专利名称：闭环电机驱动器补偿的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及闭环控制系统中的补偿网络。
背景技术：
控制系统中通常采用闭环(反馈)控制。可以将闭环控制系统的频率响应特征化为根据描述该系统的传递函数得到的“极点”和“零点”的存在。可以通过在复s平面上绘制极点和零点的位置来图形化表示闭环控制系统。可以就作为频率的函数的增益和相位分量来图形化表示频率响应。极点导致随着频率的增益幅值降低和90度的相位滞后，而零点导致随着频率的增益幅值增加和90度的相位超前。通常，向闭环控制系统的反馈环路或者路径增加补偿网络以获得稳定性。极点和零点的精确位置取决于闭环频率响应的期望特性以及所控制的系统的特性。超前-滞后补偿器是一种改善系统中不期望的系统稳定性和暂态响应的一种补偿网络。超前-滞后补偿器的超前部分以高频率提供相位超前，这使极点向左移动以用于增加阻尼和相位余量(并且因此增加稳定性)。超前-滞后补偿器的滞后部分以低频率提供相位滞后以及主极点。
发明内容
通常，在一个方面，本发明涉及一种包括误差放大器和超前-滞后补偿器的电路。 所述误差放大器具有第一输入，第二输入以及用于基于所述第一输入和第二输入产生误差信号的输出，所述第一输入接收基准信号。所述超前-滞后补偿器包括超前部分和滞后部分。所述超前部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和来自具有相关联的频率响应的闭环控制系统的外部受控系统的反馈路径之间。所述滞后部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述输出之间。所述超前部分包括无源元件的网络，连接所述无源元件的网络以提供用于超前补偿的高频零点以及降低所述高频零点对所述频率响应的影响的高频极点。本发明的实施例可以包括下面特征中的一个或者多个。所述超前部分可以包括第一电阻器、第二电阻器和电容器，所述第二电阻器和所述电容器串联连接为串联电阻-电容(RC)电路，并且所述第一电阻器与所述串联RC电路并联连接以形成并联RC电路。所述并联RC电路中包括所述第二电阻器用于引入所述高频极点。所述超前部分可以进一步包括与所述并联RC电路串联连接的第三电阻器。所述滞后部分可以包括电容器以提供主低频极点。所述滞后部分可以包括与所述电容器串联连接的电阻器。可选地，所述滞后部分可以包括并联连接第二电容器以形成并联RC网络的电阻器，并且所述并联RC网络与所述电容器串联连接。包括所述滞后部分的所述并联RC网络用于引人高频极点。在另一方面，本发明涉及一种设备，包括驱动运动设备的移动的驱动器以及检测所述移动并且基于所检测的移动而产生输出的传感器。还包括耦合在所述传感器和所述驱动器之间的控制环路电路。所述控制环路电路被配置成接收所述磁场传感器输出以及由外部控制器提供的输入作为输入，并且基于所接收的输入产生输出信号作为到所述驱动器的输入。所述控制环路包括误差放大器和超前-滞后补偿器。所述误差放大器具有第一输入、 第二输入以及基于所述第一输入和所述第二输入产生误差信号的输出，所述第一输入接收外部控制器输入作为基准信号。所述超前-滞后补偿器包括超前部分和滞后部分。所述超前部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述传感器输出之间，并且所述滞后部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述输出之间。所述超前部分包括无源元件的网络，连接所述无源元件的网络以提供用于超前补偿的高频零点以及高频极点。在另一方面，本发明涉及一种具有控制器以及耦合到所述控制器的线性运动控制设备的系统。所述线性运动控制设备包括驱动线圈的线圈驱动器，所述线圈在被驱动时影响具有磁体的运动设备的线性移动；磁场传感器，检测与所述线性移动相关联的磁场并且对所述磁场做出响应而产生输出；以及控制环路电路，耦合在所述磁场传感器和所述线圈驱动器之间。所述控制环路电路被配置成接收所述磁场传感器输出和由所述控制器提供的输入作为输入，并且基于所接收的输入产生输出作为到所述线圈驱动器的输入。所述控制环路电路包括误差放大器，所述误差放大器具有第一输入、第二输入以及基于所述第一输入和所述第二输入产生误差信号的输出，所述第一输入接收所述控制器输入作为基准信号。