專利名稱：等效電路基準型控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制物理系統(tǒng)的技術(shù)，控制的對象例如為單軸機械自動裝置、多軸機械自動裝置、曲軸機構(gòu)、傳動齒輪系、聲變換器、聲濾波器、封閉的U形管、散熱器散熱片等等，更具體地說，涉及通過控制對物理系統(tǒng)的輸入來控制物理系統(tǒng)輸出的技術(shù)。例如本發(fā)明涉及通過提供到一連接機構(gòu)驅(qū)動電動機的輸入電流控制單軸機械自動裝置的輸出，例如該機械自動裝置的一個連接機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)位置、旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)加速度，通過沖量控制來控制曲軸機構(gòu)的定向沖擊力、通過輸入聲壓控制來控制聲變換器的輸出聲壓、通過控制封閉U形管一端側(cè)的施加壓力來控制該管另一端側(cè)液位高程，以及通過控制散熱器散熱片的根部溫度來控制其遠端的溫度的技術(shù)。
序號為63-23693的日本公開的專利文本公開了上述技術(shù)中的一種類型。該公開的技術(shù)包含的步驟是分析輸入到一作為控制對象的物理系統(tǒng)的輸入量和由其輸出的輸出量之間保持的相互關(guān)系，根據(jù)分析結(jié)果建立該物理系統(tǒng)的數(shù)學模型，通過利用該數(shù)字模型，與物理系統(tǒng)操作同時平行實現(xiàn)該物理系統(tǒng)操作的計算機模擬，將物理系統(tǒng)的實際輸出與模擬的結(jié)果進行比較，當比較的數(shù)據(jù)不一致時，對不正常情況提供顯示。這種技術(shù)能夠?qū)δ承┎煌愋偷牟徽Ｇ闆r的出現(xiàn)進行檢測，因此使之成為一種發(fā)生故障自動保險的方法。
然而，計算機模擬是以數(shù)字方式進行的，需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外，對輸入量的采樣速率的確定須與計算機的性能規(guī)格相一致，不能無限制地增加。更有甚者，模擬中包含的計算需要進行對差分方程和/或與偏差有關(guān)的方程求解的操作。這個過程是相當費時間的。此外，實際數(shù)值與計算數(shù)值的比較需要數(shù)模轉(zhuǎn)換。由于需要如上所述的各種不同的時間，經(jīng)常發(fā)生不可能由計算機處理跟蹤高速發(fā)生的實際現(xiàn)象。在這樣一種情況下，不能實現(xiàn)故障自動保險的處理。特別是，復雜的物理系統(tǒng)的行為需要相當長的模擬時間。因此即使實際的現(xiàn)象發(fā)生速度并不是那樣高的情況下也難于實現(xiàn)實時模擬。當實際上利用個人計算機或掌上計算機時，這個問題不能忽略。
此外，建立數(shù)學模型和完成模擬程序需要大量的時間和勞動。在利用數(shù)學模型的計算機模擬中進一步存在的問題是由于程序故障或類似原因必然導致出現(xiàn)錯誤模擬的情況。因此，并不是總能保證高可靠地使過程的故障自動保險能實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是解決由于在模擬中占用長的時間不能跟蹤實際現(xiàn)象的問題。
本發(fā)明的另一個目的是解決模擬的低可靠性的問題。
本發(fā)明的再一個目的是解決編制模擬程序需要大量時間和勞動的問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過控制向一作為控制對象的物理系統(tǒng)的輸入量來控制該物理系統(tǒng)的輸出量。示意表示在

圖1中的控制系統(tǒng)包含一輸入控制器10，用于控制向作為控制對象的物理系統(tǒng)12的輸入量11；一等效電路18，其結(jié)構(gòu)等效于物理系統(tǒng)12；一輸出檢測裝置15，用于在出現(xiàn)有向物理系統(tǒng)12的輸入量11的期間，檢測物理系統(tǒng)12的輸出量13；基準值檢測裝置17，用于在出現(xiàn)有向等效電路18的輸入量的期間.檢測等效電路18的基準值，以及比較器裝置16，用于將輸出量檢測裝置15的檢測值與基準數(shù)值檢測裝置17的檢測值進行比較。
