專利名稱：反饋控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個反饋控制裝置，該裝置根據(jù)一個參考值來對一受控制目標(biāo)的輸出進(jìn)行控制。
傳統(tǒng)技術(shù)中也曾使用一種反饋控制裝置，此裝置根據(jù)一個參考值來控制一受控目標(biāo)的輸出。
圖9示出了用于進(jìn)行反饋控制的該控制裝置的基本結(jié)構(gòu)。
這種形式的控制裝置將一個受控目標(biāo)10的輸出值e0(控制變量)與由一外部單元提供的作為控制量的一個控制參考值R進(jìn)行比較，并通過控制器20將輸出值e0與參考值R之間的差進(jìn)行放大，然后，受控目標(biāo)10受到與比較及放大結(jié)果相關(guān)的一個操作變量e0所作用，從而控制受控變量e0與控制參考值R相等。
這種控制稱為反饋控制，因?yàn)槭芸刈兞縠0被返回來作為控制器20的輸入。
來自外部的意外的干擾D常常被加在控制目標(biāo)10上。在這種情況下，由于干擾D所引起的受控變量的變化被反饋到控制器20上，從而操作變量eC也發(fā)生變化，結(jié)果，由于干擾D而引起的受控變量e0的變化受到抑制。
作為實(shí)現(xiàn)反饋控制的方法，采用了使用計算放大器的模擬計算方法和使用微計算機(jī)的數(shù)字計算方法。
模擬計算控制稱之為連續(xù)控制系統(tǒng)，因?yàn)橹T如參考值和反饋的受控變量的信號是受到連續(xù)控制的，另一方面，數(shù)字計算控制被稱為采樣數(shù)據(jù)控制，因?yàn)槭菍υ谝欢〞r間間隔的采樣信號進(jìn)行控制。
在采樣數(shù)據(jù)控制中，有一種控制方法，稱之為非周期性控制，根據(jù)該非周期性控制，受控變量可在有限時間設(shè)置，即使參考值和干擾是可變的。
然而，在采樣數(shù)據(jù)控制的非周期性控制中，因?yàn)椴僮髯兞縠C是逐漸變化的，就會經(jīng)常發(fā)生一種對受控目標(biāo)不適的情況，例如，在進(jìn)行發(fā)動機(jī)控制時，有這樣一種情況即給一個機(jī)器一個很大的沖擊，該機(jī)器通常作為一種負(fù)載并連接到發(fā)動機(jī)上。近些年來，已提出了一種增強(qiáng)的控制方法，其中縮短了采樣周期，并且在相對于受控目標(biāo)的參數(shù)變化而言較多的采樣數(shù)上設(shè)置受控變量，該增強(qiáng)的控制是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榭刂蒲b置很復(fù)雜，并且用于控制，控制裝置的增益數(shù)增加了。
日本專利申請?zhí)亻_昭(PUJPA)3-100801揭示了一個沒試驗(yàn)的控制裝置，用于在連續(xù)控制系統(tǒng)中進(jìn)行類似的非周期性控制。在該連續(xù)控制系統(tǒng)的非周期性控制中，有這樣一個優(yōu)點(diǎn)，即其損耗程度比采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的非周期性控制的損耗程度要小，在PUJPA3-100801的說明書中，如果延遲時間(與所要設(shè)置的時間相同)的一個延遲部件被用在控制裝置中，在連續(xù)控制系統(tǒng)中一個參考值的響應(yīng)和對干擾的響應(yīng)可在有限的時間內(nèi)設(shè)置。
即使明確了如果延遲時間(與所要設(shè)置的時間相同)的所述延遲部件被用在控制裝置中的話，非周期性控制將在連續(xù)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。要想獲得能在連續(xù)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)非周期性控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)仍然是困難的，因此，在目前情況下，控制裝置的特定結(jié)構(gòu)是通過試探方法獲得的。
因此，要將在PUJPA3-100801中所描述的控制裝置用到構(gòu)造復(fù)雜的受控目標(biāo)中是非常困難的。
本發(fā)明的一個目的是要提供一種反饋控制裝置，該控制裝置能很容易地用于廣泛使于并包括一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜目標(biāo)的一個受控目標(biāo)中，并且該控制裝置可以在一連續(xù)控制中實(shí)現(xiàn)非周期性控制，在所述連續(xù)控制中，對一參考值的響應(yīng)和對干擾的響應(yīng)可在有限時間內(nèi)設(shè)置。
本發(fā)明的反饋控制裝置包括一個控制器，它從一個根據(jù)一控制變量進(jìn)行操作的受控目標(biāo)處接受一個受控變量輸出和一個指示受控變量值的參考值，計算一個操作變量，以使得到受控變量等于參考值，并將所計算的操作變量提供給受控目標(biāo)。
上述控制有傳遞函數(shù)Gf(s)，它產(chǎn)生相對于干擾的下述響應(yīng)波形f(t)。
