[發明專利]一種高精度自增益補償控制方法及其控制電路

有效

• 申請號: 202011333661.8
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112433471B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 于泠然;潘月斗;王磊;陳濤;馮春;于廣華
• 申請（專利權）人: 北京麥格納材科技有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種高精度自增益補償控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S101，根據惠斯通雙橋對輸出側建模，建立惠斯通電橋輸出側電壓方程；

S102，通過所述惠斯通電橋輸出側電壓方程，得到弦波電壓輸出信號與惠斯通電橋輸出的李薩茹圓電壓的實際值R，并與惠斯通電橋輸出李薩茹圓電壓的理想電壓值E0比較；

S103，設計滿足系統開環與閉環性能要求的自增益補償控制器；

S104，將所述E0與R比較得出的偏差值輸入到自增益補償控制器中，通過對偏差值進行比例和積分運算得到控制輸出電壓信號，基于偏差值實現對弦波電壓輸出信號的控制，使得所述李薩茹圓電壓的實際值R自動跟隨李薩茹圓電壓的理想電壓值E0；

所述通過所述惠斯通電橋輸出側電壓方程，得到弦波電壓輸出信號與惠斯通電橋輸出的李薩茹圓電壓的實際值R，具體為：通過所述惠斯通電橋輸出側電壓方程，得到弦波電壓輸出信號分別為u_sin和u_cos，其中所述惠斯通電橋輸出的李薩茹圓電壓的實際值R計算公式為：

所述設計滿足系統開環與閉環性能要求的自增益補償控制器，包括以下步驟：

(1)將惠斯通電橋等效為一階慣性環節，其傳遞函數數學模型為，

T_h由電橋自身屬性決定；

(2)建立自增益補償控制器數學模型：

自增益補償控制器傳遞函數為：其中K_p、K_i為待設計參數；

系統開環傳遞函數為：

系統閉環傳遞函數為：

(3)消除系統慣性環節G₁(s)，使得系統開環傳遞函數整定為純積分環節，選取得到整定后系統開環傳遞函數為：

(4)根據閉環系統特性指標確定K_i值，然后根據K_i與K_p的關系，計算K_p值，實現高精度自增益補償控制器參數整定。

2.根據權利要求1所述的高精度自增益補償控制方法，其特征在于，所述自增益補償控制器采用PI控制結構，利用閉環控制中負反饋的作用，得到惠斯通電橋輸出的李薩茹圓電壓的理想值E0與實際輸出電壓值R的偏差，通過對偏差值Δu＝E0-R進行比例和積分運算得到控制輸出電壓信號u。

3.一種高精度自增益補償控制電路，其特征在于，包括：惠斯通雙橋電路、平方和電路、開平方電路、偏差值檢測運算電路和自增益補償控制器，所述偏差值檢測運算電路、自增益補償控制器、惠斯通雙橋電路依次連接，所述惠斯通雙橋電路弦波電壓輸出信號輸出端連接平方和電路、開平方電路，所述開平方電路輸出端連接偏差值檢測運算電路的實際信號R輸入端；

所述偏差值檢測運算電路包括第一運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻，所述第一電阻一端連接惠斯通電橋輸出的李薩茹圓電壓的實際值R信號，所述第一電阻另一端連接第一運算放大器反相端，所述第三電阻連接惠斯通電橋輸出的李薩茹圓電壓的理想值E0信號，所述第三電阻另一端連接第一運算放大器同相端，所述第二電阻連接在第一運算放大器的反相端與輸出端之間，所述第四電阻連接在第一運算放大器的同相端與地之間；

所述自增益補償控制器根據磁傳感芯片輸出的李薩茹圓電壓的波動情況實時調節補償惠斯通電橋的輸出電壓，利用閉環控制的作用補償弦波電壓輸出信號u_sin和u_cos的輸出電壓幅值。

4.根據權利要求3所述的高精度自增益補償控制電路，其特征在于，所述平方和電路包括第二運算放大器、第一乘法器、第二乘法器、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻，所述第五電阻連接在第二運算放大器反相端與地之間，所述第六電阻一端、第七電阻一端分別連接第一乘法器、第二乘法器，所述第一乘法器、第二乘法器輸入端連接惠斯通電橋輸出的弦波電壓輸出信號u_sin和u_cos，所述第六電阻另一端、第七電阻另一端均連接第二運算放大器同相端，所述第八電阻連接在第二運算放大器同相端與輸出端之間。

5.根據權利要求3所述的高精度自增益補償控制電路，其特征在于，所述開平方電路包括第三運算放大器、第四運算放大器、第九電阻、第十電阻、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第三乘法器，所述第三運算放大器反相端連接第九電阻、第十電阻的一端，所述第九電阻另一端連接弦波電壓輸出信號u_sin和u_cos的平方和信號R2，所述第十電阻另一端連接第四運算放大器輸出端，所述第三運算放大器同相端通過第十一電阻接地，所述第四運算放大器反相端與輸出端之間連接第十二電阻，所述第四運算放大器反相端連接第十三電阻一端，所述第四運算放大器同相端通過第十四電阻接地，所述第十三電阻另一端連接第三乘法器輸出端，所述第三乘法器輸入端連接第三運算放大器輸出端。