專利名稱：閉環(huán)控制系統(tǒng)中的頻率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閉環(huán)控制系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及控制在閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)內(nèi)的擊穿頻率。
背景技術(shù)：
閉環(huán)控制系統(tǒng)被用來(lái)將被控系統(tǒng)的過(guò)程變量保持在所需設(shè)定值處。例如，電動(dòng)機(jī)的速度是被控制以便將該速度保持在設(shè)定值處的過(guò)程變量，諸如共同擁有的美國(guó)專利6,690,989中所述的。在操作期間，由于各種原因，包括環(huán)境干擾和被控系統(tǒng)的物理特性中的改變，過(guò)程變量可能不同于設(shè)定值。閉環(huán)控制系統(tǒng)經(jīng)由反饋信號(hào)連續(xù)地測(cè)量過(guò)程變量，以及閉環(huán)控制系統(tǒng)基于反饋信號(hào)的過(guò)程變量的偏差，生成校正。該校正意圖使該過(guò)程變量回到該設(shè)定值。
盡管閉環(huán)控制系統(tǒng)在防止過(guò)程變量偏離該設(shè)定值方面是有效的，但在導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)的問(wèn)題的反饋信號(hào)內(nèi)，可能存在周期性干擾。這些周期性干擾可以包括未由閉環(huán)控制系統(tǒng)有效處理的過(guò)程變量的實(shí)際周期性干擾，還可以包括表現(xiàn)為從設(shè)定值的偏離并導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)生成校正來(lái)阻遏該偏差的周期性干擾。然而，周期性干擾是被控系統(tǒng)和/或用來(lái)產(chǎn)生反饋信號(hào)的傳感器的物理特性的副產(chǎn)物，以及這些周期性干擾可以是或可以不是過(guò)程變量的實(shí)際偏差。因此，當(dāng)進(jìn)行校正時(shí)，結(jié)果是該過(guò)程變量可能不是所期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)提供反饋信號(hào)的頻率控制以防止反饋信號(hào)中的周期性干擾引起應(yīng)用于被控系統(tǒng)的不適當(dāng)校正，和/或進(jìn)一步補(bǔ)償未由閉環(huán)控制系統(tǒng)解決的過(guò)程變量的周期性偏差，來(lái)解決這些問(wèn)題和其他問(wèn)題。找出反饋信號(hào)的頻率分量以及生成補(bǔ)償波形，以便具有對(duì)于包括在由閉環(huán)控制系統(tǒng)施加到被控系統(tǒng)的校正中的另外周期性干擾的補(bǔ)償。
一個(gè)實(shí)施例是一種過(guò)程控制器，其包括從被控系統(tǒng)接收反饋信號(hào)的輸入。該過(guò)程控制器進(jìn)一步包括處理器，其用于計(jì)算反饋信號(hào)的每個(gè)頻率分量的幅值和相位，以及用于計(jì)算用于每個(gè)頻率分量的單獨(dú)波形，其中，每個(gè)波形具有相對(duì)于相應(yīng)的頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位。該過(guò)程控制器進(jìn)一步包括輸出，其生成每一波形，以及將每一波形共計(jì)到由作用于反饋信號(hào)以便產(chǎn)生控制信號(hào)的控制器輸出的控制信號(hào)，其中，每一波形與控制信號(hào)的共計(jì)對(duì)于控制信號(hào)的頻率分量進(jìn)行補(bǔ)償。
