专利名称：用于控制伺服系统的方法
用于控制伺服系统的方法
具体实施例方式本发明涉及一种用于调控受控系统的方法。该方法也称作伺服控制或闭环控制。 在伺服控制中，调控设备包括控制子系统，其包括测量系统特征变量(其根据设定点而变 化)的传感器和测量设定点与变量值之间差的比较器。传感器也称作控制传感器。系统受 到比较器测量出的差值的调控。在伺服系统中，对设定点变化的系统响应的精确性通常很好。特别地，控制是趋于 抵消控制传感器所监视的系统的设定点和特征变量值之间的差。然而，即使系统的响应完美地适合于设定点，控制子系统仍可能维持偏移量，趋于 定义一个非零误差。偏移量可能来源于控制子系统组件的精确性。偏移量可能根据设定点 的不同参数(其影响系统响应)而随时间变化，这些参数例如环境温度的变化或控制子系 统组件的损耗。此问题目前是通过处理不同组件的每个偏移量和通过尝试最小化(通过优化设 计)它们的值来解决的。尽管其因必要的优化而代价高，但在给定的时刻这个方法是可以 令人满意的，然而其不能阻止随时间的偏移量的变化。
本发明可以应用于飞机仪表盘所用液晶屏的背光调控，在该应用中，无论座舱的 环境光如何，飞机驾驶员都有必要能够看见屏幕。除了在任何测量子系统中特定的电子偏移量以外，针对该背光应用的主导的偏移 量由座舱的环境光产生，尤其是当太阳照亮液晶屏时。此时由内部光传感器测量足够的一 部分环境光，并偏移传感器的测量值。因为干扰光被添加在背光源产生的光上，所以降低了 驾驶员看到的亮度的精确性。本发明的目的在于通过测量偏移量以使其得到补偿，而不是尝试对其最小化来改 进受控系统的调控稳健性。本发明适用于以时分多电平调控方式受控的系统。特别地，它会利用系统不同的 调控电平以使差值得到测量。因此，本发明的主体是一种用于调控以时分多电平调控(PWM)方式受控的系统的 方法，该方法使用一种设备，其接收设定点(11)并包括控制子系统，在控制子系统中，传感 器(14)测量系统(10)的根据设定点(11)而变化的特征变量(15)，对变量(15)的测量能 够通过控制子系统来改变对系统(10)的调控，该方法的特征在于其包括下列操作 通过传感器获取两个测量，每个测量持续一个时间段，这两个时间段相对于调 控的分段是不对称的， 根据测量和测量时间段，确定控制子系统的偏移量和系统对调控的无偏移量的 修正响应。通过具有两个未知数两个方程的系统来计算测量的偏移量并将其从控制传感器 所获取的测量中减去，这两个未知数是系统的无偏移量的修正响应和测量子系统的偏移 量，这两个方程是以两个未知数的函数形式来表达的测量。如果这两个时间段相对于调控 的分段是不对称的，则这两个方程就不是多余的，因此允许对方程系统求解。
在本发明的一个特定的实施例中，由控制传感器测量的主导的偏移量由值得量化 的物理现象导致，因为其值(通常由辅助系统测量)用于定义系统的设定点。例如，在液晶屏背光调控中，偏移量的变化主要是由于环境光的变化，如上文所述 这是物理现象。通过确定没有系统偏移量的响应，本发明允许获得无关于环境光的光测量 值。这个偏移量也可以用于适应设定点11，而不是使用辅助传感器来测量环境光。这使得 只使用一个传感器将光调控在设定点并同时测量环境光以生成设定点成为可能。换而言 之，以更普通的方式，设备接收到的设定点可以是测得的偏移量的函数。在这种情况下，主 要由于环境光，偏移量的测量值被加权然后被添加到设定点。例如，在环境光增强时，光的 设定点会提高。通过阅读例如所给实施例的详细的说明，可以更好地理解本发明并且其它优点会 得以体现，由附图描述的说明中
图1以图形表示本发明可以应用于的受控系统； 图2a到2d以时序图表示对系统的调控和几个测量的实例，后者使得确定控制 子系统的偏移量成为可能； 图3表示依据本发明由设备获取的测量的实例，其使得消除偏移量的影响成为 可能； 图4表示使用本发明的控制子系统的实例。为了清楚起见，在不同的示图中相同的组件具有相同的编号。图1表示用于根据设定点11来调控系统10的设备的实例。该设备包括控制模块 12，其通过控制算法向系统10传送调控13。该设备还包括控制传感器14，其测量系统10 的特征变量15并随着调控13变化，以及比较器16，其测量设定点11和变量15的值之间的 差17的。差17构成控制模块12的输入数据。根据本发明的方法适用于时分多电平调控。