更確切地說，假定當(dāng)干擾加到受控目標(biāo)時，受控變量的響應(yīng)波形是f(e)，受控變量的反饋所實(shí)現(xiàn)的開環(huán)狀態(tài)的受控變量的一個響應(yīng)波形關(guān)斷時是P(t)，干擾的相對階數(shù)為d，受控目標(biāo)的相對階數(shù)為g。
當(dāng)干擾加到受控目標(biāo)的時刻(t＝0)，響應(yīng)波形f(t)，直到至少(2g+d-2)階的每個微分值等于與響應(yīng)波形P(t)相關(guān)的每個微分值。
此外，在有限時刻(t＝Tc)，產(chǎn)生了所述的響應(yīng)波形f(t)，其中響應(yīng)波形f(t)的直到至少(2g+d-2)階的所有微分值為零(0)，而在有限時刻之后(t＞Tc)相對于所有階數(shù)的微分值都為零。
根據(jù)本發(fā)明，對在有限時刻能設(shè)置對參考值的響應(yīng)和干擾的響應(yīng)的控制裝置的傳遞函數(shù)的情況作了清楚的闡述，該控制裝置在即使很復(fù)雜的目標(biāo)情況下也能很容易地設(shè)計出來。
如果對干擾的響應(yīng)由包含一個延遲元件(延遲時間Tc)和一個適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)的控制裝置Gf(s)有限地設(shè)置，那么響應(yīng)波形必須確實(shí)滿足下面情況。
具有相對階數(shù)d的干擾D(s)的波形在時刻t＝0的直到(d-2)階微分值為0，如果該干擾被加到相對階數(shù)為g的目標(biāo)GP(s)上，受控變量在時刻0的直到(g+d-2)階的微分值變?yōu)榱?，受控變量被反饋，從而操作變量被控制器Gf(s)中相對階數(shù)為0的傳遞函數(shù)所產(chǎn)生，由于上述原因，操作變量的直到(g+d-2)階的微分值在時刻0也變?yōu)?，該操作變量被加到具有相對階數(shù)g的受控目標(biāo)上，從而可確定受控變量。
因此，由于受控變量的直到(2g+d-2)階的微分值不受控制器的影響，這些微分值必須與開環(huán)響應(yīng)的每一微分值相符合。
直到時刻Tc，在延遲元件中沒有產(chǎn)生輸出，受控變量具有一個波形，它能被連續(xù)無限地微分。在時刻Tc，由延遲元件和受控變量在時刻0的相對階數(shù)為0的傳遞函數(shù)所產(chǎn)生的一個信號被延遲并加到操作變量上。
操作變量的直到(g+d-2)階的微分值都是0，而這對受控變量在時刻Tc直到(2g+d-2)階的微分值沒有影響，因此，受控變量在時刻Tc的直到(2g+d-2)階的微分值是連續(xù)的，將受控變量設(shè)置為0意味著所有的微分值都變?yōu)?，為了滿足連續(xù)性，在Tc時刻的受控變量和直到(2g+d-2)階的所有微分值都必須是0。
下面解釋一個原理，即如果在對干擾的響應(yīng)和對參考值的響應(yīng)的情況下，上面所述的所有實(shí)際情況都滿足的話，那么對參考值的響應(yīng)和對干擾的影響，可以在有限時間內(nèi)確定。
對干擾的響應(yīng);
為了實(shí)現(xiàn)相對于干擾的連續(xù)非周期控制，設(shè)計一個控制器，由一正則的傳遞函數(shù)Gf(s)所表示，其中當(dāng)由一拉普拉斯變換式D所表示的干擾被加到由傳遞函數(shù)Gf(s)所表示的目標(biāo)上時，在t≥Tc確定一個受控變量e0，所述的正則傳遞函數(shù)是這樣一個傳遞函數(shù)，其中分母的階數(shù)S(S拉氏變換變量)等于或大于分子的階數(shù)，由這種傳遞函數(shù)所表示的控制器不需要微分元件，能夠?qū)嶋H構(gòu)造出來，用正則的傳遞函數(shù)表示控制器表明了一種情況，即連續(xù)系的非周期性控制能夠得以實(shí)現(xiàn)，下面解釋這種情況是如何得以滿足的。
下面的等式(1)是從圖7的一個控制系統(tǒng)的方框圖中得到的F(s)＝ (GP(s)D(s))/(1+Gf(s)GP(s)) (1)其中，當(dāng)干擾D(s)加上時，控制變量e0的響應(yīng)是F(s)考慮到非周期性控制時，在這一時刻所述受控變量的一個波形e0(t)可采用波形f(t)用下面的等式(2)和(3)來表示e0(t)＝f(t) O≤t≤Tc (2)e0(t)＝O t≤Tc (3)因此，受控變量的響應(yīng)F(s)可由下面的等式(4)來表示，其中響應(yīng)波形e0(t)已作了拉式變換，等式(4)被稱為有限拉式變換，因?yàn)檎＠阶儞Q的積分區(qū)間是無限的，但無限拉式變換是有限的Tc。
F(S)＝∫TcOε-stf(t)dt (4)F(S)=[ϵ-St-sf(t)]0TC-∫0TCϵ-St-sf(t)(i)dt---(5)]]>其中f(t)(i)]]>表示f(t)的i階微分如果對右邊的積分項(xiàng)順次進(jìn)行K階分步積分運(yùn)算，那么F(s)可由下面的等式(6)表示
這里如果用＜表示拉氏變換，F(xiàn)(s)可以分為包含ε-sTc的一項(xiàng)和不包含ε-sTc的一項(xiàng)，如下面等式(7)所表示F(s)＝F0(s)+FT(s)ε-sTc(7)wherein F0(s)＝Lf(t)and FT(s)＝-Lf(t+Tc).