另一實(shí)施例是一種消除控制系統(tǒng)內(nèi)的周期性干擾的影響的方法，包含采樣由被控系統(tǒng)產(chǎn)生的反饋信號(hào)。該方法進(jìn)一步包含確定反饋信號(hào)的頻率分量以及該頻率分量的每一個(gè)的幅值和相位。該方法進(jìn)一步包含針對(duì)每個(gè)頻率分量生成用于具有相對(duì)于每一頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位的波形。另外，該方法包含結(jié)合用于頻率分量的每一個(gè)的波形以便產(chǎn)生與控制信號(hào)相結(jié)合的補(bǔ)償波形，其中，該控制信號(hào)基于反饋信號(hào)。
另一實(shí)施例是一種受控系統(tǒng)，其包括過(guò)程控制器，其產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)。該受控系統(tǒng)進(jìn)一步包括產(chǎn)生控制信號(hào)的控制系統(tǒng)和被控系統(tǒng)，該被控系統(tǒng)接收補(bǔ)償信號(hào)和控制信號(hào)的合計(jì)，以及產(chǎn)生作為輸入提供給過(guò)程控制器和控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)。反饋信號(hào)包括頻率分量，以及過(guò)程控制器計(jì)算這些頻率分量的幅值和相位以便產(chǎn)生具有相對(duì)于頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位的補(bǔ)償波形。過(guò)程控制器將補(bǔ)償信號(hào)的合計(jì)輸出作為補(bǔ)償信號(hào)。


圖1顯示了閉環(huán)控制系統(tǒng)、提供反饋信號(hào)的頻率控制的過(guò)程控制器和被控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子。
圖2顯示了提供反饋信號(hào)的頻率控制的過(guò)程控制器的部件的一個(gè)例子。
圖3顯示了由過(guò)程控制器執(zhí)行的用來(lái)提供反饋信號(hào)的頻率控制的例程的例子。
圖4顯示了包括周期性干擾的反饋信號(hào)的時(shí)間序列的例子。
圖5顯示了包括由反饋信號(hào)的時(shí)間序列計(jì)算得到的每一個(gè)的幅值的頻率分量的例子。
圖6顯示了包括由反饋信號(hào)的時(shí)間序列計(jì)算得到的每一個(gè)的相位的頻率分量的例子。
圖7顯示了反饋信號(hào)、補(bǔ)償信號(hào)和對(duì)于被控系統(tǒng)的最終校正的時(shí)間序列。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例提供對(duì)于是在反饋信號(hào)內(nèi)的周期性干擾的頻率分量的控制。因此，對(duì)該周期性干擾提供補(bǔ)償，以便降低提供給被控系統(tǒng)的不適當(dāng)校正度和/或解決未另外由閉環(huán)控制系統(tǒng)解決的過(guò)程變量的周期性偏差。
圖1顯示了閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)100的一個(gè)例子。該結(jié)構(gòu)100包括標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制器102，諸如比例、積分、微分(PID)控制器。結(jié)構(gòu)100還包括執(zhí)行頻率控制的過(guò)程控制器104。另外，結(jié)構(gòu)100包括被控系統(tǒng)108，諸如電動(dòng)機(jī)或其他設(shè)備。
被控系統(tǒng)108接收使被控系統(tǒng)108以一些方式響應(yīng)的控制信號(hào)114?？刂葡到y(tǒng)114可以根據(jù)被控系統(tǒng)而改變，但在PID的例子中，控制信號(hào)114為約穩(wěn)定狀態(tài)，直到反饋信號(hào)116的過(guò)程變量不同于設(shè)定值為止。此時(shí)，改變過(guò)程控制器102的輸出以便迫使過(guò)程變量回到設(shè)定值。然而，反饋信號(hào)116包括可以反映或可以不反映過(guò)程變量的周期性干擾，但機(jī)智地允許(left in tact)，過(guò)程控制器102對(duì)這些周期干擾性起作用，就像它們是過(guò)程變量從設(shè)定值的偏離。反饋信號(hào)116也可以包括不由過(guò)程控制器102起作用的周期性干擾，諸如因?yàn)樗鼈冊(cè)谶^(guò)程控制器102的帶寬性能外。這些行為的具體例子在下文中更詳細(xì)地描述。