向等值電路18輸入與該輸入到物理系統(tǒng)12的數(shù)值相同的數(shù)值。在電路18中，不需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。這意味著不會出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，即不會出現(xiàn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中占用時間以及輸入量采樣間隔的限制可能引起向物理系統(tǒng)12的輸入量與利用數(shù)學模型進行計算機模擬的輸入量的時間上的偏差。本系統(tǒng)沒有忽略在比采樣間隔短的時期內(nèi)輸入值的變化。
根據(jù)本發(fā)明，在等值電路18中，與物理系統(tǒng)12中的現(xiàn)象等效的現(xiàn)象同時平行地發(fā)生。這就能消除在現(xiàn)有技術(shù)中模擬計算滯后實際現(xiàn)象的問題。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是物理系統(tǒng)12的輸出量是模擬量，而等效電路18的基準值也是模擬量。即僅需要比較兩個模擬量，既不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換也不需要數(shù)模轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的再一優(yōu)點是即使當物理系統(tǒng)12的行為很復雜時，等效電路18的構(gòu)成也比數(shù)學模型的建立要簡單，因此，建立數(shù)學模型能夠無需長的時間。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種控制方法。如圖1所示，即通過執(zhí)行如下步驟來實施該控制方法，步驟19通過多次測量向物理系統(tǒng)的輸入量和由物理系統(tǒng)的輸出量，測量物理系統(tǒng)的參數(shù)，步驟20計算與在測量步驟中測量的參數(shù)等效的電參數(shù)，以及步驟21，通過利用具有計算的電參數(shù)的元件構(gòu)成等值電路，通過向物理系統(tǒng)以及向等效電路輸入各輸入量進行實際控制，步驟22連續(xù)地將物理系統(tǒng)的輸出量和等效電路的基準值進行比較。步驟19到21在準備階段執(zhí)行，步驟22在實際控制的過程中執(zhí)行。
在這一方法中，在步驟19到21中構(gòu)成等值電路18，在實際控制中，物理系統(tǒng)12和等效電路18兩者同時平行受到控制。還將控制的結(jié)果連續(xù)地比較，使得能夠?qū)刂频牟徽_情況之類的出現(xiàn)進行實時檢測。
當參照附圖閱讀通過對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細介紹，本發(fā)明的上述和其它目的，特征和優(yōu)點將變得更加明顯，其中圖1是表示本發(fā)明的基本原理的示意圖；圖2是表示本發(fā)明的第一實施例的示意圖；圖3表示本發(fā)明的第二實施例的等值電路；圖4(A)和4(B)分別表示曲軸機構(gòu)及其等值電路；圖5(A)和5(B)分別表示齒輪系和其等值電路；圖6(A)和6(B)分別表示聲變換器及其等值電路；圖7(A)和7(B)分別表示聲濾波器及其等值電路；圖8(A)和8(B)分別表示封閉的U形管及其等值電路；以及圖9(A)和9(B)分別表示散熱器散熱片及其等值電路。
圖2表示適用于雙軸機械自動裝置39的本發(fā)明的第一實施例。機械自動裝置39具有一可旋轉(zhuǎn)支承該環(huán)繞第一軸48的第一轉(zhuǎn)臂44的基座45。利用第一電動機40調(diào)節(jié)第一轉(zhuǎn)臂44的旋轉(zhuǎn)角度q1。第一轉(zhuǎn)臂44具有一可旋轉(zhuǎn)支承該環(huán)繞第二軸50的第二轉(zhuǎn)臂46的自由端。利用第二電動機42調(diào)節(jié)第二轉(zhuǎn)臂46的旋轉(zhuǎn)角度q2。第一和第二電動機40和42分別產(chǎn)生與輸入電流I1和I2比例的轉(zhuǎn)矩τ1和τ2(τ1＝K1I1，τ2＝K2·I2)。利用雙軸控制器30控制輸入電流I1和I2據(jù)機械自動裝置39的工作程序，雙軸控制器30按照時間推移控制電流I1和I2。因此，機械自動裝置39根據(jù)工作程序例如按照低速旋轉(zhuǎn)、高速旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)進行操作。該雙軸控制器30包含具有內(nèi)設(shè)接口的數(shù)字計算機并能控制輸入電流I1和I2的模擬量值。
