[發(fā)明專利]一種基于系統(tǒng)辨識(shí)與頻響校正的傳感器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810564896.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN108759875B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊雙龍;楊睿;查富圓;邵春莉;劉厚德;谷恒;徐科軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D3/036
• 分類號(hào): G01D3/036
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 彭超

本發(fā)明為一種基于系統(tǒng)辨識(shí)與頻響校正的傳感器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，將時(shí)域辨識(shí)法與頻域設(shè)計(jì)法相結(jié)合，用于傳感器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)，以有效提高傳感器的時(shí)頻域動(dòng)態(tài)測(cè)量性能。首先，對(duì)傳感器進(jìn)行階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)以獲取其動(dòng)態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；其次，采用系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)傳感器的一次補(bǔ)償器，用于降低傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差；然后，根據(jù)傳感器經(jīng)一次補(bǔ)償后的頻響特性進(jìn)行誤差超限模態(tài)分析和二次補(bǔ)償器的循環(huán)構(gòu)造，用于一次補(bǔ)償后的頻響校正，以拓寬傳感器的測(cè)量帶寬；最后，在應(yīng)用中，采用一次補(bǔ)償器和二次補(bǔ)償器依次對(duì)傳感器的測(cè)量輸出進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而確保有效提高傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量的時(shí)域跟隨性能和頻域測(cè)量帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器動(dòng)態(tài)誤差校正技術(shù)，特別是一種適用于傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差的時(shí)域?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，解決了現(xiàn)有傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)不能有效補(bǔ)償?shù)碗A誤差超限模態(tài)時(shí)而無(wú)法拓寬傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量帶寬的問題。

背景技術(shù)

傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差是限制傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量帶寬、制約其動(dòng)態(tài)測(cè)試性能的重要因素。應(yīng)用中對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是降低傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差、提高其動(dòng)態(tài)測(cè)量性能的重要途徑。傳感器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵在于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)。目前，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法已有很多，比如零極點(diǎn)配置法、系統(tǒng)辨識(shí)法等等。零極點(diǎn)配置法依賴于傳感器的動(dòng)態(tài)模型，主要是構(gòu)造補(bǔ)償器使其零極點(diǎn)與傳感器模型中不合理的零極點(diǎn)相消，并引入系統(tǒng)期望的零極點(diǎn)，從而使傳感器級(jí)聯(lián)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器后達(dá)到期望的動(dòng)態(tài)性能，該方法在傳感器為非最小相位系統(tǒng)且主導(dǎo)正零點(diǎn)較小時(shí)難以獲得滿意的補(bǔ)償效果。系統(tǒng)辨識(shí)法在本質(zhì)上與零極點(diǎn)配置法類似，但該方法不依賴于傳感器動(dòng)態(tài)模型，而是通過傳感器的實(shí)際輸出和期望輸出辨識(shí)得到傳感器動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的參數(shù)，通常能獲得較好的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。常用的系統(tǒng)辨識(shí)法有最小二乘法、預(yù)報(bào)誤差參數(shù)估計(jì)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等等。由于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是在時(shí)域進(jìn)行，所以這些方法也主要是從時(shí)域角度出發(fā)以使傳感器經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的輸出與期望輸出之間的時(shí)域誤差最小為準(zhǔn)則來(lái)辨識(shí)獲得傳感器的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器。雖然，系統(tǒng)辨識(shí)法獲得的補(bǔ)償器在時(shí)域通常能有效降低傳感器的階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量，從而獲得比較好的補(bǔ)償效果，但若傳感器輸出信號(hào)中高階模態(tài)分量的誤差遠(yuǎn)大于低階模態(tài)分量誤差，系統(tǒng)辨識(shí)法獲得的補(bǔ)償器則往往會(huì)忽略對(duì)幅值分量較小的低階模態(tài)的補(bǔ)償。這時(shí)，若低階模態(tài)分量誤差已超出允許誤差帶，則會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償器雖然能大幅降低傳感器測(cè)量輸出的時(shí)域動(dòng)態(tài)誤差，但不能有效拓寬傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量帶寬。為表述方便，下面將超出允許誤差帶的模態(tài)分量稱為誤差超限模態(tài)。另外，若傳感器存在非最小相位環(huán)節(jié)且主導(dǎo)正零點(diǎn)較小，往往會(huì)使系統(tǒng)辨識(shí)得到的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器雖然能縮短階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)時(shí)間但會(huì)加長(zhǎng)上升時(shí)間從而也會(huì)導(dǎo)致傳感器的測(cè)量帶寬被降低。針對(duì)這些情況，系統(tǒng)辨識(shí)法往往很難在時(shí)域響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量和頻域測(cè)量帶寬之間取得一個(gè)比較好的平衡，從而影響對(duì)傳感器測(cè)量輸出的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決現(xiàn)有傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)不能有效補(bǔ)償?shù)碗A誤差超限模態(tài)時(shí)從而無(wú)法拓寬傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量帶寬的問題，提供一種基于系統(tǒng)辨識(shí)設(shè)計(jì)傳感器一次補(bǔ)償器、基于頻響校正構(gòu)造傳感器二次補(bǔ)償器并對(duì)傳感器測(cè)量輸出進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：首先，采用階躍響應(yīng)法對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，獲取傳感器的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；其次，采用系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)傳感器的一次補(bǔ)償器，用于降低傳感器的時(shí)域動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差；然后，根據(jù)傳感器經(jīng)一次補(bǔ)償后的頻響特性分析制約其測(cè)量帶寬的誤差超限模態(tài)，并進(jìn)行二次補(bǔ)償器的循環(huán)構(gòu)造和二次循環(huán)補(bǔ)償后誤差超限模態(tài)的分析，直至在傳感器期望測(cè)量帶寬內(nèi)無(wú)誤差超限模態(tài)，據(jù)此得到的二次補(bǔ)償器用于傳感器經(jīng)一次補(bǔ)償后各誤差超限模態(tài)的頻響校正，以拓寬傳感器的測(cè)量帶寬；最后，在應(yīng)用中，采用系統(tǒng)辨識(shí)設(shè)計(jì)的一次補(bǔ)償器和構(gòu)造的二次補(bǔ)償器依次對(duì)傳感器的測(cè)量輸出進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而提高其時(shí)域測(cè)量的動(dòng)態(tài)跟隨性能并有效拓寬其頻域測(cè)量帶寬。其中，二次補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)由比例環(huán)節(jié)、二階微分環(huán)節(jié)和二階振蕩環(huán)節(jié)組成，傳遞函數(shù)參數(shù)根據(jù)各誤差超限模態(tài)的幅頻曲線來(lái)計(jì)算。

本發(fā)明的技術(shù)流程為：動(dòng)態(tài)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)1→一次補(bǔ)償器辨識(shí)2→二次補(bǔ)償器循環(huán)構(gòu)造3→傳感器時(shí)域動(dòng)態(tài)補(bǔ)償4，如圖1所示。