為補(bǔ)償反饋信號(hào)116的周期性干擾的影響，執(zhí)行頻率控制過(guò)程的過(guò)程控制器104也包括在該結(jié)構(gòu)100中。該過(guò)程控制器104通過(guò)經(jīng)求和節(jié)點(diǎn)106，使補(bǔ)償波形112與來(lái)自過(guò)程控制器102的控制信號(hào)110合計(jì)，生成補(bǔ)償周期性干擾的補(bǔ)償波形112。該結(jié)果是控制信號(hào)114，其被提供作為被控系統(tǒng)108的輸入。盡管示為單獨(dú)的控制器104，將意識(shí)到執(zhí)行頻率控制過(guò)程的過(guò)程控制器104可以可選擇地集成到標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程控制器102中，以便內(nèi)部求和控制信號(hào)110和補(bǔ)償信號(hào)114，以及從過(guò)程控制器102直接輸出控制信號(hào)114。
圖2顯示了執(zhí)行頻率控制過(guò)程的過(guò)程控制器104的一個(gè)例子的部件。過(guò)程控制器104包括輸入202。該輸入可以是例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，反饋信號(hào)116是模擬格式的，以及將在數(shù)字域中進(jìn)行處理。在那種情況下，輸入202以所需采樣速率采樣反饋信號(hào)116。將意識(shí)到采樣速率可以改變，但尼奎斯特速率可以針對(duì)感興趣的最高頻率來(lái)遵循。可以將數(shù)據(jù)樣本提供給處理器204，諸如通用可編程處理器或硬布線專用處理器。作為另一例子，輸入可以簡(jiǎn)單是用于將數(shù)據(jù)提供給處理器204的輸入寄存器的計(jì)數(shù)器或可以是寄存器本身。
處理器204在數(shù)據(jù)樣本上執(zhí)行時(shí)域-頻域變換，諸如經(jīng)快速傅里葉變換(FFT)或離散傅里葉變換(DFT)，以便顯示存在于反饋信號(hào)116中的頻率分量。根據(jù)它們的頻率、幅值和相位，來(lái)識(shí)別頻率分量。如將意識(shí)到的，反饋信號(hào)可以包括具有多個(gè)頻率分量的波形，諸如矩形波。處理器204檢測(cè)矩形波或其他復(fù)雜波形的頻率分量的每一個(gè)，以便可以提供與反饋信號(hào)116的這些復(fù)雜波形有關(guān)的適當(dāng)補(bǔ)償。
然后，處理器204指示輸出208，諸如波發(fā)生器，來(lái)創(chuàng)建補(bǔ)償波形112，即一組正弦波，其中每一正弦波具有相對(duì)于反饋信號(hào)116的每一頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位。補(bǔ)償幅值可以始于約為所測(cè)量的頻率分量的幅值的值，可以具有考慮到系統(tǒng)衰減的小的增加。然而，如下所述，可以多次迭代，可以使補(bǔ)償幅值增加超出所測(cè)量的頻率分量的幅值直到有效地抵消頻率分量為止。同樣地，補(bǔ)償相位可以始于約為所測(cè)量的頻率分量的反相的值，可以具有考慮到系統(tǒng)滯后的少量超前。然而，如下所述，通過(guò)多次迭代，除補(bǔ)償幅值的改變外或與補(bǔ)償幅值的改變分開，可以改變補(bǔ)償相位，直到有效抵消頻率分量為止。
該例子的過(guò)程控制器104還包括存儲(chǔ)器206。該存儲(chǔ)器206可以存儲(chǔ)先前已經(jīng)確定的被控系統(tǒng)108的模型頻率響應(yīng)。在下文關(guān)于圖3來(lái)討論確定模型頻率響應(yīng)。此外，可以使用存儲(chǔ)器206來(lái)存儲(chǔ)頻率控制過(guò)程的一個(gè)或多個(gè)先前迭代的頻率分量，以便能基于當(dāng)前迭代和先前迭代的結(jié)果，計(jì)算用于補(bǔ)償波形的所需變化，從而允許過(guò)程控制器104進(jìn)一步改進(jìn)每一頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位，直到有效地抵消頻率分量為止。