測速發(fā)電機36裝在第一電動機40上，另一測速發(fā)電機38裝在第二電動機42上。這兩個測速發(fā)電機36和38提供數(shù)值與旋轉(zhuǎn)角速度成比例的輸出量80和82。更確切地說，測速發(fā)電機36輸出的模擬量值與第一轉(zhuǎn)臂44的轉(zhuǎn)速成比例，測速發(fā)電機38輸出的模擬量值與第二轉(zhuǎn)臂46的轉(zhuǎn)速成比例。這些與轉(zhuǎn)速成比例的模擬量值被輸入到各自的運算放大器70和74的其中一個輸入端。
由兩軸控制器30控制的輸入電流I1和I2還輸入到等值電路52中。等值電路52包括一對電阻54和56。在電阻54的兩端產(chǎn)生與輸入電流I1成比例的電壓K1·I1，同時在電阻56的兩端產(chǎn)生與輸入電流I2成比例的電壓K2·I2。電阻54與連接到其上的電阻62以及線圈58一起構(gòu)成第一閉合回路67。電阻56與連接到其上的電阻64以及線圈60一起構(gòu)成第二閉合回路69。線圈58和60之間的互成為M。
第一閉合回路67具有第一電流檢測器66，它輸出的模擬量值84與第一回路67中的電流I1成比例。第二閉合回路69具有一第二電流檢測器68，它的輸出量值86與在第二閉合回路69中的電流I2成比例。將與第一閉合回路67中的電流i1成比例的量值84輸入到運算放大器70的另一輸入端。同樣，將與第二閉合回路69中的電流iz成比例的量值86輸入到運算放大器74的另一輸入端。運算放大器70將與第一轉(zhuǎn)臂44的轉(zhuǎn)速成比例的模擬量值80和與第一閉合回路67中電流i1成比例的模擬量值84相比較，當二比較值之間的差值超過預定量值時動作報警器72。運算放大器74將與第二轉(zhuǎn)臂46的轉(zhuǎn)速成比例的模擬量值82和與第二閉合回路69中的電流iz成比例的模擬量值86相比較，當二比較值之間的差值超過預定量值時動作報警器76。報警器72和76連接到雙軸控制器30，當至少其中一個報警器72、76動作時，雙軸控制器30停止機械自動裝置39的操作。當改變機械自動裝置39的停止狀態(tài)時，能夠使運算放大器70和74檢測各差值并且利用檢測的差值校正輸入電流I1和I2。
用m1代表第一轉(zhuǎn)臂44的質(zhì)量，用R1代表第一轉(zhuǎn)臂44的質(zhì)心和第一軸線48之間的距離，用m2代表第二轉(zhuǎn)臂46的質(zhì)量，用R2代表第二轉(zhuǎn)臂46的質(zhì)心與第二軸線50之間的距離，用L1代表第一和第二軸線48和50之間的距離，用I1代表第一轉(zhuǎn)臂44的慣性矩，用I2代表第二轉(zhuǎn)臂46的慣性矩，用d1代表第一軸線48圓周摩擦系數(shù)，用d2代表第二軸線50圓周摩擦系數(shù)，滿足有關(guān)由第一電動機40旋加轉(zhuǎn)矩K1·I1的圖2中所示方程(1)的條件，以及滿足有關(guān)由第二電動機42施加轉(zhuǎn)矩K2·I2的方程(4)的條件。方程(1)和(4)是由拉格朗日函數(shù)消除非線性的項得到的近似函數(shù)。
用R1代表電阻62的電阻，用L1代表線圈58的電感，用R2代表電阻64的電阻，用L2代表線圈60的電感，用M代表線圈58和60之間的互感，滿足與第一閉合回路67有關(guān)的方程(2)的條件，以及滿足與第二閉合回路69有關(guān)的方程(3)。
由方程(1)、(2)、(3)和(4)的構(gòu)成明顯看出，最好通過將電感L1、L2和M以及電阻R1和R2的值設(shè)定得與方程(1)和(4)中的系數(shù)成比例，能夠得到轉(zhuǎn)速(即旋轉(zhuǎn)角度q1和q2的各單個差值)與電流i1和i2彼此之間的比例關(guān)系。換句話說，很明顯，由方程(1)和(4)表達的多軸機械自動裝置39的行為現(xiàn)象和等值電路52的電現(xiàn)象物理上是彼此等效的。
