通过观测器确定物理系统的状态的制作方法

文档序号:6281433阅读:302来源:国知局
专利名称:通过观测器确定物理系统的状态的制作方法
技术领域
本发明涉及一种依照权利要求1前序部分的用于通过利用观测器(observer)来确定物理系统的估计状态(estimated states )的方法,并 且涉及一种依照权利要求3前序部分的观测器。
技术背景George Ellis和Jens Kmh博士的文章 "Observer-based Resolver Conversion in Industrial Servo Systems (工业伺服系统中基于观测器的旋 转变压器变换)",(PCIM2001 Conference, 2001年6月21日,德国纽伦堡)(http:〃www.motionvillage.com/welcome—center/articles/pcim2001rd—obs erver.pdf)公开了 一种上述类型的方法。观测器(observer) —般用来根据其他状态的测量结果确定系统的贵所以不能测量被观察的状态的场合中。观测器也可以用来只是提高测 得信号的质量。例如,分解器(resolver)测量马达的位置,但是在这样 估夂的过程中,它加入了可观的相位滞后(phase lag)。观测器(observer ) 则去除这种相位滞后。通过向观测器提供与提供给物理系统相同的输入 数据,观测器就确定出系统的特定实体(entity)或状态的估计值,这些 估计值可以用来通过把估计值中的至少一个与参考值对比来控制所述 系统。所述现有技术方法要求使用模数转换器(ADC)来提供系统的实体 的值,以便与模型化系统的对应实体的估计值进行比较。ADC与观测器 一起使用的缺点在于,它们引入了时延,它们允许有限的转换速度和有 限的分辨率,并且它们从总体上增加了系统的复杂性和成本。发明目的本发明的一个目的是解决现有技术的上述缺陷。 发明概要本发明的上述目的是通过提供如权利要求1所述的方法来实现的。 因此,不需要ADC,从而消除了与使用ADC关联的所有缺点。本发明的上述目的还通过提供如权利要求3所述的观测器来实现。


根据下述结合附图的示范性描述,本发明将逐渐变得更加清楚明了。在附图中图1示出了由现有技术观测器观察到的一种物理系统的布置的示意图;图2示出了由依照本发明的观测器观察到的、图1的物理系统的布 置的示意图;以及图3示出了所述物理系统的实体以及图2的观测器的模型化系统对 应实体的时间图。
具体实施方式
图1中示出的现有技术布置的示意图主要显示了物理系统2和观测 器4。观测器4包括物理系统2的数学模型6、时钟8、减法部件10、 矢量乘法器12、定时器14和模数转换器(ADC) 16。时钟8向数学模型或模型化系统(modeled system)6提供时钟脉沖 clk。利用每个时钟脉沖,对模型6进行估算,即它根据最近的输入值和 先前的估计值来确定模型6的实体(entity)的值。设计模型6使得所述模型6的实体中的特定实体Ylb、 Y2b、 Y3b.......对应于物理系统2的实体Y1、 Y2、 Y3、......。向模型6提供(这些)输入IN,所述输入IN也提供给物理系统2。因此,对于适当设计的模型6,利用模型6的每个估算结果,模型6的所述特定实体Ylb、 Y2b、 Y3b.......的值与物理系统2的对应实体Y1、 Y2、 Y3.......的值相同。因此,所述才莫型的所述特定实体Ylb、 Y2b、 Y3b、......的值也称为估计值,并且为了简单起见,在这里也称为Ylb、 Y2b、 Y3b.......。估计值Ylb、 Y2b、 Y3b、......能用于进行进一步的处理,例如用于控制目的,而不使用物理系统的实体Yl、 Y2、 Y3、......的值,在所述后一种情况下,需要测量物理系统的实体Yl、 Y2、 Y3、......。这样一来,可以使得所述布置整体上物理地相对简单,并且安装和维护的成本 降低。