圖3顯示了通過(guò)過(guò)程控制器104執(zhí)行的頻率控制過(guò)程的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。該頻率控制過(guò)程的該例子被劃分成三個(gè)單獨(dú)的階段，準(zhǔn)備階段302、啟動(dòng)階段304和連續(xù)階段306。將意識(shí)到可以通過(guò)應(yīng)用少于所有這三個(gè)階段的階段來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率控制。然而，這三個(gè)階段提供對(duì)第一迭代以及后續(xù)迭代有效的頻率控制過(guò)程。
準(zhǔn)備階段302意圖測(cè)量在過(guò)程啟動(dòng)前的系統(tǒng)108的幅值和相位響應(yīng)，即模型響應(yīng)，以便能使用該模型響應(yīng)來(lái)找出在操作期間由周期性干擾引起的偏差。正弦掃描系統(tǒng)308，諸如過(guò)程控制器104的處理器204和輸出波發(fā)生器206，生成一系列單頻率正弦波參考信號(hào)，以及每個(gè)信號(hào)被每次發(fā)送一個(gè)地發(fā)送到過(guò)程控制器102，其將控制信號(hào)提供給被控系統(tǒng)108。將用于每一正弦掃描頻率的來(lái)自被控系統(tǒng)108的反饋和正弦掃描頻率本身提供給特性邏輯310，其也可以由過(guò)程控制器104的輸入202和處理器204執(zhí)行。然后，特性邏輯310特征化該系統(tǒng)以便通過(guò)將參考信號(hào)與用于指出頻率的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，找出模型響應(yīng)，以便揭示相對(duì)于參考信號(hào)的幅值和相位。將系統(tǒng)模型312，包括用于各種參考頻率的每一個(gè)的每一幅值和相位存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器206中。
啟動(dòng)階段304意圖測(cè)量當(dāng)被控系統(tǒng)108正在操作時(shí)存在的頻率分量，以便能相對(duì)于在準(zhǔn)備階段302中先前確定的系統(tǒng)模型來(lái)檢測(cè)周期性干擾。在操作期間，采樣反饋信號(hào)116?？梢酝ㄟ^(guò)零相位過(guò)濾器來(lái)低通過(guò)濾反饋信號(hào)116以便去除能引起混疊的高頻分量。應(yīng)用FFT或其他變換314以掃描頻率范圍上的輸入信號(hào)和計(jì)算實(shí)和虛振幅。從實(shí)和虛振幅，應(yīng)用計(jì)算操作316來(lái)找出用于目前每一頻率的幅值和相位。在相位操作318處，使所計(jì)算的每一頻率分量的相位偏移約180度。因?yàn)榧s180度的相位差用于抵消，該偏移發(fā)生。然后，對(duì)連續(xù)階段306的開始，輸入包括幅值和偏移相位的頻率分量。
連續(xù)階段306允許抵消周期性干擾，同時(shí)允許頻率控制過(guò)程適應(yīng)改變情形。對(duì)連續(xù)階段306的第一次迭代，修改操作320接收來(lái)自準(zhǔn)備階段302的系統(tǒng)模型312和來(lái)自啟動(dòng)階段304的包括幅值和偏移相位的頻率分量作為輸入。然后，修改操作306基于來(lái)自準(zhǔn)備階段302的系統(tǒng)模型312，執(zhí)行對(duì)于從啟動(dòng)階段304接收的幅值和偏移相位的修改。因?yàn)橄到y(tǒng)具有一些衰減和滯后而實(shí)現(xiàn)此操作，以及修改產(chǎn)生補(bǔ)償波形112的參數(shù)以便考慮到該衰減和滯后。因此，為每一頻率分量而創(chuàng)建的單個(gè)正弦波的補(bǔ)償幅值可以大于所測(cè)量的幅值，而單個(gè)正弦波的補(bǔ)償相位可以偏移180度加一些超前。在波操作322處，生成用于每一頻率分量的正弦波并合計(jì)，以便產(chǎn)生補(bǔ)償波形112，以及在抵消操作324處，將補(bǔ)償波形112與控制信號(hào)110合計(jì)以便抵消該變化。