在這一實施例中，多軸機械自動裝置39的旋轉(zhuǎn)角度、速度和加速度是通過向機械自動裝置39提供各種數(shù)值的輸入電流I1和I2而預先測量的。方程(1)和(4)中的系數(shù)是由輸入電流和這種情況下的輸出量利用最小二乘法得到的。線圈58和60、電阻62和64等的電參數(shù)是由按這種方式得到的系數(shù)中選擇的。在這種情況下，將輸入到運算放大器70的模擬量值80和84設(shè)定得彼此相等，還將輸入到運算放大器74的模擬量值82和86設(shè)定得彼此相等?？梢栽O(shè)有用于模擬量值調(diào)節(jié)的各單個運算放大器。本技術(shù)領(lǐng)域中的人員會很好地確認在機械系統(tǒng)中發(fā)生的行為現(xiàn)象與在電系統(tǒng)中發(fā)生的現(xiàn)象可以做到彼此等效。
在準備階段，測量在描述物理系統(tǒng)運動的方程(1)和(4)中的系數(shù)(或參數(shù))，并構(gòu)成用于產(chǎn)生等效電現(xiàn)象的等效電路52。即在圖2上半部中所示的系統(tǒng)是預先建立的。
在實際控制時，將輸入電流I1和I2連續(xù)地輸入到等效電路52中。在這一期間，測速發(fā)電機36和38連續(xù)地檢測來自物理系統(tǒng)的輸出量(即轉(zhuǎn)速)，同時電流檢測器66和68連續(xù)地檢測在等效電路52中的基準值(即在這一實例中的電流)。每個運算放大器70、74連續(xù)地檢測輸入到其上的兩個量值。
當在控制系統(tǒng)中沒有產(chǎn)生不正常情況時，與在物理系統(tǒng)的現(xiàn)象等效的現(xiàn)象產(chǎn)生在等效電路52中，輸入到每個運算放大器70、74上的兩個模擬量值相等，不會動作報警器72和76。當產(chǎn)生某種不正常情況例如當一障礙物與機械自動裝置39相碰撞時，為了防止進行預定的操作，使在物理系統(tǒng)中的行為現(xiàn)象與等效電路52中的現(xiàn)象不再彼此一致。例如，當?shù)谝晦D(zhuǎn)臂44的運動非預期地受到限制，第一轉(zhuǎn)臂44的轉(zhuǎn)速和第一閉合回路67中的電流不再成比例。這就導致向運算放大器70的二輸入量的量值不再一致，因此引起報警器72動作。同樣當?shù)诙D(zhuǎn)臂46的運動非預期地受到限制時，第二轉(zhuǎn)臂46的轉(zhuǎn)速在第二閉合回路69中的電流不再成比例，使向第二運算放大器74的二輸入量的量值不再一致，因此使報警器76動作。
在這一實施例中，如上所述在實際控制時，將相同的輸入數(shù)據(jù)提供到物理系統(tǒng)以及等效電路52中，以便同時平行地產(chǎn)生等效的現(xiàn)象。因此，能夠?qū)θ魏尾徽Ｇ闆r進行實時監(jiān)測，或者按計劃監(jiān)測操作。
在圖2中，發(fā)生在雙軸控制器30外部的現(xiàn)象全都利用模擬量值體現(xiàn)，監(jiān)測過程不需要任何模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換。等效電路52是一個模擬電路，在這一電路中，同時平行地得到與在機械自動裝置39的現(xiàn)象等效的行為。換句話說，在這一實施例中，等效現(xiàn)象的發(fā)生是可維持的。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)學模型模擬技術(shù)中，當輸入電流的變化與采樣速率相比很快時，輸入電流I1和I2的快速變化被忽略了。而在這一實施例中，即使輸入電流I1和I2快速變化，等值電路52也能維持與機械自動裝置39的行為等效。
如上所述，方程(1)和(4)是無非線性項的近似函數(shù)。圖2中表示的電路表示在這種情況下的近似等值電路，而在圖3中表示的是其中很好考慮了非線性項的等效電路。利用在下文將表示的方程(5)到(13)中的方程(5)到(7)中的系數(shù)，由方程(8)表示圍繞第一軸線的運動，由方程(9)表示圍繞第二軸線的運動。運動方程(8)和(9)包含非線性項以及反映了Coriolis(科里奧利)力，離心力以及機械自動裝置39的姿態(tài)變化。方程(10)是方程(8)的變換，方程(13)是方程(9)的變換。利用圖3所示電路滿足方程(11)和(12)，即該電路為其中第一回路具有自感L3、互感M2、電阻R3的電參數(shù)以及第二回路具有自感L4、互感M2和電阻R4的參數(shù)。