所述控制环路电路进一步包括超前-滞后补偿器，所述超前-滞后补偿器包括超前部分和滞后部分，所述超前部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和磁场传感器输出之间，并且所述滞后部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述输出之间。所述超前部分包括无源元件的网络，连接所述无源元件的网络以提供用于超前补偿的高频零点以及高频极点。本发明的特定实施方式可以提供下面优点中的一个或者多个。可能在反馈路径中生成噪声并且噪声被提供到超前-滞后补偿器的输入。因此，所述超前-滞后补偿器的超前部分被配置成限制由所述超前部分引入的超前零点的影响，以使得存在于所述超前-滞后补偿器的输入处的噪声不被所述误差放大器放大并且不传输到输出，例如以线圈电流波痕的形式。而且，在基本上不改变整体系统稳定性的情况下限制了超前零点的噪声附加影响。超前部分电阻器值的不同选择提供了调节所述超前-滞后补偿器的超前部分的影响的能力。
通过下面附图的详细描述，将更加全面地理解本发明的上述特征以及本发明本身，在附图中图1是采用超前-滞后补偿器的示例性闭环控制系统的方框图；图2A-2C是用作所述超前-滞后补偿器的滞后部分的示例性滞后补偿网络(图 2A)和示例性滞后-超前补偿网络(图2B-2C)的示意图；图3是超前-滞后补偿器的常规超前部分的示意图；图4是用作所述超前-滞后补偿器(根据图1)的超前部分的示例性超前补偿网络的示意图；图5是对于具有“修改”的超前部分(如图4所示)和常规的超前部分(如图3所示)的闭环控制系统作为频率的函数的增益和相位的一组曲线图6A-6F是对于超前部分电阻元件的不同值的闭环控制系统的增益和相位对频率的曲线图；图7是采用线性运动控制设备的示例性闭环控制系统的方框图，所述线性运动控制设备包括磁场传感器、线圈驱动器以及包括如图1所示的超前-滞后补偿器的传感器到驱动器反馈接口。图8A-8B是对于具有常规和修改的超前-滞后补偿的与图7所示类似系统的峰值到峰值线圈电流的曲线图；以及图9是其中可以利用诸如图7所示的线性运动控制系统的示例性照相机透镜聚焦系统的方框图。
具体实施例方式参考图1，示出了闭环控制系统(“系统”)10。系统10包括输入源12、受控系统 14以及耦合在输入源12和受控系统14之间的控制环路电路(“电路”)16。电路16经由反馈路径18接收来自受控系统14的反馈信息以及来自输入源12的输入。电路16基于所接收的反馈和输入信息来产生误差信息，并且将该误差信息提供到位于电路16和受控系统14之间的正向路径22。应该理解的是，可以将反馈路径实现为例如包括传感器23和/ 或其它反馈路径元件。同样地，可以将正向路径22实现为包括可以适合于被控制的系统的正向路径元件(例如，驱动器电路)。后面将参考图7和图9描述包括这样元件的示例性系统。仍然参考图1，电路16包括误差放大器M以及具有超前部分(超前补偿网络)28 和滞后部分30的超前-滞后补偿器沈。所谓的“滞后部分” 30可以或者是滞后补偿网络或者是滞后-超前补偿网络，这将在后面参考图2A-2C进行描述。误差放大器M具有第一输入或者端子32、第二输入或者端子34和输出36。超前部分观串联设置在反馈路径18 和误差放大器M的第二输入34之间。滞后部分30连接在第二输入34和误差放大器的输出36之间，即设置在误差放大器M的反馈环路部分38中。这里将用于描述极点和零点的术语“低频”和“高频”定义如下。“低频”是指低于多级闭环系统的单位增益交叉(unity gain crossing)的频率，将一个极点限定为主极点。 “高频”是指高于理想系统的单位增益交叉的频率。基于受控系统14的例如物理尺度的物理特性，假设受控系统14具有与其相关联的如果不补偿将使该系统不稳定的一个或者多个低频“机械”极点。因而，超前-滞后补偿器26提供合适的补偿以改善系统10的响应参数。此外，超前部分观(以下将其称为“修改的超前部分”28以将其与常规超前补偿器(图3中示出的一个示例)区分开来)还被配置成降低输出噪声。输出噪声可以例如是在反馈路径中产生的噪声并且在由误差放大器M 放大时在受控系统14处具有不期望的结果。电路16因而以用于闭环控制系统的超前-滞后补偿为特征，其中抑制所述补偿的超前部分的影响以降低受控系统14处的输出噪声。图2A-2C、图3和图4示出了超前-滞后补偿的细节。图2A-2C示出了滞后部分 30的可选示例性实施例。图3示出了用于超前-滞后补偿器的超前部分的常规结构。