因?yàn)槟Ｐ晚憫?yīng)312可能不是優(yōu)選的，以及因?yàn)轭l率分量可以移動(dòng)以及新的頻率分量可能出現(xiàn)，連續(xù)階段306繼續(xù)分析反饋信號(hào)116。在變換操作326處，變換反饋信號(hào)以便揭示實(shí)和虛振幅，然后，在計(jì)算操作328處，從實(shí)和虛振幅，找出每一剩余頻率分量的幅值和相位。在計(jì)算操作330處，基于在之前迭代中用于抵消的頻率分量，找出更完全抵消剩余頻率分量和任何新頻率分量所需的變化。然后，操作流返回到修改操作320，其中，根據(jù)改進(jìn)抵消所需的變化，修改補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位，以及如上所述，操作流繼續(xù)。因此，提供有效抵消的最終補(bǔ)償幅值可以大于頻率分量的測(cè)量幅值，同時(shí)提供有效抵消的最終補(bǔ)償相位可以偏移180度加一些程度的超前。
現(xiàn)在將關(guān)于圖4-7來(lái)論述具體例子。圖4是在以60rpm轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中通常看見的反饋信號(hào)。如能看到，反饋信號(hào)不是穩(wěn)定狀態(tài)，但包括周期性干擾。在過(guò)程控制器104執(zhí)行反饋信號(hào)的分析后，能看到存在如由圖5的幅值圖所示出現(xiàn)的四個(gè)有重要意義的頻率分量。盡管與本發(fā)明的實(shí)施例的操作無(wú)密切關(guān)系，但能使該例子中的這四個(gè)頻率追溯至反饋設(shè)備的2Hz頻率、是反饋設(shè)備的二次諧波的4Hz頻率、源自電動(dòng)機(jī)的16極對(duì)的極脈動(dòng)的16Hz頻率以及源自電動(dòng)機(jī)的36定子槽的電動(dòng)機(jī)槽脈動(dòng)的36Hz頻率。
可以數(shù)學(xué)地表示圖4中所示的時(shí)間序列。采樣頻率fs為1000，樣本矢量(n)為0，1...，振幅A1＝2，A2＝1，A3＝1.5，以及A4＝.5。頻率為f1＝2Hz，f2＝4Hz，f3＝16Hz以及f4＝36Hz。相位偏移為φ1＝31度，φ2＝53度，φ3＝124度以及φ4＝156度。假定噪聲為1.5單位。x(n)的一般等式如下
x(n):=A1·cos[2·π·f1(nfs)+φ1·π180]+A2·cos[2·π·f2(nfs)+φ2·π180]+A3·cos[2·π·f3(nfs)+φ3·π180]···]]>+A4·cos[2·π·f4(nfs)+φ4·π180]+rnd(noise)]]>圖5表示這四個(gè)頻率的每一個(gè)的幅值，而圖6表示用于包括可忽略大小的當(dāng)前所有頻率的相位偏移。對(duì)當(dāng)前的四個(gè)頻率分量，用于f1的FFT幅值為2單位，對(duì)f2為1單位，對(duì)f3為1單位，對(duì)f4為0.5單位。用于f1的FFT相位為32度，對(duì)f2為53度，對(duì)f3為125度，以及對(duì)f4為157度。
用于幅值X(k)的一般等式如下X(k):=2N·Σn=0fs-1x(n)·WNn-k,]]>其中，f1＝0，fu＝40，K＝f1，f1+1...fu，N＝fs，以及其中，用于WN的等式如下WN:=e-i·2πN]]>用于相位θ(k)的一般等式如下φ(k):=arg(X(k))·180π]]>補(bǔ)償信號(hào)112包括在頻率、幅值和相位處的各種正弦波以便補(bǔ)償周期性干擾的每一個(gè)。補(bǔ)償信號(hào)112包括與干擾頻率分量相同的頻率和類似的幅值，但基本上相反的相位。因此，將測(cè)量頻率分量的相位偏移約180度，如上所述，以便用于補(bǔ)償信號(hào)的波形的相位偏移(ph)為ph1＝32+180＝212度，ph2＝53+180＝233度，ph3＝125+180＝305度以及ph4＝157+180＝337度。將各個(gè)正弦波的每一個(gè)加在一起來(lái)形成補(bǔ)償信號(hào)c(n)，其中，φ表示由x(n)的測(cè)量相位加180度的相位偏移加任何另外的超前，以及c(n)的一般等式如下c(n):=A1·cos[2·π·f1(nfs)+φ1·π180]+A2·cos[2·π·f2(nfs)+φ2·π180]+A3·cos[2·π·f3(nfs)+φ3·π180]···]]>
