專利名稱：控制對象的頻譜分析方法和裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及エ業(yè)自動控制領域，特別是涉及控制對象的頻譜分析方法和裝置。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)控制對象的頻率特性是控制系統(tǒng)設計和參數(shù)調(diào)整的根本依據(jù)。頻率特性辨識基本原理是系統(tǒng)控制對象在激勵信號作用下，通過頻率譜辨識方法分別得到系統(tǒng)或?qū)ο筝斎胄盘柡洼敵鲂盘栐陬l域的頻率譜特性，主要包括幅頻譜特性、相頻譜特性等。但是エ業(yè)過程系統(tǒng)的過程信號普遍受到各種內(nèi)外隨機噪聲的干擾，噪聲干擾對過程控制系統(tǒng)的頻率特性辨識構(gòu)成了不可忽視的影響。從系統(tǒng)頻率特性辨識角度看，大多數(shù)的過程對象具有類似低通濾波器的特性，激勵信號通過對象后，在對象低通截止頻率之外的相對高頻率信號將會有較大幅度的衰減，特別是在系統(tǒng)控制對象輸出端存在較高強度的噪聲干擾下，這些相對高頻率信號的噪信比特性將顯著的惡化，系統(tǒng)控制對象在這些相對高頻率上的頻率特性辨識質(zhì)量通常是難以保證的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出控制對象的頻譜分析方法，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。為達到上述目的，采用的技術(shù)方案是控制對象的頻譜分析方法，包括步驟預設LCR振蕩電路的電阻；獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號；獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號；將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號；將所述輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號；
比較所述第一響應信號和所述第二響應信號，得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。本發(fā)明方法首先設置LCR振蕩器的電阻，經(jīng)過LCR振蕩電路的信號幅值隨時間呈指數(shù)增強，這樣噪聲干擾的影響也就逐漸減弱，從而大幅度降低了輸出頻率信號的噪信比；然后將LCR振蕩電路輸出的信號，乘以ー個相匹配的收斂指數(shù)函數(shù)，最終得到仍是等幅輸出的信號；但信號的噪信比特性已得到了顯著的改善，從而在較強的噪聲干擾環(huán)境下，顯著提高了控制對象頻域特性辨識質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。本發(fā)明的目的還在于提出控制對象的頻譜分析方法，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。為達到上述目的，采用的技術(shù)方案是控制對象的頻譜分析裝置，包括
預配置単元，用于預設LCR振蕩電路的電阻；第一獲取單元，用于獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號；第二獲取單元，用于獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號；第一信號處理單元，用于將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號；第二信號處理單元，用于將所述輸 出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號；頻譜分析単元，用于比較所述第一響應信號和所述第二響應信號，得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。本發(fā)明裝置首先設置LCR振蕩器的電阻，經(jīng)過LCR振蕩電路的信號幅值隨時間呈指數(shù)增強，這樣噪聲干擾的影響也就逐漸減弱，從而大幅度降低了輸出頻率信號的噪信比；然后將LCR振蕩電路輸出的信號，乘以ー個相匹配的收斂指數(shù)函數(shù)，最終得到仍是等幅輸出的信號；但信號的噪信比特性已得到了顯著的改善，從而在較強的噪聲干擾環(huán)境下，顯著提高了控制對象頻域特性辨識質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。


圖I為本發(fā)明方法的一個實施例流程圖；圖2為本發(fā)明方法的一個實施例示意圖；圖3為本發(fā)明裝置的一個結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為便于理解，下面將結(jié)合附圖進行闡述。本發(fā)明提出控制對象的頻譜分析方法，請參考圖1，包括步驟S101、預設LCR振蕩電路的電阻；S102、獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號，以及獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號；S103、將輸入信號輸入LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號；S104、將輸出信號輸入LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號；S105、比較第一響應信號和第二響應信號得到系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。本發(fā)明方法首先設置LCR振蕩器的電阻，信號經(jīng)過LCR振蕩電路后，幅值隨時間呈指數(shù)增強，這樣噪聲干擾的影響也就逐漸減弱，從而大幅度降低了輸出頻率信號的噪信比；然后將LCR振蕩電路輸出的信號，乘以ー個相匹配的收斂指數(shù)函數(shù)，最終得到仍是等幅輸出的信號；但信號的噪信比特性已得到了顯著的改善，從而在較強的噪聲干擾環(huán)境下，顯著提高了控制對象頻域特性辨識質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。圖2是本發(fā)明的一個實施例示意圖，系統(tǒng)控制對象的輸出信號受到干擾信號的影響；獲取輸入系統(tǒng)控制對象的信號到LCR振蕩電路，獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號到LCR振蕩電路；經(jīng)過LCR振蕩電路后，再通過乘法器處理，然后進行頻譜處理，輸出頻譜處理結(jié)果。其中，LCR振蕩器電路由電感L、電容C、電阻R構(gòu)成，在頻率信號從電阻R端輸出時，可以用下面的傳遞函數(shù)表述兩者之間的關系c f71 ル)ル)x(s)T1TdS2+RT1S+ I ⑴式(I)中，R表不電阻；T1表不電容所對應的積分常數(shù)；Td表不電感所對應的微分常數(shù)；s表示復數(shù)頻率単位。不失一般性，令Ti=Td=Tq,則式⑴轉(zhuǎn)換為式⑵