图4 示出了 “修改的超前部分”观。首先转到图2A，将滞后部分30实现为具有电容器(“Cl”)40的滞后补偿网络。电容器40连接在误差放大器的输入(在这里和图1中表示为节点“A”)和输出(在这里和图1中表示为节点“B”)之间。在图2B-2C中，将滞后部分30实现为滞后-超前补偿网络。参考图2B，滞后-超前补偿网络包括串联电阻-电容(RC)网络，所述电阻-电容网络包括与电容器C140(参考图2A)串联的第一电阻器(“Rl”)42。在滞后部分30的再一滞后-超前补偿网络实施例中，如图2C所示，电容器C140与并联RC网络串联连接，所述并联 RC网络通过将第二电容器(“C2”)44与电阻器(“R2”)46并联连接形成。图3示出了表示为超前部分观’的常规超前部分。其包括并联连接到电容器 (“C3”)52以形成并联RC网络的电阻器(“R3”)50。图4示出了耦合在反馈路径18和节点“A”之间的“修改的超前部分” 28。在该修改的超前部分观中，修改并联RC网络观’(图3)以包括与C352串联连接的第二电阻器 (“R4”)M。可选地，如后面将要讨论的，可以进一步修改网络观以包括与修改的并联RC 网络串联连接并且耦合在该网络和节点A之间的第三电阻器(“R5”)56。返回来结合图4参考图1、图2A-2C和图3，在误差放大器M的反馈环路中设置电容器Cl 40作为滞后补偿器元件用于向系统的响应中引入主低频“滞后”极点(“P1”)。更具体而言，C1*R3乘以误差放大器的增益设置主极点。增加与电阻器R3并联的电容器C3， 这形成常规的超前补偿网络，引入“超前”零点(“Z2”)以取消现有的机械极点(因而确保闭环稳定性)。可能不能在足够的低频处增加零点。替代地，利用超前补偿网络增加高频零点是必要的。然而，增加高频零点使得系统甚至对于可能存在于误差放大器M的反馈输入的噪声更加敏感。如上所述，噪声将由误差放大器M进行放大并且传递到受控系统14。例如，如果将正向路径设计为线圈驱动器以驱动诸如线性电机的受控系统，则噪声可能作为线圈电流噪声提供到线性电机，可能会在线性电机处产生讨厌的可闻音调。因此，为了减少高频超前零点的一些影响，设计修改的超前部分观以向系统响应增加另一极点、高频超前极点 (“P2”)。更具体而言，通过增加与电容器C352串联的电阻器R4M来引入超前极点，如图 4所示。定位该超前极点(在系统传递函数的复平面内)以使得该系统仍然接收由超前零点的放置带来的一些益处。如上所述，可以通过增加串联地位于并联RC电路和误差放大器输入之间的电阻器R556来调节系统响应。R5的增加允许极点值放置的更多灵活性。包括电阻器R4和R5中的一个或者二者在以非常小的方式影响补偿设计的其它方面的同时能够校正噪声。当然，C3、R3、R4和R5的超前部分部件值的选择取决于系统。优选地，选择电阻超前补偿器分量值以使得R3的值大于R4和R5的值，并且基本上大于R5的值。例如，可以选择R4的值为R3的值的三分之一，并且R5的值尽可能小，甚至接近于零。可以调节R4和R5 的值以定位极点和零点，使得获得期望的响应。再次参考图2B-2C，滞后部分30包括电阻器Rl 42用于提供低频超前零点(Zl)， 这能够改善补偿的效果。用于图2B的修改的超前部分观和滞后部分30的极点和零点的相对频率值按照增加频率值的顺序为P1 < Zl < Z2 < P2。如图2C所示，在滞后部分30 中包括RC网络(由R2 46和C2 44组成)生成另一极点，高频滞后极点(“P2”)，提供高频噪声的附加削减。因此，用于如图2C所阐述的修改的超前部分观连同滞后部分30的极点和零点的相对频率值为P1 < Z2 < P2 < P2’。更通常地，极点P2’的频率值总是大于主极点Pl的频率值，但是不必大于极点P2的频率值。根据所补偿的机械系统，一些机械极点可能落在低频或者高频处，并且因此需要低频和高频零点的组合(例如在上面示例中的零点Z2和Zl)用于最佳补偿。如所描述的， 被包括用来降低系统噪声的附加极点(例如在上面示例中的极点P2和P2’ )将是高频极
