的实部和虚部，Φ
’
(
·
)为时域函数u1(
·
)对应相量的矢量角，由公式(10)看出决定科氏力传感器的参数是d1和ω0；步骤2.2、依据科氏力传感器的相量表达公式，通过线性化控制定义参考相量模型为：步骤2.2、依据科氏力传感器的相量表达公式，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令飞，张朝辉，石磊，
申请(专利权)人：西安精擘华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：