C1＝I1+I2+m1r12+m2l12+m2r22………………………………………(5)C2＝I2+m2r22………………………………………………………………(6)C3＝m2l1r2………………………………………………………………(7)τi=(C1+2C3cosq2)q..1+(C2+C3cosq2)q..2+(d1-2C3q2sinq2)q.1-(C3sinq2)q.22---(8)]]>τ2=(C2)q..2+(C3cosq2)q..1+(d2)q.2+(C3sinq2)q.1-----(9)2]]>k1I1+(C3sinq2)q.22=(C1+2C3cosq2)q..1+(C2+C3cosq2)q..2+(d1-2C3q.2sinq2)q.1---(10)]]>V1=L3i.1+M2i.2+R3i1-----------(11)]]>V2=L4i.2+M2i.1+R4i2--------(12)]]>k2I2-(C3sinq2)q.12=C2q.2+(C2+cosq2)q..1+d2i2----(13)]]>
如上所述，假設(shè)在機械自動裝置的運動方程中的系數(shù)與在電路中的系數(shù)成比例，則機械自動裝置中發(fā)生的機械行為和在電路中的電現(xiàn)象是彼此等效的。在這種情況下，圍繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)速度和在第一回路中的電流i1是等效的，圍繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)速度和在第二回路中的電流i2是等效的。
在考慮非限性項時還要使其中一個回路的電參數(shù)必須根據(jù)另一回路的電流進行變化。為了滿足這一要求，對于在第一回路中的電阻102和線圈104使用一電抗晶體管(reactance transistor)。對于線圈106使用一電抗晶體管用作互感。這些電抗晶體管具有這樣的特性，即它們的電阻和電感按照輸入電流變化。它們使得形成的電路如圖3所示通過設(shè)定各輸入電流，其產(chǎn)生的現(xiàn)象等效于利用方程(10)和(13)所表示的現(xiàn)象。
圖3中的電流一電壓變換器108和110按照輸入的電流控制施加到第一和第二回路上的電壓。在圖3所示電路中的用作電參數(shù)控制的電流信號是受控的。電流檢測器n2檢測在第二回路中的電流i2(其等效于q2的單個微分)。積分器114對電流檢測器112的輸出進行積分。積分器114的輸出量輸入到電抗晶體管，使得線圈104和106的電感按照在平方電路中的電流積分的余弦受到控制。示有“SQUARE”的各元件每個的輸出電流對應于輸入量的平方。示有“MULTIPLY”的各元件每個都將兩個輸入電流彼此相乘，并且輸出其乘積。示有“Sin”的元件輸出該輸入量的正弦。因此，可以使方程(10)和(11)中的系數(shù)彼此成比例，并可以使方程(12)和(13)中的系數(shù)彼此成比例。這意味著，利用圖3所示的電路，能夠使機械自動裝置和電路彼此等效。
因此可以使在第一回路中的電流i1和圍繞第一軸線的旋轉(zhuǎn)速度彼此等效，還使在第二回路中的電流iz和圍繞第二軸線的旋轉(zhuǎn)速度彼此等效。通過利用圖2所示的運算放大器70和74比較這些數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對是否按照預定的發(fā)生了等效現(xiàn)象或者產(chǎn)生某些不正常情況進行監(jiān)測。圖3中的等效電路比圖2中的等效電路實現(xiàn)更接近的近似。
然而，正如本發(fā)明人進行的各種實驗的結(jié)果所示，證實了圖2的近似等效電路即沒有任何非線性項對應的元件的電路52能夠產(chǎn)生可以實際作到等效的現(xiàn)象，以及對是否發(fā)生任何不正常情況的監(jiān)測方法能夠利用一種裝置使得當分別輸入到運算放大器70和74的差值處于預定范圍內(nèi)時不動作報警器72和76。
圖4(A)和(4B)分別表示一曲軸機構(gòu)和它的等效電路。在這一實例中，通過使施加到第一閉合回路102上的電壓與曲軸的轉(zhuǎn)矩M1成比例，使施加到第二閉合回路104上的電壓與沖擊力F2成比例和使第一和第二閉合回路102和104的電參數(shù)對應于曲軸機構(gòu)的機械參數(shù)，可以實現(xiàn)這樣的關(guān)系，即曲軸的速度或旋轉(zhuǎn)等效于在第一閉合回路102中的電流，沖擊速度等效于在第二閉合回路104中的電流。在這一實例中還像在圖2實例一樣，能夠?qū)崿F(xiàn)對曲軸機構(gòu)是否正常的監(jiān)測。