点ο尽管将补偿网络28、30中的无源元件阐述为单独的电阻器和电容器，但是应该意识到，可以使用这种无源元件的各种组合来进行配置。此外，可以使用各种元件配置无源元件。而且，无源元件可以由有源元件构成。例如，可以使用偏置的晶体管来配置电阻器。图5示出了频率响应的波特增益幅值和相位曲线图组。幅值曲线60示出了常规的 (或者传统的)超前_滞后补偿器增益(曲线62)和具有修改的超前部分28的超前-滞后补偿器增益(曲线64)之间的比较。从曲线可以看出，修改的超前部分，更具体的是高频极点的生成去除了在传统网络的曲线中示出的高于IOKHz (发生作为高频超前零点的结果) 的增益峰值。相对应的相位曲线70还示出了常规的(或者传统的)超前-滞后补偿器相位(曲线72)与具有修改的超前部分的超前-滞后补偿器相位(曲线74)之间的比较。从这些曲线可以看出，修改的超前补偿网络，再次更加具体的是高频极点的生成降低了较高频率处的相位。因此，可以通过选择合适的补偿结构来调节幅值和相位特性。图6A-6F示出了针对具有修改的超前部分28的超前-滞后补偿器的R4和R5的变化值对闭环控制系统10(根据图1)进行仿真的波特曲线。对于全部仿真，将电阻器R3 设置为2M。图6A示出了对于R4的不同值增益对频率的曲线80，具体而言，R4 = 0 (曲线82)， 250K(曲线84)，500Κ(曲线86)，750Κ(曲线88)和IM欧姆(曲线90)，同时将R5保持为零。 图6Β示出了对于R4的不同值相位对频率的相应曲线100，再次R4 = 0 (曲线102)，250Κ (曲线104)，500Κ(曲线106)，750Κ(曲线108)和IM欧姆(曲线110)，同时将R5保持为零。图6C示出了对于R5的不同值增益对频率的曲线120，具体而言，R5 = 0(曲线 122)，250Κ(曲线 124)，500Κ(曲线 126)，750Κ(曲线 128)和 IM 欧姆(曲线 130)，同时将 R4 保持为零。图6D示出了对于R5的不同值相位对频率的相应曲线140，再次R5 = 0(曲线 142)，250Κ(曲线 144)，500Κ(曲线 146)，750Κ(曲线 148)和 IM 欧姆(曲线 150)，同时将 R4 保持为零。图6Ε示出了对于R4的不同值增益对频率的曲线160，其中，R4 = 0(曲线162)， 250Κ(曲线164)，500Κ(曲线166)，750Κ(曲线168)和IM欧姆(曲线170)，同时将R5设置为250Κ欧姆。图6F示出了对于R4 = 0(曲线182)，250Κ(曲线184)，500Κ(曲线186)， 750Κ(曲线188)和IM欧姆(曲线190)的相位对频率的相应曲线180，同时将R5设置为 250Κ欧姆。从图6A-6F所示的曲线可以看出，在超前补偿网络28中具有R5的效果使增益和相位曲线在较高频率处向下倾斜。而且，增加R4的值使R4具有对在增加的较低频率处的响应的影响。更通常地，R4和R5的使用允许系统设计者更加容易地调节系统的响应。能够改变系统的响应以调节该系统的稳定性和噪声来满足期望的设计参数。图7示出了向定位应用提供闭环运动控制的示例性控制系统200。控制系统200包括连接到运动控制设备(或者“设备”)204的控制器(例如微控制器或者处理器)202。控制系统200还包括运动设备206，所述运动设备206包括具有磁体208和线圈210的组件。 磁体/线圈组件连接到设备或者结构以对于给定应用进行运动。在这里描述的一个实施例中，磁体208相对于线圈210可移动，并且控制系统200控制磁体208与线圈210的移动。 运动设备206可以是任何类型的线性运动设备，例如线性电机或者线性音圈致动器。该定位应用可以是利用由运动设备产生的位移的任何应用。 运动控制设备204包括表示为磁场传感器212的位置传感器、线圈驱动器214以及包括类似图1的控制环路电路16并且这里表示为控制环路电路16的控制环路电路的接口 216。设备204向线圈210提供与从控制器202接收的电输入220相关的电流信号218。 设备204使用磁场传感器212检测磁场信号222的磁场强度。基于该检测，磁场传感器212 向接口 216提供传感器输出信号224。也可以经由诸如缓冲器228的接口电路将传感器输出信号224作为输出226提供到控制器202。磁场传感器212可以由任何类型的磁场感测设备(未示出)构成。磁场感测设备可以包括单个元件，或者可选地可以包括按照各种配置(例如半桥或者全(惠斯顿)桥) 设置的两个或者更多元件。所述磁场感测设备的一个或者多个元件可以例如采取霍尔效应元件或者磁阻(MR)元件的形式。MR元件可以由任何类型的MR设备制成，包括但不限于 各向异性磁阻(AMR)设备；巨磁阻(GMR)设备；隧道磁阻(TMR)设备；以及由诸如铟化合物 (例如铟锑化合物)的半导体材料制成的设备。可以根据已知的技术和设计实现同样未示出的磁场传感器212的其它方面。