然而,模型6可能并不完美,即其操作不与物理系统2完全一致。 因此,已知要对实际值和相关的估计值之间的差异进行补偿,如下面所解释的。监^f见物理系统2的至少一个实体(entity),例如Y1。实际上,测 量被监视的实体Yl ,并且通过ADC 16将其测得值转换成数字值Yld。 将模型6设计成提供模型6的实体的估计值(Ylb),其与所述被监视 的实体Yl对应。通过减法部件10从数字值Yld中减去估计值Ylb,以便给出估计 差值或者差值el。乘法器12用矢量k乘以el。矢量]L的元素kl、 k2、 k3.......分别与所述模型的不同实体Ylb、 Y2b、 Y3b.......关联。结果,乘法器12提供矢量c,其由矢量k的每个元素ki( i=l,2,3,...)与差值el之积构成。 向模型6提供该矢量c。用每个事件Trigl,存储并且刷新该矢量e,所 述事件Trigl由定时器14以固定间隔产生。只是在触发事件Trigl期间 才有必要操作ADC 16、减法部件10以及乘法器12。矢量c的元素cl、 c2、 c3、......用来分别补偿模型6的实体Ylb、Y2b、 Y3b、......,特别是通过相加它们来分别获得Ylb+cl、 Y2b+c2、Y3b+c3、......,并且从而减小了差值el。图1中示出的ADC与现有技术观测器4一起使用,具有若干缺陷。 它引入了时延,它允许有限的转换速度和有限的分辨率,并且它增加了 复杂性。图2中示出的布置包括依照本发明的观测器18,其有别于现有技术 观测器4,以便緩解现有技术观测器4的缺陷。图2中示出的观测器18与图1中示出的观测器4的不同之处在于, 省略了观测器4的定时器14和ADC 16并且加入了比较器20。此外, 向减法部件10提供与被监视实体Y1关联的给定参考值Ylref,而不是 所述物理系统的所述被监视实体Yl的实时值。比较器20比较物理系统 2的模拟类型实体Yl和它的关联参考值Ylref,以提供二进制输出,该 二进制输出的逻辑级(logical level)在被比较值Yl和Ylref变得相等 时发生改变。如参照图1所描述的,这种级改变的发生用来触发模型6 来执行对估计值的补偿。如果被比较值Yl和Ylref变得相等,那么提供给减法部件10的值 与Ylb和Yl相同。因此,此时观测器18对于相同、相等值Yl和Ylref 以与图1的观测器4相同的方式进行操作。然而,两种观测器之间主要 并且有利的差异在于,图2的观测器18弃用了昂贵的、速度受限的、复杂性增加的模数转换器。对于现有技术观测器4而言,由Trigl代表的触发事件以规则的、 固定的间隔发生。对于依照本发明的观测器18而言,由Trig2代表的触 发事件发生的时间事先是未知的,并且一般会是不规则的。必须预想到的是,在特定观察间隔内足够频繁地发生Trig2的变化。 因此,必须在物理系统2的关联实体Yl的值范围内适当地选择参考值 Ylref。这是设计和所述布置的要求规范的问题,并且其本身不是本发明 的一部分。图3示出了物理系统2的所述一个实体Yl以及与所述一个实体Yl 对应的模型6的实体Ylb的时间图。如图3所示,在时间ttrig,比较器20遇到其输入之间相等或差值 的符号变化,其结果是计算补偿矢量c并且通过向估计实体Ylb、 Y2b、Y3b、......的值添加补偿矢量c的合适元素cl、 c2、 c3.......来对所述估计实体的值进行补偿。为了能够对估计值Ylb、 Y2b、 Y3b.......进行补偿,物理系统2的被监视实体Y1的值应当变成和/或通过(穿过)参考值Ylref至少一次。如上所迷的依照本发明的方法和观测器可以由本领域技术人员在 权利要求所述的本发明范围内进行修改。例如,上述方法和观测器可以分别应用于任意数量的被监视实体 Yl、 Y2、 Y3......,给定参考值Ylref、 Y2ref、 Y3ref......,估计实体Ylb、Y2b、 Y3b......,以及差值el、 e2、 e3......。于是,所述触发事件(Trig2 )可以由任何被监视实体Yl、 Y2、 Y3......变得分别与其关联的参考值Ylref、 Y2ref、 Y3ref......相等的发生事件来定义。