该调控例如是周期性的，并且一个周 期内，相接有将系统调控到最高电平的活跃期和将系统调控到最低电平(例如零)的不活 跃期。该类型的调控被称作脉冲宽度调制调控。图2a的时序图(记作PWM)表示对系统10 的调控随时间的变化。调控13在两个电平上变化。第一个低电平标记为20，第二个高电平 标记为21。在液晶屏背光的示例性的实施例中，系统10可以包括发光二极管。低电平20 对应于关闭的二极管，高电平21对应于全供电的二极管。操作周期22定义在构成从电平 20到电平21的转换的上升沿23和24之间。依据本发明，该方法包括如下操作 通过传感器14获取两个测量，每个测量持续一个时间段，这两个时间段相对于 调控的分段是不对称的， 根据测量和测量时间段，确定控制子系统的偏移量和系统对调控13的无偏移 量的修正响应。图2b的时序图表示两个时间段的示例性实施例。第一测量31的时间段延伸到活 跃期期间内，第二测量32的时间段延伸到不活跃期期间内。换而言之，第一测量值31是在 调控13在高电平21时获得的，第二测量值32是在调控13在低电平20时获得的。两个测 量31和32在电平20和21上的同步可以通过控制模块12实现，该控制模块还确定电平20 和21间的转换。
图2b的时序图说明的实例中，偏移量直接由在测量32期间由传感器14测得的值 确定。系统10对调控13的响应由传感器14在测量31期间所测得的偏移量的值推导而来。 此类确定便于应用。然而，测量时长取决于占空比，并且当占空比接近0%或100%时可能 使测量不准确。特别地，在这两种情况下，两个测量31或32之一的时间段变得远短于另一 个，因而较短的测量比另一个更加不准确。
图2c和2d说明了依据本发明的另外两个示例性实施例的方法，其通过延长测量 时间段使其超过给定值，以允许提高确定偏移量和系统响应的准确性。例如，将测量时间段 延伸到至少半个周期22。在图2c的时序图说明的实例中，第一测量33的时间段延伸到一个完整周期，第二 测量34的时间段延伸到后半个周期。测量33可以如下表示为Mlmg = Rsystei^OfTsetcycle(1)Mlong表示测量33，Rsystem表示系统响应，Offsetcycle表示在完整周期上的偏移量。测量34取决于占空比。如果占空比小于50%，则测量33可以如下表达为Mshort = Offsetl72 cycle(2)Mshort表示测量34，Offsetl72 cycle表示在半个周期上的偏移量。如果占空比大于 50%，则测量33可以如下表达为Mshort = Rsystem-l/2Rsystemmax+0ffset1/2 cycle(3)Rsystemmax表示占空比为100%的系统响应。在占空比大于或小于50%的两种情况下，系统响应Rsystem都可以表达为函数Mlong-2x Mshort(4)特别地，如果占空比小于50%，得出Mlong-2x Mshort = (Rsystem+0ffsetcycle)-2x Offsetl72 cycle (5)= Rsystem (6)考虑到在整个周期上偏移量是恒定的，因此Offsetcycle = 2x Offsetl72 cycle (7)另外，如果占空比大于50%，得出Mlong-2x Mshort = (Rsystem+0ffsetcycle)-2x (Rsystem_l/2Rsystem fflax+0ffset1/2 cycle) (8)因此Mlong-2χ Mshort 一 Rsystem max_Rsystem (9)对于占空比100 %，系统响应Rsystem是在它处已知的常数，容易确定有效的系统响 应Rsyst 。该响应不受偏移量影响。基于之前确定的系统响应，如果需要，容易在测量33或34之一中确定出偏移量。 例如，从测量33开始，使用公式了(1)Offsetcycle = Mlong RSystem (10)例如，在针对液晶屏背光的本发明实施例中考虑到主导偏移量与环境光相关的情 况下，这样定义的偏移量可以用于定义调控11。图3表示在一个直角坐标系中的两个重叠的曲线40和41。如细线所示，曲线40表示随占空比(记作PWM)变化的系统响应Rsyst 。占空比PWM在0%到100%之间变化。曲 线40是从坐标系的原点42延伸到点43的线段，点43对应于占空比为100%时的最大响应
