具有稳定性监测的反馈控制器参数生成制造技术

通过向控制系统输入具有预定波形的测试信号、自动地监测材料测试系统的输出、以及将输出与阈值进行自动比较来确认使用指定滤波器参数的材料测试系统的控制系统的稳定性。如果输出超过阈值，则采取第一动作。如果输出未超出阈值，则允许向控制系统输入命令信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及电磁材料测试系统。具体而言，本专利技术涉及反馈控制器参数生成和初始控制器稳定性监测。
技术实现思路
总体而言，在一些方面，通过向控制系统输入具有预定波形的测试信号、自动监测材料测试系统的输出以及将输出与阈值进行自动比较来确认使用指定滤波器参数的材料测试系统的控制系统的稳定性。如果输出超过阈值，则采取第一动作。如果输出未超过阈值，则允许向控制系统输入命令信号。一些实现方式可以包括如下特征中的一个或多个。测试信号包括以命令信号的平均位置为中心的两个方波。方波的频率为1Hz。测试信号包括命令信号的衰减版本。测试信号包括命令信号的低频版本。测试信号包括与命令信号的波形匹配并且具有命令信号幅度的95%的幅度的波形。阈值随侧测试信号而变化。阈值是测试信号幅度的百分比。测试信号包括命令信号的低频和稍微衰减版本与小幅高频信号的组合。采取第一动作包括停止控制系统的操作。采取第一动作包括确定材料测试系统的传递函数、计算用于控制系统的滤波器的参数、向滤波器中加载计算的参数、以及重复稳定性测试。计算参数包括将传递函数与滤波器进行卷积以产生参数。总体而言，在一些方面，通过生成随机噪声信号、向随机噪声信号应用低通滤波器以生成第一滤波信号、向第一滤波信号应用高通滤波器以生成第二滤波信号、将第二滤波信号叠加到正弦波形上以生成参考测试波形、将参考测试波形应用到待测系统、测量待测系统的输出、确定待测系统的传递函数、以及将传递函数与滤波器进行卷积以生成滤波器参数，来确定控制系统的滤波器参数。优点包括在完全实施控制器之前确认系统的稳定性，从而防止对系统或样品的可言旨损害。根据说明书和权利要求书，其他一些特征和优点将是明显的。 附图说明图1显示了电磁材料测试系统的框图。图2显示了针对在电磁材料测试系统中测试的各种样品的系统动力学的图。图3A、图;3B和图5A和图5B显示了流程图。图4显示了用于电磁材料测试系统的控制器的框图。具体实施方式电磁电机可以用于材料和设备测试。这些测试包括静态测试和动态测试这两者。 这样的设备的示例包括来自位于Eden Prairie5MN的Bose公司的ElectroForce系统组的 EleCtrOForCe 3000系列的测试工具，并且这样的设备的示例在于2002年6月18日授权的第6，405，599号美国专利中描述，并且通过引用将所述专利并入于此。材料测试系统通常利用反馈控制器以修改系统动力学，从而使得输出可以跟随在期望输入之后。潜在的输入信号包括位移、负载、应变等等。在图1中示意性显示了示例系统100，其中反馈控制器110耦合到电机组件120和负载单元130，待测设备140位于电机组件120和负载单元130之间。不像许多基于液压或基于丝杠(leadscrew)的测试系统，在基于电磁的测试系统中，待测样品的特性显著影响测试系统动力学。为了确保反馈控制器稳定并且提供足够的动力学响应，需要基于待测样品的特性来调整反馈回路补偿器的参数。在许多示例中，反馈补偿器基于PID(比例、积分、微分)类型的补偿，其中三个平行滤波器每个均影响控制信号。在一般的情形中，对这三个滤波器的输入是通过从期望的输入信号中减去基于输出的测量的反馈信号而生成的误差信号。对于电磁测试系统而言， 使用反馈信号本身作为微分滤波器的输入经常是有益的，这是因为这可以被用于增加系统的阻尼。还可以使用其他类型的控制，诸如基于系统的状态空间模型的时域控制、线性控制器、超前-滞后(lead-lag)控制器、或模糊逻辑控制器。