自补偿闭环自适应控制系统技术方案

描述了一种自适应控制系统。该系统包括一控制，其具有多个控制参数，这些控制参数提供对相关设备的控制。使用预测误差滤波器来整定这些控制参数，该预测误差滤波器选择使自回归过程的实际和预测值之间的预测误差值最小的控制参数值。

Self compensating closed loop adaptive control system

An adaptive control system is described. The system includes a control that has a number of control parameters that provide control of the associated device. The predictive error filters are used to tune these control parameters, which select the control parameter values that minimize the predicted error values between the actual and predicted values of the autoregressive process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及控制系统，以及更具体地涉及包括设备和控制器的闭环控制系统。本专利技术更具体地涉及配置为提供某个水平的自补偿的控制环。在一优选的实施例中本专利技术提供了用于处于闭环的开关模式电源自补偿调节器。
技术介绍
控制环系统是公知的。典型地在这种系统中，系统的部件、设备由控制器控制。通过以反馈配置提供控制器和设备，有可能减小该设备的输出与该系统的所需输出之间的差异。除了这些差异，在所有的控制环中还存在与该设备的确切特性相关的不确定性。控制环减少了此不确定性的影响，但是以此方式将该控制环设计得鲁棒是需要一些折衷的。使用自适应控制器是处理该设备中的不确定性的另一种方式。典型地，自适应控制器与标准控制环相比能够处理较宽范围的不确定性。当所需输出对大多数时间为静态时，那么该控制环通常被称作调节器。自适应控制环或调节器通常以直接或间接配置提供。两种配置都需要知道该设备的系统标识符。但是传统的直接自整定调节器使用这些系统标识符的估算作为到该调节器的输入，间接自整定调节器涉及两步骤过程(i)设备参数的系统识别；以及(ii)基于所估算的设备参数的控制参数的自动设计。通过该直接或间接方法对设备动态的估算，需要以闭环或开环配置的控制系统的操作。持续激励对闭环系统识别是一个问题。在系统处于调节中时，环路的动态不持续地实行，从而妨碍环动态的识别。一种开环途径尽管不遭受持续激励的问题，但所具有的固有问题在于在系统识别期间环路调节出故障，以及因此在该系统识别阶段有破坏该系统的瞬态的可能性。开环操作不适合于连续适应于环境参数变化的系统。总体上，闭环估算是优选的，尽管有持续激励的问题。因此，传统的自整定调节器存在识别缺乏持续激励的闭环控制系统中的设备参数的需求。它们典型地基于确定性等价的原理工作，其中所估算的设备参数被认为是用于设计该控制器参数的正确值。因此，有对于精确估算设备参数的需求，以及对于所估算的参数尽快收敛到正确值的需求。满足此需求的系统识别算法在计算上是复杂的，因此不适合于低成本ASIC实施。因此，需要提供一种以闭环配置实施并且仍提供以低计算复杂度估算所需控制参数以使能控制系统操作的控制环系统。
技术实现思路
这些和其他需要由根据本专利技术的控制环配置所解决，其提供用于控制系统的闭环操作并且使能环路操作所必要的控制参数的估算。本专利技术还提供了对这些参数的自整定，因为控制器配置成在环路操作期间感测对参数修改的需求以及根据需要实现修改而没有任何来自外部机构的输入。本专利技术的控制环配置可以以ASIC实施提供。根据本专利技术的一实施例提供了实施用于开关模式电源的自补偿调节器，其整体地在闭环中工作。根据本专利技术的教导所提供的调节器在宽范围的动力系部件值上表现良好，并且适合于成本有效的ASIC实施。因此本专利技术提供具有以反馈配置提供的设备的控制环，具有用于该设备的控制器，并且其中控制器包括预测误差滤波器以提供该控制器的自整定。现在将参照下面的示例说明性实施例来描述本专利技术。附图说明图1以示意形式示出根据本专利技术的示例性实施例的电路配置。图2再次以示意形式示出对理解根据本专利技术教导的控制环操作机制有用的部件。图3示出AR过程发生器(左)，以及AR过程分析器(右)。