圖5(A)和5(B)分別表示傳動齒輪系及其等效電路，在這一實例中，通過使施加到第一閉合回路106上的電壓與第一齒輪110的轉(zhuǎn)矩成比例，使施加到第二閉合路108上的電壓與第二齒輪112的轉(zhuǎn)矩成比例，以及使第一和第二閉合回路106和108的電參數(shù)對應于傳動齒輪系的機械參數(shù)，做到使第一齒輪110的旋轉(zhuǎn)速度和第一閉合電路106中的電流等效，以及做到使第二齒輪112的旋轉(zhuǎn)速度和第二閉合回路108中的電流等效。這一實例像圖2所示實例一樣，能夠?qū)崿F(xiàn)對傳動齒輪系是否正常的監(jiān)測。
圖6(A)和6(B)分別表示一包含大直徑圓筒和小直徑圓筒的聲變換器及其等效電路。在這一實例中，通過設(shè)定物理系統(tǒng)(即聲變換器)的機械參數(shù)對等效電路的電路參數(shù)關(guān)系，以及在連接端A和B之間施加一與在大直徑圓筒入口處的聲壓q1成比例的電壓，可以使在小直徑圓筒出口處的聲壓q2等效于在連接端C和D之間的電壓。在這個實例中，同樣可以使在物理系統(tǒng)中的現(xiàn)象和在等效電路中的現(xiàn)象做到等效。因為像圖2的實例一樣，通過比較兩種現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)對聲變換器是否正常的監(jiān)測。
圖7(A)和7(B)分別表示一種聲濾波器及其等效電路。在這一實例中，通過在連接端E和F之間施加一與輸入聲壓P1成比例的電壓，在連接端G和H產(chǎn)生一與輸出聲壓P2成比例的電壓。
圖8(A)和8(B)分別表示一封閉的U形管及等效電路。在這一實例中，通過在連接端I和J之間施加一與施加在管的一端的壓力P成比例的電壓，使在電路中流過的電流與管的另一端處的液位高程成比例。
圖9(A)和9(B)分別表示一散熱器散熱片及其等效電路。在這一實例中，通過施加一與散熱片的根部溫度T1成比例的電壓，在連接端M和N之間產(chǎn)生一與散熱片的遠端溫度T2成比例的電壓。
上面以文字方式介紹了物理系統(tǒng)及其等效電路的各種實例。
根據(jù)本發(fā)明，同時在物理系統(tǒng)及其等效電路中產(chǎn)生相互等效的現(xiàn)象，能夠使對是否等效實際的比較能夠維持進行，因此能夠?qū)υ谖锢硐到y(tǒng)是否產(chǎn)生不正常情況進行實時監(jiān)測。此外能夠消除利用數(shù)學模型模擬所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換、采樣和數(shù)字計算所占用的時間，因此消除模擬滯后在實際現(xiàn)象以及利用不同的輸入量進行模擬的可能性。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)對復雜物理系統(tǒng)的行為進行實時監(jiān)測。此外，與利用數(shù)學模型開發(fā)模擬程序相比較，等效電路構(gòu)成的優(yōu)點是所需時間要短。此外，可以提高可靠性。
在上面已經(jīng)對本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例進行了介紹，應當理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的構(gòu)思和保護范圍的前提下，可以對設(shè)計的細節(jié)進行各種變化和改進。
權(quán)利要求
1.一種等效電路基準型控制系統(tǒng)，其通過控制向作為控制對象的物理系統(tǒng)的輸入量控制該物理系統(tǒng)的輸出量，包含輸入控制器，用于控制向物理系統(tǒng)的輸入量；一等效電路，等效于物理系統(tǒng)；輸出檢測裝置，用于檢測物理系統(tǒng)的輸出量同時經(jīng)常產(chǎn)生向物理系統(tǒng)的輸入量；基準值檢測裝置，用于檢測等效電路的基準值同時經(jīng)常產(chǎn)生向等效電路的輸入量；以及比較器裝置，用于將輸出檢測裝置的檢測量值和基準值檢測裝置的檢測量值進行比較。
2.一種等效電路基準型控制方法，其通過控制向作為控制對象的物理系統(tǒng)的輸入量控制該物理系統(tǒng)的輸出量，包含在準備階段，執(zhí)行通過多次測量一物理系統(tǒng)的輸入量和輸出量測量物理系統(tǒng)的參數(shù)的步驟，計算與在參數(shù)測量步驟中測量的參數(shù)等效的電參數(shù)的步驟、以及通過利用具有計算的電參數(shù)的元件構(gòu)成等效電路的步驟；以及在實際控制階段，執(zhí)行向物理系統(tǒng)以及向等效電路輸入各輸入量，在這種狀態(tài)下將物理系統(tǒng)的輸出量和等效電路的基準量值連續(xù)進行比較的步驟。