(;n-s)Iぐ！’(A Uf{s)-lm-T^+iu0s+i (2)其中，LCR振蕩器中心頻率W。為
I I = Itt = ~
-Si1I1D 1O八)式⑵単位階躍響應為式⑷^(S) =,(7；, V+ 7^7；^ +1) (4)對式⑷進行拉氏反變換得到式(5)="如"一)W 卜及2/4)如果式(5)中，一2〈R〈0，則式(5)輸出正弦波信號的幅值是呈指數(shù)Z5toヅ發(fā)散的，簡稱為LCR發(fā)散振蕩。但如果將式(5)乘以ー個收斂指數(shù)函數(shù)則得到式(6)ち =沙■。乃ひ)=ゾふ4-(ゅ/I —爐/4)式(6)輸出正弦波信號仍然是等幅的，簡單稱為LCR發(fā)散收斂振蕩。為了簡化問題，當R取值范圍較小時，如R| <0.2，則式(6)可以近似為式(7)，相比它的原式，其幅值和頻率產(chǎn)生的誤差約為±0. 5%，在工程上完全可以接受。Yf(t) 7^Rsin(Wot) (7)式(7)表明，在階躍激勵下，LCR發(fā)散收斂振蕩輸出為中心頻率Coci的等幅正弦波信號。但實際上存在一個問題，隨著時間的増加，式(5)輸出正弦波信號的幅值將趨于無窮大，可能會造成物理設備計算出錯，主要是數(shù)值范圍的超限。因此在計算上加以限制。在其中一個實施方式中，在上述S102步驟前，預設獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號和輸出信號的時間(例如在輸出10個周期正弦波信號);當預設時間到，則停止當前的頻譜分析。整理式(2)得到LCR振蕩器閉環(huán)回路形式，為式(8)
-(S) = Xi^l R y:,.y__R/U j ^R)'パ.卜外.)—^+ RTj + \~ l + [R/(7],s + R)]* [IHiatlS)]⑷實際必須通過閉環(huán)回路形式，即式(8)實現(xiàn)LCR振蕩器功能。綜上，本發(fā)明可以用于獲取頻域分析的數(shù)據(jù)源，優(yōu)選地，該數(shù)據(jù)源為預設數(shù)頻率的正弦波信號或正弦波響應信號。在其中一個實施方式中，上述S103步驟具體為將輸入信號輸入LCR振蕩電路,得到第一發(fā)散信號；將第一發(fā)散信號乘以收斂函數(shù)，得到第一響應信號；
上述S104步驟具體為將輸出信號輸入LCR振蕩電路,得到第二發(fā)散信號；將第二發(fā)散信號乘以收斂函數(shù)，得到第二響應信號；其中，收斂函數(shù)為ぜラ10)01 _ Coci為所述LCR振蕩器的中心頻率，R為與預設LCR
振蕩電路的電阻相同的電阻，t為時間。在其中一個實施方式中，上述105步驟包括獲取第一響應信號的幅值信息和相位信息；獲取第二響應信號的幅值信息和相位信息；比較第一響應信號的幅值信息與第二響應信號的幅值信息；以及，比較第一響應信號的相位信息與第二響應信號的相位信息；輸出比較結(jié)果。本發(fā)明還提出控制對象的頻譜分析裝置，請參考圖3，包括預配置單301，用于預設LCR振蕩電路的電阻；第一獲取單元302，用于獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號；第二獲取單元303，用于獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號；第一信號處理單元304，用于將輸入信號輸入LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號；第二信號處理單元305，用于將輸出信號輸入LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號；頻譜分析単元306，用于比較第一響應信號和第二響應信號，得到系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。本發(fā)明裝置首先設置LCR振蕩器的電阻，經(jīng)過LCR振蕩電路的信號幅值隨時間呈指數(shù)增強，這樣噪聲干擾的影響也就逐漸減弱，從而大幅度降低了輸出頻率信號的噪信比；然后將LCR振蕩電路輸出的信號，乘以ー個相匹配的收斂指數(shù)函數(shù)，最終得到仍是等幅輸出的信號；但信號的噪信比特性已得到了顯著的改善，從而在較強的噪聲干擾環(huán)境下，顯著提高了控制對象頻域特性辨識質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。在其中一個實施方式中，預配置単元301還用于預設獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號和輸入信號的時間；當預設時間到，則通知頻譜分析単元停止當前的頻譜分析。在其中一個實施方式中，第一信號處理單兀304將輸入信號輸入LCR振蕩電路,并進行收斂處理后得到第一響應信號時，將輸入信號輸入LCR振蕩電路，得到第一發(fā)散信號；將第一發(fā)散信號
權(quán)利要求