系^/L RSystem°曲线41表示在同一坐标系中的随曲线41 (粗线所示)形式的占空比PWM变化的测 量33M1(mg和二倍的测量34Mstot之间的差。曲线41由两个线段44和45组成。线段44从坐 标系的原点42延伸到点46，点46对应于占空比为50%时的最大系统响应的一半IARsystem _。线段44重叠在曲线40上。线段45从点46延伸到点47，点47对应于占空比为100% 时的测量33M1(mg与二倍的测量34Msh。rt之间的差，即零。图2d的时序图所示的实例中，第一测量35的时间段延伸至前半个周期，第二测量 36延伸至后半个周期。可以应用与前面类似的计算方式，以便确定消除偏移量影响时的偏 移量和系统响应。图4表示使用本发明的适用于图2c中的测量33和34的控制子系统的一个实例。 在该子系统中，除图1已介绍的组件(即，比较器16、控制模块12、系统10和传感器14)夕卜， 在比较器16的输入端50和51中都加入了传递函数，所述传递函数分别为 52和53，其允许 比较器16对曲线41操作，以此消除偏移量的影响，而不是如以现有技术那样对曲线40操 作。依照本发明的方法的一个变型，包括在同一个周期获取两个测量。在此变型中，两 个测量可以重叠也可以不重叠。对于借助图2c而描述的变型，因为测量33已经占用了全 部周期，所以发生重叠是必然的。测量34是在同一周期的第二半获取的。在同一周期中获 取两个测量可以限制可能随着时间变化的偏移量的影响。
权利要求
一种用于调控以时分多电平调控(PWM)方式受控的系统的方法，该方法使用一种设备，其接收设定点(11)并包括控制子系统，在所述控制子系统中，传感器(14)测量系统(10)的根据所述设定点(11)而变化的特征变量(15)，对所述变量(15)的测量能够通过所述控制子系统来改变对所述系统(10)的调控，该方法的特征在于其包括下列操作●通过传感器(14)获取两个测量(31、32；33、34；35、36)，每个测量持续一个时间段，这两个时间段相对于所述调控的分段是不对称的，●根据所述测量(31、32；33、34；35、36)和所述测量时间段，确定所述控制子系统的偏移量和所述系统对所述调控的无偏移量的修正响应。
2.如权利要求1所述的调控方法，其特征在于，通过具有两个未知数两个方程的系统 来计算测量的偏移量并将其从所述控制传感器所获取的测量(31、32;33、34;35、36)中减 去，所述两个未知数是所述系统的无偏移量的修正响应和测量子系统的偏移量，所述两个 方程是以所述两个未知数的函数形式来表达的所述测量。
3.如前述权利要求之一所述的调控方法，其特征在于，所述设定点(11)是所述偏移量 的函数。
4.如前述权利要求之一所述的调控方法，其特征在于，所述调控是周期性的，并且，在 一个周期中，所述系统(10)被调控到最高电平(21)期间的活跃期和所述系统(10)被调控 到最低电平(20)期间的不活跃期前后相接。
5.如权利要求4所述的调控方法，其特征在于，第一测量(31)的时间段在所述活跃期 上展开，第二测量(32)的时间段在所述不活跃期上展开。
6.如权利要求4所述的调控方法，其特征在于，所述测量时间段(33，34;35，36)在至 少半个周期上展开。
7.如权利要求6所述的调控方法，其特征在于，第一测量(33)的时间段在整个周期上 展开，第二测量(34)的时间段在后半个周期上展开。
8.如权利要求6所述的调控方法，其特征在于，第一测量(35)的时间段在前半个周期 上展开，第二测量(36)的时间段在后半个周期上展开。
9.如权利要求4到8之一所述的调控方法，其特征在于，两个测量(31，32;33，34;35， 36)在同一周期期间发生。
全文摘要
本发明涉及一种用于调控以时分多电平调控(PWM)方式受控的系统的方法。本发明包括通过传感器(14)获取两个测量(31、32；33、34；35、36)，每个测量持续一个时间段，这两个时间段相对于调控的分段是不对称的，根据测量(31、32；33、34；35、36)和测量时间段，确定控制子系统的偏移量和系统对调控的无偏移量的修正响应。借助于这两个测量，本发明使得消除偏移量在系统的控制子系统中的影响成为可能。
文档编号H05B33/08GK101843171SQ200880114133
公开日2010年9月22日 申请日期2008年10月1日 优先权日2007年10月2日
发明者D·沙尤, S·科姆, T·吉内斯泰 申请人:塔莱斯公司