应该理解，磁场感测设备将连接到可以包含各种电路的其它电路，所述各种电路一起操作以根据磁场信号生成传感器输出。尽管示出了磁场传感器和线圈驱动器，但是可以使用其它类型的位置传感器和驱动器电路。而且，可以实现设备204以控制旋转(代替所示的线性)的运动设备的运动。仍然参考图7，接口 216用于将线圈驱动器214连接到控制器202并且将线圈驱动器214耦合到磁场传感器212。接口 216接收磁场传感器212的输出，(传感器输出224) 作为输入电压信号并且向线圈驱动器214提供输出电压信号230，线圈驱动器214将其转换为要施加到线圈210的驱动电流(或者驱动信号)218。传感器到驱动器的连接允许设备204基于传感器内部反馈来校正位置，即在没有控制器202 (和/或用户)的干预下，或者不需要其它部件，以提供位置反馈信息。在一个示例性实施例中，如图7所示出的，将线性运动控制设备204实现为半导体集成电路(IC)。即，磁场传感器与线圈驱动器214和接口 216的电路集成在单个半导体基底上。因此，可以将设备204制造和销售为在模块设计中使用的IC。应该意识到，图7旨在仅阐述控制系统200的功能划分。如果将运动控制设备204 构建为ic，则该设备204可以安装或者嵌入在运动设备本身的磁体/线圈组件中。在2007 年 10 月 1 日递交的发明名称为"Hall-Effect Based Linear Motor Controller，，，申请人为David等人并且转让给本主题申请的受让人Allegro Microsystems, Inc.的美国专利申请No. 11/865，118中描述了这样的磁体/线圈组件的示例，在所述磁体/线圈组件中，磁体相对于静止的线圈移动。在该示例中，IC连接到驱动线圈210，驱动线圈210安装(或者耦合)到偏置机构，并且可移动磁体通过允许沿着期望的运动路径移动的机械悬挂系统悬挂在设备/线圈结构上方。磁体/线圈组件可以代替采用静止磁体和可移动线圈，或者由能够产生磁场强度随着位置改变而改变的一些其它机构在一个实施例中，可以将线圈驱动器214实现为H-桥或者全桥驱动器。H-桥驱动器提供双向电流流动，因而能够使诸如线性电机的运动设备沿正向和反向运行。这种类型的线圈驱动器尤其适合于诸如振动电机、快门触发器、偏振滤波器、扬声器控制等等一些示例的小线性电机的线性电机驱动和控制。线圈驱动器电流输出218将连接到线圈210的两端。替代地，可以将线圈驱动器214实现为低侧音圈驱动器。这种类型的线圈驱动器仅提供单向电流流动。线圈驱动器电流输出将连接到线圈210的低侧。线圈210的高侧将连接到诸如蓄电池的外部电源。图8A-8B示出了利用电路16(根据图1)的修改的超前部分而在线圈电流噪声中的改善。图8A示出了对于没有修改的超前部分28的超前-滞后补偿器的线圈电流信号242 的暂态响应曲线240。图8B示出了对于包括修改的超前部分28和滞后部分30的超前-滞后补偿器的线圈电流信号252的暂态响应曲线250。如上所述，具有超前-滞后补偿和接口 216的其它特征的设备204 (图7)可以用于各种其它应用中，例如使用音圈电机或者致动器的应用。如图9所示，一个示例是可以用于具有照相机的移动电话，也被称为照相手机，的照相机透镜聚焦模块(或者“模块”)260。 音圈电机作为致动器在诸如模块260的透镜驱动设备的有限运动、高频激活应用以及其它精密仪器应用中使用。修改的超前部分28尤其很好地适合于类似闭环“自动聚焦”模块260的应用。在自动聚焦模块中，噪声(例如来自DAC输出的噪声)经过补偿网络馈送，被放大和转换为线圈电流。如果线圈噪声足够高并且集中于特定频率，则如早前讨论的，其将在系统输出被转换为不期望的听得到的噪声。模块260包括执行镜头聚焦处理264并且向其它模块组提供控制信号的控制器 (例如微控制器或者处理器)262。在照相手机应用中，控制器262可以控制照相手机的整体操作并且因而在电话和拍照功能之间切换，或者控制器262可以专用于拍照模式的操作 (具有单独的控制器用于处理电话模式)。控制器262连接到驱动音圈致动器266的设备 204。如早前参考图7所示，可以将设备204构建为将音圈驱动器和磁场传感器集成在单个基底上的半导体集成电路。而且，磁体和设备/线圈组件可以与上面描述的类似，但是线圈和线圈驱动器用于单向驱动。可选地，可以使用具有简单弹簧偏置机构的磁体。音圈致动器266控制光学组件270的透镜268的线性移动以调节透镜聚焦。附图中由箭头271(标记为“聚焦/缩放”)表明该镜头聚焦调节行为。