+A4·cos[2·π·f4(nf3)+φ4·π180]]]>提供給被控系統(tǒng)的控制信號(hào)是來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制器102的控制信號(hào)和補(bǔ)償信號(hào)的組合。圖7假定受反饋信號(hào)x(n)干擾的、處于0的穩(wěn)定狀態(tài)PID控制輸出。在圖7中還示出了補(bǔ)償信號(hào)c(n)。在圖7中示出了x(n)的周期性干擾和補(bǔ)償信號(hào)c(n)的組合結(jié)果，作為f(n)，其中，f(n)＝x(n)+c(n)。如能看到的，使f(n)返回到穩(wěn)定狀態(tài)，除隨機(jī)噪聲外，因?yàn)橛裳a(bǔ)償信號(hào)c(n)抵消x(n)的周期性干擾。
在精度輥被控的電動(dòng)機(jī)的上下文中，從電動(dòng)機(jī)編碼器、正弦編碼器、轉(zhuǎn)速表、分解器等等取出反饋。將速度反饋轉(zhuǎn)換成頻率域，以便能識(shí)別破壞性的頻率分量。在該上下文中的周期性干擾的例子包括由電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸、軸承、極對(duì)、定子中的槽產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩干擾以及放大器的電流傳感器增益偏差。在該上下文中的周期性干擾還包括由電動(dòng)機(jī)反饋設(shè)備、變速箱、不圓過(guò)程輥等產(chǎn)生的位置干擾。經(jīng)這里所述的頻率控制過(guò)程，能補(bǔ)償這些周期性干擾。
在此所討論的實(shí)施例還補(bǔ)償調(diào)制振幅和改變相位的頻率，因?yàn)閳D3的連續(xù)階段306是自適應(yīng)的。這種情形本身存在的一個(gè)例子是在精度輥的電動(dòng)機(jī)的上下文中，其中，電動(dòng)機(jī)與連接到具有精度軸承和/或軸襯的該輥的變速箱同軸(in-line)，以便保持公差。通常，由該系統(tǒng)的低公差產(chǎn)生一次負(fù)載變化。與輥上的紙幅張力結(jié)合，這將使電動(dòng)機(jī)了解用于部分旋轉(zhuǎn)的反向負(fù)載和在剩余旋轉(zhuǎn)期間的正向(紙幅方向)。在這種情況下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于全反向負(fù)載或全正向負(fù)載時(shí)，變速箱產(chǎn)生峰值破壞頻率。載荷表示正向負(fù)載和反向負(fù)載間的正弦圖形?？辙D(zhuǎn)、軸張力和聯(lián)軸張力導(dǎo)致輥和電動(dòng)機(jī)間的相位偏移。
在此所述的實(shí)施例也可以補(bǔ)償超出系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制器102的帶寬的頻率。這通過(guò)增加對(duì)由于頻率控制過(guò)程的閉環(huán)屬性產(chǎn)生的反饋信號(hào)的相應(yīng)的頻率分量產(chǎn)生的每一波形的振幅和相位的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)。每一迭代進(jìn)一步降低超出帶寬的頻率的振幅，以致例如在第一迭代，可以使振幅降低50％，在第二迭代，降低75％，以及在第三迭代，降低87.5％，在第四迭代，降低93.75％，在第五迭代，降低96.875％，以及在第N迭代后，降低99.999％。因此，在此所述的實(shí)施例可以補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程控制器102未考慮到的過(guò)程變量的實(shí)際偏差。