权利要求
1.一种方法,用于通过使用观测器(4、18)来确定物理系统(2)的估计状态,其中向该观测器提供待监视的实体(Y1),所述观测器包括该物理系统的数学模型(6),该数学模型被提供也提供给所述物理系统的输入实体的值(IN),以便在发生(ttrig)触发事件(Trig2)时提供该数学模型的并且由该数学模型作出的实体估计值(Y1b、Y2b、Y3b、……),将与被监视实体(Y1)有关的值(Y1d、Y1ref)与该被监视实体(Y1)的有关估计值(Y1b)进行比较以便提供误差值(e1),并且该误差值用于校正所述估计值,其特征在于,所述与被监视实体(Y1)有关的值是给定参考值(Y1ref),该被监视实体(Y1)与该参考值(Y1ref)进行比较,并且所述触发事件(Trig2)是发生(ttrig)该被监视实体(Y1)变得与所述参考值(Y1ref)相等。
2. 依照权利要求1的方法,其特征在于,对所述物理系统(2)的 两个或多个实体(Yl、 Y2、 Y3.......)进行监一见,将这些^皮监^L实体(Yl、 Y2、 Y3.......)分别和与这些被监视实体有关的给定参考值(Ylref.......)进行比较,并且所述触发事件(ttrig)是发生(Trig2 )任何被监视实体(Yl、 Y2、 Y3、......)变得与它的有关参考值相等。
3. —种用于确定物理系统(2)的估计状态的观测器(4、 18),其 中该观测器被提供待监视的所述系统的实体(Yl ),所述观测器包括 该物理系统的数学模型(6),向该数学模型提供也提供给所述物理系 统的输入实体的值(IN),以便在发生(ttrig)触发事件(Trig2)时提 供该数学模型的并且由该数学模型作出的实体估计值(Ylb、 Y2b、Y3b.......);减法装置(10),其从与被监视实体(Yl )有关的值(Yld、Ylref)中减去该有关被监视实体(Yl)的所述估计值(Ylb)以便提供 误差信号(el),并且该误差信号用于校正所述估计值,其特征在于,提供了比较器装置(20),其将所述被监视实体(Y1) 与给定参考值(Ylref)进行比较,并且该比较器装置确定触发事件 (Trig2)的发生(ttrig),该事件中被监视实体(Yl )变得与所述参考 值(Ylref)相等。
4. 依照权利要求3的观测器,其特征在于,所述数学模型被提供所 述物理系统(2)的两个或多个实体(Yl、 Y2、 Y3、......),所述比较器装置适用于将每个被监视实体和与该被监视实体有关的给定参考值进行比较,并且该比较器装置确定触发事件(Tng2)的发生(ttrig),在该事件中任何被监视实体变得与它的有关参考值相等。
全文摘要
通过使用观测器(4)来确定物理系统(2)的状态的估计,所述观测器包括该物理系统的数学模型。向该观测器(4)提供该物理系统的至少一个实体(Y1、Y2、Y3、……)的值以及也提供给该系统的输入实体的值(IN),以便给出所述模型的实体的估计值(Y1b、Y2b、Y3b、……)。将至少一个估计值(Y1b)与有关的给定参考值(Y1ref)进行比较以便提供误差值(e1)。将该给定参考值(Y1ref)与有关的被监视实体(Y1)进行比较,并且当变得相等时(ttrig),将该误差值(e1)用于这些估计值(Y1b、Y2b、Y3b、……)的校正。
文档编号G05B17/00GK101283316SQ200680037035
公开日2008年10月8日 申请日期2006年10月2日 优先权日2005年10月5日
发明者P·卢尔肯斯, T·谢尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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