设备204的线圈驱动器 214控制音圈致动器266。应该意识到，可以代替使用诸如压电致动器和驱动器的一些类型的制动机构和驱动器。模块260还包括图像传感器272、信号处理器(SP) 274和帧存储器 276。帧存储器276经由总线277耦合到控制器262。现在将描述该模块的操作。假设控制器262切换至拍照功能或者处于拍照模式下，则激活图像传感器272，并且控制器262经由控制线路278向图像传感器272发送控制信号(定时信号)以开始图像捕获处理。扫描由透镜268投射在图像传感器272上的图像(由箭头273表示该投射)，并且经由一条或者多条线路280将其施加到SP 274。控制器262激活信号处理器274以开始自动聚焦处理。SP 274对从图像传感器272输出的图像信号执行采样、放大和A/D转换并且输出数字图像数据。帧存储器276临时存储经由一条或者多条线路282从SP 274顺序输出的数字图像数据。SP 274根据存储在帧存储器276中的图像数据确定图像的对比度值。在每次由图像传感器272捕获图像并且将该图像存储在帧存储器276中时，SP 274读取该图像数据并且计算对比度值。控制器262向线性运动控制设备204输出控制信号，输入220，以开始聚焦调节。 设备204的驱动器部分根据来自控制器的输入信号220以及来自磁场传感器212的反馈信号224生成驱动信号218。通过音圈致动器266的透镜位置调节导致图像锐度的改变。SP 274确定由图像传感器272顺序捕获的图像数据的对比度值并且将透镜移动之前和之后捕获的图像之间的值进行比较。Sp 274对在检测到对比度值为峰值时获得具有最佳锐度的图像进行检测并且向控制器262发送检测信号。控制器262发送合适的控制信号(向设备 204)以将透镜268移动回到获得峰值对比度值的位置，即实现最佳锐度的精确位置，以完成聚焦调节。尽管将SP 274描述为确定对比度值，但是可以通过SP 274计算表示最佳焦点位置的其它参数。由控制器向设备204的接口 216提供的信号220可以是PWM输入信号。如果使用 PWM输入，则将其转换为模拟电压。如上所述，使用接口 216的反馈电路以经过外部音圈驱动电流。线圈中的电流改变，直到透镜组件的位置导致关于输入具有预定关系(例如与输入匹配)的传感器输出电压(或者如果使用PWM输入则是PWM转换的内部模拟信号)。传感器输出也经由接口 216的输出226可以用于控制器262。 设备204还可以包括在图中表示为睡眠输入284的用户控制的“睡眠”输入，在设备204处于低功率睡眠模式下时降低电流消耗。终端用户可以通过向睡眠输入284施加逻辑电平信号来控制设备204的电流消耗。该低功率特征使得该设备对于诸如蜂窝电话和数码相机的电池操作的应用是理想的。在上面提及的未决美国专利申请No. 11/865，118中描述了可以作为透镜聚焦处理264使用的一个示例性镜头聚焦处理。也可以使用其它适合的透镜聚焦处理和模块设计。还应该想到其它图像捕获应用。例如，尽管将电路16表示为在自动聚焦应用模块中使用，但是代替或者除了透镜一偶的那个控制，模块260的硬件和/或软件可以适当地适于执行诸如图像稳定的其它功能。类似透镜移动控制，一些类型的图像稳定应用可以在反馈控制环路中使用传感器以检测移动(在图像稳定的情况下由于手振动导致的相机移动， 而不是如所示的用于自动聚焦模块260的透镜聚焦或者缩放)，并且使用所检测的移动经由致动机构采取合适的校正行为。可以将其它类型的图像稳定器实现为软件(由处理器执行，例如类似控制器262的微控制器或者类似图9的SP 274的信号处理器)。在任意一种这些类型的设计中，电路16(具有上述的补偿网络28、30)可以在一个或者多个反馈传感器和驱动致动器的驱动电路之间使用，以提供补偿和噪声降低二者。尽管上面参考图7和9描述的图1的闭环控制系统10的特定示例实施例说明了具有磁场传感器的反馈路径、具有线圈驱动器电路的正向路径以及诸如具有磁体/线圈组件的线性电机或者音圈致动器的线性运动设备形式的受控系统，但是也可以想到其它实施例。反馈路径中类似传感器23的传感器可以是任何类型的传感器，即根据控制系统10的期望应用的需要，适合于检测或者测量诸如移动/运动(例如位置、临近、位移、速度、方向及其衍生物)、光、压力、应力/应变、温度等等的特定物理参数的传感器。也可以使用适合于要执行的感测类型的任何传感器结构，无论其是电磁、光、电容、电阻或者压电的等等给出的几个示例。而且，如在附图中所说明的，除了是线性电机或者致动器，受控系统14可以是旋转电机或者其它类型的机器或者系统(例如存在于典型的工业、汽车或者消费应用中的)。这里引述的全部参考文献以引用的方式将其全部内容并入本文。