在一些电磁测试系统中，样品显著影响系统的动力学，如图2所示。线20h/b、 204a/b和206a/b显示了三种不同样品的位移测试的幅度和相位，而线208a/b、210a/b和 21h/b显示了三种不同的弹簧的力测试的幅度(a)和相位(b)。当样品如此地影响系统动力学时，必须针对各个待测样品修改控制器的参数，诸如PID控制器中的比例、积分和微分滤波器的增益。在一些示例中，确定在反馈回路补偿器中使用的参数的过程被自动化。为了自动确定该参数，必须标识测试机器和待测样品的组合的系统动力学。这可以使用熟知的系统标识技术来实现。系统标识的输出是系统的频域表示。期望该表示具有足够分辨率以标识控制系统的频率带宽内的所有动力学。图3A显示了用于确定反馈参数的过程300的一般表示。如下所示地，生成(30 参考测试信号，并将该参考测试信号应用(304)到测试系统。 材料测试系统的反馈(输出)信号可以包括位移、力、约束、加速、压力等等。测量(306)输出并且使用傅里叶方法处理参考和输出信号的时间历史数据以确定(308)系统的传递函数。如下所述，通过将控制器的滤波器与所测量的传递函数进行卷积来计算(310)反馈控制器参数。继而存储或输出(31 控制参数以供测试中使用。由于由待测样品可能导致的系统动力学中的显著变化，所以参考信号通常是电压或电流，并且使用在开环配置中操作的控制器来执行系统标识。参考信号应该被设计为包含与用作测试期间的输入的信号的频率和带宽一致的频率内容。可以使用随机、线性调频 (chirp)、脉冲、或扫描正弦信号或信号的组合来设计该参考信号。在一些示例中，参考测试信号320是叠加在诸如2Hz正弦波之类的小幅低频载波 3M上的经滤波的随机噪声信号322，并且如图;3B所示地生成(302)参考测试信号320。用于随机分量的滤波器参数可以基于由信号控制的电机的性质。在一些示例中，若干电机类型中的每一种具有用于使随机波形成形的唯一的高通滤波器和低通滤波器。可以选择高通拐角频率为高于系统的自由空间谐振的频率。在图3的示例中，噪声信号322在被叠加到载波3 上之前通过低通滤波器3 和高通滤波器328，从而生成中间波形330和332。测试信号320的组合幅度被设计为低于预期的命令波形幅度。在一些示例中，测试信号的幅度被限制为低于电机或传感器容量的10%。这样的设置是特定于电机的并且为测试设备的特定组合而定制。经滤波的随机噪声测试信号320覆盖在测试中所见的频率的完整带宽， 从而为确定系统传递函数提供良好基础。在图4中显示了示例反馈控制器400。输入命令信号402与负反馈信号相加并随后通过陷波滤波器404。陷波滤波器被用于最小化无法使用微分内回路最小化的谐振的增益，并且陷波滤波器由滤波器参数N表征。测试信号被提供给比例控制块406和积分控制块408。差分控制块410直接采用反馈信号作为其输入。P、I和D控制输出被相加(其中 D被反向)以形成经更新的测试控制信号，该测试控制信号可以在数模转换器(D2A)412中被转换成模拟控制信号。模拟控制信号在被提供给测试设备416之前，在具有电流反馈的跨导放大器414中被放大。组合的测试机制和样品系统由单个传递函数G表示。具有传递函数H的传感器418提供反馈信号给模数转换器(A2D)420。在图4中表示的单独的块仅为示例，并且每个块可以由包括硬件和软件的许多方式实施，并且可以被实施为分立组件 /步骤或集成在各种组合中。例如，传感器418可以具有数字输出，从而消除对A2D转换器 420的需求。通过将控制器的滤波器与测量的传递函数进行卷积来计算反馈控制器参数N、P、I 和D。对控制器的参数的增益值的确定包括平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·怀特，T·尼克尔，T·德维利，
申请(专利权)人：伯斯有限公司，
类型：发明
国别省市：