盡管參考其各個(gè)實(shí)施例，具體地示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到形式和細(xì)節(jié)的各種其他變化將不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)程控制器，包括輸入，從被控系統(tǒng)接收反饋信號(hào)；處理器，用于計(jì)算反饋信號(hào)的每一頻率分量的幅值和相位，以及用于計(jì)算用于每一頻率分量的單獨(dú)波形，其中，每一波形具有相對(duì)于相應(yīng)的頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位；以及輸出，生成每一波形，以及將每一波形與由對(duì)反饋信號(hào)起作用以便產(chǎn)生控制信號(hào)的控制器輸出的控制信號(hào)合計(jì)，其中，每一波形與控制信號(hào)的合計(jì)對(duì)于控制信號(hào)的頻率分量進(jìn)行補(bǔ)償。
2.如權(quán)利要求1所述的過(guò)程控制器，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)被控系統(tǒng)的模型響應(yīng)，包括用于被控系統(tǒng)的模型響應(yīng)的每一頻率分量的幅值和相位，其中該處理器通過(guò)由模型幅值和相位來(lái)確定所計(jì)算的幅值和相位的變化，生成單獨(dú)波形。
3.如權(quán)利要求2所述的過(guò)程控制器，進(jìn)一步包括正弦掃描系統(tǒng)，向所述被控系統(tǒng)提供輸入以便確定模型頻率響應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的過(guò)程控制器，其中，所述處理器通過(guò)在反饋信號(hào)上執(zhí)行時(shí)域-頻域變換，計(jì)算每一頻率分量的幅值和相位。
5.如權(quán)利要求4所述的過(guò)程控制器，其中，時(shí)域-頻域變換是快速傅里葉變換。
6.如權(quán)利要求1所述的過(guò)程控制器，其中，所述處理器迭代所述反饋信號(hào)的頻率分量的每一個(gè)的幅值和相位的計(jì)算以及單獨(dú)波形的計(jì)算，以及其中，該過(guò)程控制器進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)用于在計(jì)算的之前迭代的每一頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位，以及其中，該處理器通過(guò)由來(lái)自之前迭代的計(jì)算幅值和相位，來(lái)確定當(dāng)前迭代的計(jì)算幅值和相位的變化，計(jì)算當(dāng)前迭代的單獨(dú)波形。
7.一種消除控制系統(tǒng)內(nèi)的周期性干擾的影響的方法，包括采樣由被控系統(tǒng)產(chǎn)生的反饋信號(hào)；確定反饋信號(hào)的頻率分量和該頻率分量的每一個(gè)的幅值和相位；針對(duì)每一頻率分量，生成具有相對(duì)于每一頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位的波形；以及結(jié)合用于頻率分量的每一個(gè)的波形以便產(chǎn)生與控制信號(hào)結(jié)合的補(bǔ)償波形，其中，該控制信號(hào)基于所述反饋信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)所述被控系統(tǒng)的模型響應(yīng)，其包括用于被控系統(tǒng)的模型響應(yīng)的每一頻率分量的幅值和相位，以及其中，生成單獨(dú)波形包括由模型幅值和相位來(lái)確定所計(jì)算的幅值和相位的變化。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括向被控系統(tǒng)輸入正弦掃描以及計(jì)算對(duì)于該正弦掃描的模型頻率響應(yīng)。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，計(jì)算每一頻率分量的幅值和相位包括在所述反饋信號(hào)上執(zhí)行時(shí)域-頻域變換。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，時(shí)域-頻域變換是離散傅里葉變換。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括迭代所述反饋信號(hào)的頻率分量的每一個(gè)的幅值和相位的確定和單獨(dú)波形的生成，以及其中，該方法進(jìn)一步包括存儲(chǔ)用于之前迭代的每一頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位；以及由來(lái)自之前迭代所確定的幅值和相位，確定當(dāng)前迭代的所確定的幅值和相位的變化。