1.控制對象的頻譜分析方法，其特征在于，包括步驟 預設LCR振蕩電路的電阻；其中，所述電阻的取值范圍為大于-2且小于O ; 獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號； 獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號； 將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號； 將所述輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號； 比較所述第一響應信號和所述第二響應信號，得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制對象的頻譜分析方法，其特征在于， 在所述獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號的步驟前，預設獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號和輸出信號的時間；當預設時間到，則停止當前的頻譜分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制對象的頻譜分析方法，其特征在于， 所述將輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號的步驟具體為 將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，得到第一發(fā)散信號； 將所述第一發(fā)散信號乘以收斂函數(shù)，得到所述第一響應信號； 所述將輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號的步驟具體為 將所述輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，得到第二發(fā)散信號； 將所述第二發(fā)散信號乘以收斂函數(shù)，得到所述第二響應信號； 其中，所述收斂函數(shù)為J 51i0y 為所述LCR振蕩器的中心頻率，R為與所述預設LCR振蕩電路的電阻相同的電阻，t為時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的控制對象的頻譜分析方法，其特征在于， 所述比較第一響應信號和所述第二響應信號得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果的步驟包括 獲取所述第一響應信號的幅值信息和相位信息； 獲取所述第二響應信號的幅值信息和相位信息； 比較所述第一響應信號的幅值信息與所述第二響應信號的幅值信息；以及，比較所述第一響應信號的相位信息與所述第二響應信號的相位信息； 輸出比較結(jié)果。
5.控制對象的頻譜分析裝置，其特征在于，包括 預配置單元，用于預設LCR振蕩電路的電阻；其中，所述電阻的取值范圍為大于-2且小于0 ; 第一獲取單元，用于獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號； 第二獲取單元，用于獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號； 第一信號處理單元，用于將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號； 第二信號處理單元，用于將所述輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號； 頻譜分析單元，用于比較所述第一響應信號和所述第二響應信號得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制對象的頻譜分析裝置，其特征在于， 所述預配置單元還用于預設獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號和輸出信號的時間； 當預設時間到，則通知所述頻譜分析單元停止當前的頻譜分析。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制對象的頻譜分析裝置，其特征在于， 所述第一信號處理單元將輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號時，將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，得到第一發(fā)散信號；將所述第一發(fā)散信號乘以收斂函數(shù)，得到所述第一響應信號； 所述第二信號處理單元將輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號時，將所述輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，得到第二發(fā)散信號；將所述第二發(fā)散信號乘以收斂函數(shù)，得到所述第二響應信號； 其中，所述收斂函數(shù)為Wa5-M %為所述LCR振蕩器的中心頻率，R為與所述預設LCR振蕩電路的電阻相同的電阻，t為時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一項所述的控制對象的頻譜分析裝置，其特征在于， 所述頻譜分析單元比較第一響應信號和所述第二響應信號得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果時， 獲取所述第一響應信號的幅值信息和相位信息； 獲取所述第二響應信號的幅值信息和相位信息； 比較所述第一響應信號的幅值信息與所述第二響應信號的幅值信息；以及，比較所述第一響應信號的相位信息與所述第二響應信號的相位信息； 輸出比較結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提出控制對象的頻譜分析方法，包括步驟預設LCR振蕩電路的電阻；其中，所述電阻的取值范圍為大于-2且小于0；獲取系統(tǒng)控制對象的輸入信號，以及獲取系統(tǒng)控制對象的輸出信號；將所述輸入信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第一響應信號；將所述輸出信號輸入所述LCR振蕩電路，并進行收斂處理后得到第二響應信號；比較所述第一響應信號和所述第二響應信號得到所述系統(tǒng)控制對象的頻譜分析結(jié)果。本發(fā)明還提出控制對象的頻譜分析裝置，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高頻譜分析的可靠性。
文檔編號G01R23/16GK102707142SQ20121016374
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者萬文軍, 龐志強, 張曦, 李軍, 李鑫亮 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院