3.一種用于控制雙軸機械自動裝置的系統(tǒng)，該機械自動裝置具有一基座，安裝在基座上并相對基座可旋轉(zhuǎn)的第一轉(zhuǎn)臂、安裝在第一轉(zhuǎn)臂的自由端并相對第一轉(zhuǎn)臂可旋轉(zhuǎn)的第二轉(zhuǎn)臂、用于旋轉(zhuǎn)第一轉(zhuǎn)臂的第一電動機和用于旋轉(zhuǎn)第二轉(zhuǎn)臂的第二電動機，該系統(tǒng)包含一個第一閉合回路(67)，包括一具有接地端的電阻(54)，一與第一電動機中的電流(I1)成比例的電流通過電阻(54)；以及串聯(lián)的電阻(62)和線圈(58)，它們串聯(lián)在電阻(54)的兩對端之間，一個第二閉合回路(69)，包括一具有接地端的電阻(56)，與第二電動機中的電流(I2)成比例的電流通過電阻(56)；以及串聯(lián)的電阻(64)和線圈(60)，它們串聯(lián)在電阻(56)的兩對端之間；第一電流檢測器(66)，用于檢測第一閉合回路(67)中的電流；第二電流檢測器(68)，用于檢測第二閉合回路(69)中的電流；第一測速發(fā)電機(36)，用于輸出與第一轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速成比例的模擬量值；第二測速發(fā)電機(38)，用于輸出與第二轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速成比例的模擬量值；第一比較器(70)，用于將第一電流檢測器(66)的輸出量與第一測速發(fā)電機(36)的輸出量進行比較；以及第二比較器(74)，用于將第二電流檢測器(68)的輸出量與第二測速發(fā)電機(38)的輸出量進行比較；其中，電阻(62)的電阻R1、線圈(58)的電感L1、電阻(64)的電阻R2、線圈(60)的電感L2以及線圈(58)和(60)間的互感M，指定如下R1＝d1，L1＝I1+I2+m1r12+m2l12+m2r22，R2＝d2，L2＝I2+m2r22，andM＝I2+m2r22，其中d1是第一轉(zhuǎn)臂的摩擦系統(tǒng)，d2是第二轉(zhuǎn)臂的摩擦系統(tǒng)，I1是第一轉(zhuǎn)臂的慣性矩、I2是第二轉(zhuǎn)臂的慣性矩，m1是第一轉(zhuǎn)臂的質(zhì)量，m2是第二轉(zhuǎn)臂的質(zhì)量，li是第一轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心與第二轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心的間距，ri是第一轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心和其質(zhì)心之間的間距，r2是第二轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心和其質(zhì)心之間的間距。
全文摘要
通過將發(fā)生在物理系統(tǒng)的現(xiàn)象與發(fā)生在一模型中的現(xiàn)象連續(xù)地進行比較來監(jiān)測該物理系統(tǒng)正常或不正常，以在一種控制技術(shù)中，利用在模型中的誤差量評估各種功能，從而能夠使在物理系統(tǒng)和模型中的現(xiàn)象實現(xiàn)最佳配合。構(gòu)成物理系統(tǒng)的等效電路，以及向該系統(tǒng)和電路兩者提供輸入量。在這種狀態(tài)下，將物理系統(tǒng)的輸出量和等效電路的基準值進行比較。消除了長于實際現(xiàn)象時間的模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字計算所需的時間以及不能實時模擬的問題。
文檔編號B25J9/00GK1162139SQ96102748
公開日1997年10月15日 申請日期1996年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月8日
發(fā)明者吹田和嗣, 山田陽滋, 土田縫夫, 今井孝二 申請人:豐田自動車株式會社, 豐田學園