图4示出以最小均方滤波器(LMS)实施的预测误差滤波器(PEF)的部件。图5示出具有LMS预测误差滤波器以及增益适配的降压dc-dc转换器(buck dc-dc converter)。图6示出在响应于50％负载步骤的训练之后图5的电容器电压和电感器电流。图7(a)示出在整定期间和之后的闭环极点轨迹。图7(b)示出在整定期间和之后PEF零点的轨迹。图7(c)示出在整定之前和之后的闭环伯德图。图8示出图5的电路的输出，在没有打开自整定的情况下启动，该整定随后在时间0.0035处激励。图9示出整定被激励时的过渡的放大(虚线)，在80ms的整定之后与波形叠加。图10示出根据本专利技术的电路的之前/之后阶跃响应。图11示出在整定之前和之后的开环伯德图，示出最终增益和相位裕度。图12示出另一环路的示意图，该环路提供电路非理想性情况下的零点稳态控制误差。图13示出另一实施例的示意图，该实施例配置成在部件故障的情况下提供报警。具体实施例方式现在将参考图1-13的示例性实施例来描述本专利技术。如图1中所示，控制系统100包括控制器105，其以闭环反馈配置驱动设备110。设备110设计成基于多(N)个设备参数来执行一过程。控制器105具有一组规定该控制器的时间和频率响应的控制参数。该系统的总闭环响应是设备和控制器参数的函数。在操作中，一旦该系统已经实现调节，该系统的输出将保持恒定。通过尝试将输出维持在其建立条件的控制环的动作，引入到环路中的扰动可以减小或最小化。但是，引入到该环路中的扰动会导致修改控制参数的需要。在图1的实施例中，该扰动由零平均值(mean)的白噪声发生器115示例，驱动自回归(AR，全极点)滤波器120。响应于系统对引入这些扰动到该系统的反应，该控制器配置成实现控制参数的修改。图1的系统可以被看作离散时间系统并且从噪声源到自整定控制器的输出可以被模拟。如图2中所示，h1(n)200是模拟控制误差信号的离散时间系统，由扰动过程和环路响应的AR滤波器构成，h2(n)205模拟该自整定控制器，并且v(n)是零平均值的白噪声源。如果h2(n)可以作成h1(n)的逆系统，那么h2(n)的输出将是白噪声。在此意义上，h1(n)的系统极点被h2(n)的零点抵消。将理解极点的完全抵消不是理想的，因为环路动态随后将由可能未知的设备确定。受约束的抵消可以在适当控制结构的情况下应用，并且根据本专利技术，这样的约束在优选的实施例中可通过将控制器提供为具有N-1个参数的最小阶控制器来实现，其中N是设备的阶。例如，如果设备是2阶设备，那么控制器需要1(即2-1)个控制参数。可以通过已知数目的零点来补偿的环路结构可以有效地使用此技术来补偿，其中所述零点由控制器h2(n)来设置。一示例性实施例通过预测误差滤波器(PEF)提供自整定控制器。其工作原理可以参考图3来解释以及通过将其视为AR过程分析器300来理解，该分析器是AR滤波器305的反向滤波器，其中v(n)是零平均值的白噪声，u(n)是表示调节器的输出上的扰动的AR过程。应注意，该白噪声信号v(n)是AR滤波器305的输入，而且是反向滤波器300的输出。两个滤波器可以由等式1描述v(n)＝u(n)÷a1u(n-)+a2u(n-)+..+aku(n-k)(1)因此，将理解该预测误差滤波器(PEF)是AR过程的反向滤波器，以及因此是全零点或有限脉冲响应(FIR)滤波器。依照图2，h1(n)表示AR过程发生器，以及h2(n)是全零点预测误差滤波器。如果该PEF与该AR过程是相同的阶，那么PEF系数取与该过程的对应参数相同的值。如果该过程不是真正的AR，或者不同阶，那么该PEF系数逼近该过程。这可以从Vaidyanathan，P. P.，J.Tuqan等人(1997)的“On the minimumphase property of prediction-error polynomials”，IEEE Signal ProcessingLetters 4(5)126-127中示出和知道，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于设备的控制系统，该系统具有一控制器，该控制器与所述设备被提供在闭环配置中，该控制器具有配置成控制该设备的至少一个控制参数，该控制器包括预测误差滤波器，该预测误差滤波器配置成实现对所述至少一个控制参数的整定，以便提供该控制器的自整定。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼L凯利，
申请(专利权)人：模拟装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]