[發明專利]一種量子傳感器閉環控制系統及相位誤差補償控制方法

有效

• 申請號: 201711016700.X
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN109709496B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 秦杰;湯恩瓊;萬雙愛;郭宇豪;薛帥;劉建豐
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/02
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 汝小龍

1.一種磁共振量子傳感器閉環控制系統，其特征在于：該系統包括控制器、數字直接頻率合成器DDS、磁共振量子傳感器、低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D；

數字直接頻率合成器DDS輸出的兩路正弦信號，一路信號通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節反饋給控制器，另一路信號先通過磁共振量子傳感器，然后再通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節反饋給控制器，當控制器接收到的兩路正弦信號的相位差與控制器相位參考輸入存在偏差時，控制器會對數字直接頻率合成器DDS輸出正弦信號的頻率進行調節，并將調節后數字直接頻率合成器DDS輸出的正弦信號作為激勵信號輸入磁共振量子傳感器；

所述控制器相位參考輸入為90°；

該系統還包括相位解算模塊；數字直接頻率合成器DDS輸出的兩路正弦信號，一路信號通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節，另一路信號先通過磁共振量子傳感器，然后再通過低通濾波器LPF和模擬/數字轉換器A/D環節后，先通過相位解算模塊對兩路正弦信號產生的相位誤差進行動態補償后再反饋給控制器，對磁共振量子傳感器進行閉環控制；

所述相位解算模塊根據兩路輸入信號，實時解算磁共振量子傳感器輸出正弦信號的幅值，然后解算當前磁場環境下，磁共振量子傳感器閉環控制系統存在的相位誤差補償值，以解算得到的相位誤差補償值補償磁共振量子傳感器閉環控制系統的相位誤差；

磁共振量子傳感器輸出正弦信號幅值的計算公式為：

式中：A_o為磁共振量子傳感器輸出正弦信號的幅值，T為磁共振量子傳感器閉環控制系統的控制周期，V_o(t)為磁共振量子傳感器電壓輸出，t為時間變量；

所述相位誤差補償值解算包括：

(1)設變量A_max0和的初值為0，在第一個控制周期內執行如下算法：

A_max0＝A_o (4)

式中：A_max0為磁共振量子傳感器輸出正弦信號在過去所有控制周期中幅值的最大值，為磁共振量子傳感器閉環控制系統上一控制周期的相位誤差，A_o為磁共振量子傳感器輸出正弦信號的幅值；

(2)從第二個控制周期開始，依據公式(3)求取當前周期磁共振量子傳感器輸出正弦信號的幅值A_o，然后順序執行公式(5)所述算法，并將當前周期相位誤差補償值與控制器的相位參考輸入疊加，進行磁共振量子傳感器閉環控制系統閉環控制，經過若干個控制周期的運算后，收斂后，即為待求取的當前磁場環境下控制系統存在的相位誤差補償值；

式中：A_max1為磁共振量子傳感器輸出正弦信號包括當前控制周期在內的所有控制周期中幅值的最大值，A_max0為磁共振量子傳感器輸出正弦信號在過去所有控制周期中幅值的最大值，A_o為磁共振量子傳感器輸出正弦信號的幅值，為相位誤差補償值，k_p和k_i為常量，k_p取值范圍為0.1-2，k_i取值范圍為0.01-0.2，為磁共振量子傳感器閉環控制系統上一控制周期的相位誤差，T為磁共振量子傳感器閉環控制系統的控制周期。

2.一種對權利要求1所述磁共振量子傳感器閉環控制系統的磁共振量子傳感器相位誤差進行補償控制的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、相位解算模塊實時解算磁共振量子傳感器輸出正弦信號的幅值；

步驟二、相位解算模塊解算當前磁場環境下，磁共振量子傳感器閉環控制系統存在的相位誤差補償值；

步驟三、改變磁共振量子傳感器所處穩定磁場環境的磁場強度，重復步驟一和步驟二，獲得磁共振量子傳感器在不同磁共振頻率下磁共振量子傳感器閉環控制系統的相位誤差；對磁共振頻率與相位誤差的離散關系采用1元n階方程進行曲線擬合，獲得相位誤差補償值與磁共振頻率的擬合關系表達式；

步驟四、在每個控制周期內，根據當前磁共振量子傳感器輸出的正弦信號頻率，實時更新相位誤差補償值，以實時更新補償磁共振量子傳感器閉環控制系統相位誤差。