專利名稱：壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體地說，是一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識技術(shù)，適用于對數(shù)字信號相關(guān)參數(shù)以及壓電陶瓷參數(shù)進行辨識，可用于控制裝置，如自動化 裝置、精密儀器、機械、電力、化工試驗等。
背景技術(shù)：
目前，壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法一般有三種(1).壓電參數(shù)辨識算 法、(2).壓電參數(shù)在線辨識算法、(3).采取機理模型動態(tài)補償方法，辨識模型參數(shù)。以上方法通常采取人工方式檢測壓電陶瓷參數(shù)，而目前有關(guān)壓電陶瓷性能試驗、 參數(shù)測試方法和文章雖然有許多，但尚無專門用于壓電陶瓷壓電參數(shù)在線辨識的有效方法 與監(jiān)測裝置。因此如何提高場壓電參數(shù)在線辨識算法的效率，減少操作人員的勞動強度，成 為壓電陶瓷參數(shù)測試急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于壓電陶瓷壓電參數(shù)在線辨 識的有效方法與測試裝置。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明首先提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法，包含以下步驟將壓力 傳感器測得的信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號；通過信號屏蔽線將電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給 單片機；單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識包括離線辨識和在線辨 識，參數(shù)辨識采用最小二乘法原理，在不斷獲得測量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)；以及，重復(fù) 上述過程，直到滿足參數(shù)的精度要求。所述在線辨識采用遞推算法。所述單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和參數(shù)優(yōu)化是指，單片機將參數(shù)辨識補償 算法與優(yōu)化控制算法相結(jié)合，建立壓電陶瓷具有普適性的特征參數(shù)和變化規(guī)律。所述單片機得到的信號還包含來自電流傳感器和頻率傳感器的信號。
本發(fā)明另外提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置，其包含輸入模塊、輸出 模塊和信號處理模塊，所述信號處理模塊進一步包含參數(shù)辨識單元與參數(shù)優(yōu)化單元，參數(shù) 辨識單元包括離線辨識部分和在線辨識部分，參數(shù)辨識單元采用最小二乘法原理，在不斷 獲得測量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)。所述在線辨識部分采用遞推算法對數(shù)據(jù)進行處理。所述參數(shù)優(yōu)化單元包含信號濾波與變換部分和先進控制算法部分。所述輸入模塊包含壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳感器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的積極效果是
本發(fā)明利用最小二乘法原理，采取滾動優(yōu)化預(yù)測方法，獲得的優(yōu)化解將隨著運行工況 及優(yōu)化目標的不同而移動，優(yōu)化過程中能充分滿足操作過程中不同的軟、硬約束條件，實現(xiàn)壓電陶瓷參數(shù)在線辨識。 本發(fā)明利用最小二乘法原理，利用增益調(diào)度理論來求解實際的適應(yīng)于工作點變化 的非線性壓電陶瓷參數(shù)辨識問題，建立基于壓電陶瓷模型參數(shù)在線辨識的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 確保壓電陶瓷參數(shù)達到要求的數(shù)值。本發(fā)明利用傳感器檢測電流、頻率數(shù)值大小，單片機通過壓電參數(shù)在線辨識，建立 其數(shù)學(xué)模型，得到實時壓電陶瓷參數(shù)，調(diào)整壓電陶瓷的加工參數(shù)，確保壓電陶瓷參數(shù)達到要 求的數(shù)值，有利于壓電陶瓷的工業(yè)化研究與試驗。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施和優(yōu)點作進一步解釋。


附圖1是本發(fā)明的一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法的流程示意圖。附圖2是本發(fā)明的一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置的方塊示意圖。附圖3顯示附圖2所示的裝置的工作方法。
具體實施例方式參見附圖1，本發(fā)明首先提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法，包含以 下步驟步驟sl，將壓力傳感器測得的信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號；步驟s2，通過信號屏 蔽線將電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給單片機；步驟s3，單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和 參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識包括離線辨識和在線辨識，參數(shù)辨識采用最小二乘法原理，在不斷獲得 測量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)；以及，步驟s4，重復(fù)上述過程，直到滿足參數(shù)的精度要求。繼續(xù)參見附圖1，所述在線辨識采用遞推算法。轉(zhuǎn)換器與單片機相連接，可將電信 號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并直接傳送給單片機進行數(shù)字采集、參數(shù)辨識、參數(shù)優(yōu)化等辨識過程。所 述單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和參數(shù)優(yōu)化是指，單片機將參數(shù)辨識補償算法與優(yōu)化 控制算法相結(jié)合，建立壓電陶瓷具有普適性的特征參數(shù)和變化規(guī)律。