尽管描述了本发明的优选实施例，但是现在对于本领域的普通技术人员变得显而易见的是可以使用结合其概念的其它实施例。因此这些实施例不应该限于所公开的实施例，而是应该仅由所附权利要求的精神和范围来限定。
权利要求
1.一种电路，包括误差放大器，具有第一输入、第二输入以及基于所述第一输入和所述第二输入产生误差信号的输出，所述第一输入接收基准信号；包括超前部分和滞后部分的超前-滞后补偿器，所述超前部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和来自具有相关联的频率响应的闭环控制系统的外部受控系统的反馈路径之间，并且所述滞后部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述输出之间；并且其中所述超前部分包括无源元件的网络，所述无源元件的网络被连接以提供用于超前补偿的高频零点以及降低所述高频零点对所述频率响应的影响的高频极点。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述超前部分包括第一电阻器、第二电阻器和电容器，所述第二电阻器和所述电容器串联连接为串联电阻-电容(RC)电路，并且所述第一电阻器与所述串联RC电路并联连接以形成并联RC电路。
3.如权利要求2所述的电路，其中所述并联RC电路中包括所述第二电阻器用于引入所述高频极点。
4.如权利要求2所述的电路，其中所述超前部分进一步包括与所述并联RC电路串联连接的第三电阻器。
5.如权利要求4所述的电路，其中所包括的第二和第三电阻器的值小于所述第一电阻器的值。
6.如权利要求4所述的电路，其中所述第三电阻器的值基本上小于所述第一电阻器的值。
7.如权利要求4所述的电路，其中所述滞后部分包括电容器以提供主低频极点。
8.如权利要求7所述的电路，其中所述滞后部分包括与所述电容器串联连接的电阻
9.如权利要求7所述的电路，其中所述滞后部分包括并联连接第二电容器以形成并联 RC网络的电阻器，并且所述并联RC网络与所述电容器串联连接。
10.如权利要求9所述的电路，其中包括所述滞后部分的所述并联RC网络用于引人高频极点。
11.如权利要求1所述的电路，其中所述第二输入包括由用于检测所述外部受控系统的移动的传感器产生的信号。
12.—种设备，包括驱动器，用于驱动移动设备的移动；传感器，用于检测所述移动并且对所述移动做出响应而产生输出；控制环路电路，所述控制环路电路耦合在所述传感器和所述驱动器之间，所述控制环路电路被配置成接收所述磁场传感器的输出以及由外部控制器提供的输入作为输入，并且基于所接收的输入产生输出信号作为所述驱动器的输入；并且其中所述控制环路包括误差放大器，具有第一输入、第二输入以及基于所述第一输入和所述第二输入产生误差信号的输出，所述第一输入接收外部控制器的输入作为基准信号；包括超前部分和滞后部分的超前-滞后补偿器，所述超前部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述传感器的输出之间，并且所述滞后部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述误差放大器的所述输出之间；并且其中所述超前部分包括无源元件的网络，所述无源元件的网络被连接以提供用于超前补偿的高频零点以及高频极点。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述超前部分包括第一电阻器、第二电阻器和电容器，所述第二电阻器和所述电容器串联连接为串联电阻-电容(RC)电路，并且所述第一电阻器与所述串联RC电路并联连接以形成并联RC电路。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述并联RC电路中包括所述第二电阻器用于引入所述高频极点。
15.如权利要求13所述的设备，其中所述超前部分进一步包括与所述并联RC电路串联连接的第三电阻器。
16.如权利要求15所述的设备，其中所包括的第二和第三电阻器的值小于所述第一电阻器的值。
17.如权利要求15所述的设备，其中所述第三电阻器的值基本上小于所述第一电阻器的值。
18.如权利要求15所述的设备，其中所述滞后部分包括电容器以提供主低频极点。