13.一種受控系統(tǒng)，包括過(guò)程控制器，產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)；控制系統(tǒng)，產(chǎn)生控制信號(hào)；以及被控系統(tǒng)，接收補(bǔ)償信號(hào)和控制信號(hào)的合計(jì)，以及產(chǎn)生作為輸入提供給所述過(guò)程控制器和控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)，其中，反饋信號(hào)包括頻率分量，其中，過(guò)程控制器計(jì)算頻率分量的幅值和相位以便產(chǎn)生具有相對(duì)于該頻率分量的補(bǔ)償幅值和補(bǔ)償相位的補(bǔ)償波形，其中，過(guò)程控制器將補(bǔ)償信號(hào)的合計(jì)輸出作為補(bǔ)償信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的受控系統(tǒng)，其中，該過(guò)程控制器包括處理器，用于計(jì)算反饋信號(hào)的每一頻率分量的幅值和相位，以及用于生成用于每一頻率分量的補(bǔ)償波形。
15.如權(quán)利要求14所述的受控系統(tǒng)，其中，該過(guò)程控制器進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)被控系統(tǒng)的模型響應(yīng)，包括用于被控系統(tǒng)的模型響應(yīng)的每一頻率分量的幅值和相位，其中該處理器通過(guò)由模型幅值和相位來(lái)確定所計(jì)算的幅值和相位的變化，以生成補(bǔ)償波形。
16.如權(quán)利要求15所述的受控系統(tǒng)，進(jìn)一步包括正弦掃描系統(tǒng)，其向被控系統(tǒng)提供輸入以便確定模型頻率響應(yīng)。
17.如權(quán)利要求14所述的受控系統(tǒng)，其中，所述處理器通過(guò)在反饋信號(hào)上執(zhí)行時(shí)域-頻域變換，計(jì)算每一頻率分量的幅值和相位。
18.如權(quán)利要求17所述的受控系統(tǒng)，其中，所述時(shí)域-頻域變換是快速傅里葉變換。
19.如權(quán)利要求17所述的受控系統(tǒng)，其中，所述時(shí)域-頻域變換是離散傅里葉變換。
20.如權(quán)利要求13所述的受控系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)是比例、積分、微分控制器。
全文摘要
過(guò)程控制器、方法和系統(tǒng)提供頻率控制以便考慮到在閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)中的周期性干擾的影響。確定反饋信號(hào)的頻率分量，包括每一個(gè)的幅值和相位。生成具有與每一頻率分量的基本上相同的幅值和基本上反相的用于每一頻率分量的波形。然后合計(jì)波形來(lái)產(chǎn)生在控制系統(tǒng)的輸出內(nèi)合計(jì)的補(bǔ)償波形，以便由提供給被控系統(tǒng)的控制系統(tǒng)輸出來(lái)抵消周期性干擾的影響。
文檔編號(hào)G05B5/01GK101027614SQ200580032382
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者肯特·J·斯平德勒, 斯克特·D·托爾松, 羅伯特·J·卡林, 史蒂文·A·辛納蒙 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司