所述單片機得到的信 號還包含來自電流傳感器和頻率傳感器的信號。參見附圖2，本發(fā)明依據(jù)上述方法還提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識 裝置，其包含輸入模塊10、輸出模塊20和信號處理模塊30，所述信號處理模塊30進一步包 含參數(shù)辨識單元31與參數(shù)優(yōu)化單元32，參數(shù)辨識單元包括離線辨識部分和在線辨識部分， 參數(shù)辨識單元31采用最小二乘法原理，在不斷獲得測量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)。繼續(xù)參見附圖2，所述在線辨識部分采用遞推算法對數(shù)據(jù)進行處理。所述參數(shù)優(yōu)化 單元32包含信號濾波與變換部分和先進控制算法部分，還可以進一步包含PID控制部分和 先進控制改進的PID控制部分。所述輸入模塊10包含壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳感 器，數(shù)據(jù)處理模塊30中的單片機采集到的數(shù)據(jù)包含來自壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳 感器的數(shù)據(jù)。這樣，在對壓電陶瓷參數(shù)離線辨識方法的基礎(chǔ)上，附加了壓電陶瓷參數(shù)辨識用 的電流、頻率傳感器，通過單片機控制器進行壓電參數(shù)在線辨識，并進行極化過程控制，確 保壓電陶瓷參數(shù)達到要求的數(shù)值。輸入模塊10和輸出模塊20通過光電隔離單元隔離。附圖2所示的整個裝置由單片機控制、檢測電路、電流與頻率檢測和辨識部分組 成。附圖3進一步詳細顯示了該裝置的工作方法，工作流程為電流、頻率信號檢測單元 —51單片機單元一參數(shù)辨識一模型參數(shù)辨識一調(diào)整控制輸出一壓電陶瓷參數(shù)符合要求數(shù)值。壓電陶瓷參數(shù)的在線辨識控制，核心是壓電陶瓷參數(shù)檢測方法和辨識算法的優(yōu)化。本發(fā)明所依據(jù)的壓電作動器數(shù)學(xué)模型、技術(shù)關(guān)鍵以及算法原理是
1.壓電作動器數(shù)學(xué)模型。壓電材料工作時，其諧振曲線基本上是對稱的，不對稱部分主 要是由等效夾持電容造成的?？紤]實際損耗時得到數(shù)學(xué)模型 ￥ = Yd
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法，其特征在于，包含以下步驟將壓力傳感器測得的信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號；通過信號屏蔽線將電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給單片機；單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識包括離線辨識和在線辨識， 參數(shù)辨識采用最小二乘法原理，在不斷獲得測量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)；以及重復(fù)上述過程，直到滿足參數(shù)的精度要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法，其特征在于，所述 的在線辨識采用遞推算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法，其特征在于，所述 單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和參數(shù)優(yōu)化是指，單片機將參數(shù)辨識補償算法與優(yōu)化控 制算法相結(jié)合，建立壓電陶瓷具有普適性的特征參數(shù)和變化規(guī)律。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識方法，其特征在于，所述 單片機得到的信號還包含來自電流傳感器和頻率傳感器的信號。
5.一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置，其特征在于，包含輸入模塊、輸出模塊 和信號處理模塊，所述信號處理模塊進一步包含參數(shù)辨識單元與參數(shù)優(yōu)化單元，參數(shù)辨識 單元包括離線辨識部分和在線辨識部分，參數(shù)辨識單元采用最小二乘原理，在不斷獲得測 量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置，其特征在于，所述 在線辨識部分采用遞推算法對數(shù)據(jù)進行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置，其特征在于，所 述參數(shù)優(yōu)化單元包含信號濾波與變換部分和先進控制算法部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置，其特征在于，所述 輸入模塊包含壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳感器。
全文摘要
本發(fā)明首先提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實時在線辨識裝置及方法，所述方法包含以下步驟將壓力傳感器測得的信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號；通過信號屏蔽線將電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給單片機；單片機對得到的信號進行參數(shù)辨識和參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識包括離線辨識和在線辨識，參數(shù)辨識采用最小二乘法原理，在不斷獲得測量數(shù)據(jù)的同時不斷修正參數(shù)；以及，重復(fù)上述過程，直到滿足參數(shù)的精度要求。本發(fā)明利用傳感器檢測電流、頻率數(shù)值大小，單片機通過壓電參數(shù)在線辨識，建立其數(shù)學(xué)模型，得到實時壓電陶瓷參數(shù)，調(diào)整壓電陶瓷的加工參數(shù)，確保壓電陶瓷參數(shù)達到要求的數(shù)值，有利于壓電陶瓷的工業(yè)化研究與試驗。
文檔編號G01R31/00GK102128995SQ201010603230
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者丁吉瓊, 任梅瓊, 傅懿蕙, 陸永耕, 黃鸝 申請人:上海電機學(xué)院