[發(fā)明專利]一種基于模型觀測(cè)的對(duì)傳感器噪聲抑制比可調(diào)的閉環(huán)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010137995.1
• 申請(qǐng)日: 2020-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN111308892B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧宗祺;毛耀;黃永梅;陳興龍;趙志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種基于模型觀測(cè)的對(duì)傳感器噪聲抑制比可調(diào)的閉環(huán)控制方法，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，通過(guò)濾波的方式無(wú)法對(duì)頻率低于或在控制頻段附近的傳感器有色噪聲進(jìn)行有效抑制，因?yàn)闉V波器會(huì)使閉環(huán)帶寬下降并造成相位延遲。而該方法可對(duì)傳感器全頻段噪聲進(jìn)行有效抑制，同時(shí)保證系統(tǒng)閉環(huán)性能不受影響。同時(shí)，該方法可通過(guò)噪聲抑制函數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)不同頻段的噪聲抑制比進(jìn)行調(diào)節(jié)，并控制系統(tǒng)穩(wěn)定條件下的被控對(duì)象不確定范圍。本發(fā)明不增加系統(tǒng)的硬件復(fù)雜程度，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于模型觀測(cè)的對(duì)傳感器噪聲抑制比可調(diào)的閉環(huán)控制方法，該方法將傳感器輸出信號(hào)和理想數(shù)學(xué)模型的輸出信號(hào)相減得到噪聲的觀測(cè)值，再將觀測(cè)值經(jīng)過(guò)一個(gè)可以調(diào)節(jié)噪聲抑制比的函數(shù)處理后，反相疊加于傳感器輸出端從而抵消噪聲。該方法的特點(diǎn)在于：1)和傳統(tǒng)的濾波方法相比，該方法對(duì)噪聲的抑制不會(huì)影響閉環(huán)校正函數(shù)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的閉環(huán)特性；2)該方法可調(diào)節(jié)傳感器噪聲抑制比，通過(guò)適當(dāng)?shù)慕档驮肼曇种颇芰梢栽诒豢貙?duì)象存在更大不確定性時(shí)保持系統(tǒng)穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

自動(dòng)控制領(lǐng)域正在向光、機(jī)、電的高度一體化的方向不斷發(fā)展。隨著系統(tǒng)集成度的提高、逆變開關(guān)和數(shù)字電路的廣泛應(yīng)用，自動(dòng)控制系統(tǒng)的噪聲環(huán)境日趨復(fù)雜。同時(shí)，隨著科技發(fā)展，傳感器靈敏度的也在不斷提升。因此，如何避免系統(tǒng)噪聲對(duì)傳感器的干擾一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域中的重要話題。

眾所周知，傳感器在自動(dòng)控制中的一個(gè)重要應(yīng)用方向是為系統(tǒng)提供被控對(duì)象的反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的閉環(huán)控制。當(dāng)傳感器輸出信號(hào)受到系統(tǒng)中的噪聲干擾時(shí)，閉環(huán)控制的精度也會(huì)受到相應(yīng)的影響，當(dāng)噪聲干擾嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)閉環(huán)控制的不穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的噪聲抑制方法主要是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理。比較常用的濾波手段包括均值濾波，巴特沃茲濾波，貝塞爾濾波，切比雪夫?yàn)V波和橢圓濾波等等。其中，均值濾波主要是針對(duì)白噪聲進(jìn)行濾波。而通過(guò)巴特沃茲、貝塞爾和切比雪夫等濾波器可對(duì)有色噪聲進(jìn)行濾波，然而當(dāng)噪聲頻率低于閉環(huán)控制帶寬或和閉環(huán)控制帶寬接近時(shí)，使用濾波器會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的閉環(huán)特性，引起閉環(huán)帶寬降低或相位延遲等問(wèn)題。由此可見，采用傳統(tǒng)的噪聲抑制方式很難對(duì)頻率接近和低于閉環(huán)控制帶寬的傳感器有色噪聲進(jìn)行有效抑制。

針對(duì)上述情況，本文提出了一種基于模型觀測(cè)的傳感器噪聲抑制比可調(diào)的閉環(huán)控制方法。而該方法可對(duì)傳感器全頻段噪聲進(jìn)行有效抑制，同時(shí)保證系統(tǒng)閉環(huán)性能不受影響。該方法的另一特點(diǎn)在于，其傳感器噪聲抑制比可調(diào)。一般來(lái)講，被控對(duì)象隨著時(shí)間的推移，其對(duì)象特性會(huì)存在一定不確定性，如發(fā)生比例變化等。針對(duì)這種情況，本發(fā)明可通過(guò)調(diào)節(jié)抑制函數(shù)，增大可保證系統(tǒng)穩(wěn)定的比例變化范圍，從而使該方法更加適應(yīng)工程上的一般應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的傳感器噪聲問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于模型觀測(cè)的對(duì)傳感器噪聲抑制比可調(diào)的閉環(huán)控制方法。該方法可對(duì)傳感器全頻段的噪聲進(jìn)行有效抑制，而傳統(tǒng)的濾波手段對(duì)頻率低于或和控制頻段相近的傳感器有色噪聲無(wú)法進(jìn)行有效抑制。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于模型觀測(cè)的對(duì)傳感器噪聲抑制比可調(diào)的閉環(huán)控制方法，包括：

1)在對(duì)被控對(duì)象實(shí)施閉環(huán)控制前，通過(guò)掃頻方式建立從控制輸入信號(hào)r_sp(s)到傳感器輸出信號(hào)y_sp(s)的傳遞關(guān)系P(s)＝y(tǒng)_sp(s)/r_sp(s)，再通過(guò)曲線擬合獲得傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)模型P_n(s)≈P(s)，其中C(s)代表閉環(huán)校正函數(shù)，P(s)代表被控對(duì)象自身，P_n(s)代表被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，Q(s)代表噪聲抑制函數(shù)；r代表控制輸入信號(hào)，y代表閉環(huán)控制輸出，y′代表傳感器輸出，n代表傳感器噪聲；

2)對(duì)傳感器噪聲抑制的原理如下：1)通過(guò)將傳感器的輸出信號(hào)和數(shù)學(xué)模型輸出的理論信號(hào)相減得到傳感器噪聲的觀測(cè)值；2)將噪聲的觀測(cè)值經(jīng)過(guò)Q濾波器進(jìn)行處理，得到想要的噪聲抑制比|Q(s)|；3)將處理后的噪聲觀測(cè)值反相疊加于傳感器的輸出端從而進(jìn)行噪聲抑制；