19.如权利要求18所述的设备，其中所述滞后部分进一步包括与所述电容器串联连接的电阻器。
20.如权利要求18所述的设备，其中所述滞后部分包括并联连接第二电容器以形成并联RC网络的电阻器，并且所述并联RC网络与所述电容器串联连接。
21.如权利要求20所述的设备，其中包括所述滞后部分的所述并联RC网络用于引人高频极点。
22.如权利要求12所述的设备，其中所述传感器包括磁场传感器。
23.如权利要求22所述的设备，其中所述磁场传感器包括至少一个用于感测所述磁场的有源元件，并且所述至少一个有源元件是从霍尔效应元件和磁阻(MR)元件中选择的一个。
24.如权利要求22所述的设备，其中所述驱动器是线圈驱动器并且所述移动是线性移动。
25.如权利要求12所述的设备，其中所述驱动器、所述传感器以及所述控制环路电路被集成为半导体集成电路。
26.一种系统，包括 控制器；以及耦合到所述控制器的线性运动控制设备，所述线性运动控制设备包括 用于驱动线圈的线圈驱动器，所述线圈在被驱动时影响具有磁体的运动设备的线性移动；磁场传感器，用于检测与所述线性移动相关联的磁场并且对所述磁场做出响应而产生输出；控制环路电路，所述控制环路电路耦合在所述磁场传感器和所述线圈驱动器之间，所述控制环路电路被配置成接收所述磁场传感器的输出和由所述控制器提供的输入作为输入，并且基于所接收的输入产生输出信号作为所述线圈驱动器的输入；并且其中所述控制环路电路包括误差放大器，具有第一输入、第二输入以及基于所述第一输入和所述第二输入产生误差信号的输出，所述第一输入接收所述控制器的输入作为基准信号；包括超前部分和滞后部分的超前-滞后补偿器，所述超前部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和磁场传感器的输出之间，并且所述滞后部分连接在所述误差放大器的所述第二输入和所述误差放大器的所述输出之间；并且其中所述超前部分包括无源元件的网络，所述无源元件的网络被连接以提供用于超前补偿的高频零点以及高频极点。
27.如权利要求沈所述的系统，其中所述超前部分包括第一电阻器、第二电阻器和电容器，所述第二电阻器和所述电容器串联连接为串联电阻-电容(RC)电路，并且所述第一电阻器与所述串联RC电路并联连接以形成并联RC电路。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述并联RC电路中包括所述第二电阻器用于引入所述高频极点。
29.如权利要求27所述的系统，其中所述超前部分进一步包括与所述并联RC电路串联连接的第三电阻器。
30.如权利要求四所述的系统，其中所包括的第二和第三电阻器的值小于所述第一电阻器的值。
31.如权利要求四所述的系统，其中所述第三电阻器的值基本上小于所述第一电阻器的值。
32.如权利要求四所述的系统，其中所述滞后部分包括电容器以提供主低频极点。
33.如权利要求32所述的系统，其中所述滞后部分进一步包括与所述电容器串联连接的电阻器。
34.如权利要求32所述的系统，其中所述滞后部分包括并联连接第二电容器以形成并联RC网络的电阻器，并且所述并联RC网络与所述电容器串联连接。
35.如权利要求沈所述的系统，其中所述控制器被配置成使用所述线性运动控制设备来聚焦照相机的透镜。
36.如权利要求沈所述的系统，其中所述线圈驱动器、所述磁场传感器以及所述控制环路电路被集成为半导体集成电路。
37.如权利要求沈所述的系统，其中所述半导体集成电路和所述控制器位于照相机透镜聚焦模块上。
38.如权利要求沈所述的系统，其中所述运动设备包括线性电机。
39.如权利要求沈所述的系统，其中所述运动设备包括音圈致动器。
40.如权利要求沈所述的系统，其中所述线性运动控制设备具有睡眠输入以使得所述线性运动控制设备能够以低功率模式进行操作。
全文摘要
本发明提供一种在控制诸如线性电机的系统的闭环控制系统中使用的控制环路电路。所述控制环路电路包括以超前补偿网络为特征的超前-滞后补偿器，所述超前补偿网络被配置成在基本不改变超前补偿在所述控制系统的频率响应中的效果的情况下降低输出噪声。
文档编号G05B11/01GK102224467SQ200980146623
公开日2011年10月19日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年11月26日
发明者D·J·哈斯, M·G·沃德 申请人:阿莱戈微系统公司