其中，F(xiàn)0(s)＝Lf(t)和FT(s)＝-Lf(t+Tc)如果控制器的傳遞函數(shù)Gf(s)由等式(1)獲得，采用等式(7)的關(guān)系，可得到下述等式(8)Gf(s)=Gp(s)D(S)-F(s)F(s)Gp(S)]]>=(Gp(s)D(s)-F0(s)-FT(s)ϵ-STCF0(s)Gp(s)+FT(s)Gp(s)ϵ-STC---(8)]]>此外，如果用F0(s)和GP(s)去除分子和分母，可得等式(9)Gf (s) =Gp(s)D(s) - F0(s)F0(s)Gp(s)-FT(s)·ε－STCF0(s)Gp(s)1 +FT(s)F0(s)ε－STC(9)]]>在等式(9)中，1/分母可以構(gòu)造成反饋形式，其中，分母的第二項(xiàng)是一個向后傳遞函數(shù)，為了用延遲元件和正則傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)控制器，其中的每一函數(shù)乘以一個因子ε-sTc，從而等式(9)中所描述的分子的第一項(xiàng)函數(shù)是正則的。
換句話說，如果一個有理型函數(shù)A(s)的相對階數(shù)(分母的階數(shù)一分子的階數(shù))由degsA(s)來表示，傳遞函數(shù)Gf(s)為正則的情況下，可由下列方程(10)(11)和(12)表示degs (FT(s))/(F0(s)) = degs FT(s) - degs F0(s)≥0(10)degs (FT(s))/(F0(s)Gp(s)) = degs FT(s)- degs F0(s) - degs Gp(s)≥0(11)degs (Gp(s)D(s) - FC(s))/(F0(s)Gp(s))= degs (Gp(s)D(s) - F0(s))- degs F0(s) - degs Gp(s)≥0(12)函數(shù)Gf(s)確定為完全正則(degsGP(s)≥0)從而能對實(shí)際的目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，由此原因，如果等式(11)建立了，等式(42)也能成立，并且等式(11)所滿足的條件能被排除。
除一種特殊情況外，函數(shù)的相對階數(shù)(由和或差表示)用作每一函數(shù)的一個較小的相對階數(shù)，并可由下面不等式表示degs(GP(s)D(s)-F0(s))≤degsF0(s)
由于這一原因，等式(12)與之矛盾，因而不能建立，為了建立等式(12)可考慮下面特定情況。
具體地說，如等式(13)所示，F(xiàn)0(s)和GP(s)D(s)的相對階數(shù)彼此相等，當(dāng)后(s)和GP(s)D(s)用一公分母約減時，每個分子的高次項(xiàng)彼此相等，因此其差為零，從而GP(s)D(s)-F0(s)的相對階數(shù)變?yōu)?degsF0(s)+degsGP(s))或大于該值。
如果下面的等式(13)所示的關(guān)系用作等式(11)和(12)的條件時，可得到下面的等式(14)和(15)為了使得Gf(s)正則，等式(13)，(14)和(15)要滿足所述條件。
degsF0(s)＝degsP(s)＝g+d (13)degsFT(s)≥2g+d (14)degs(P(s)-F0(s))≥2g+d (15)其中，P(s)＝GP(s)D(s)degsGP(s)＝g(g≥0)和degsD(s)＝d(d＞0)，干擾是一個完全正則函數(shù)，這從工程角度看是有意義的。
P(s)是當(dāng)反饋切斷時，干擾D(s)的一個響應(yīng)，也就是說，P(s)是一個開環(huán)響應(yīng)。如果開環(huán)響應(yīng)的波形是P(t)，P(s)可以下面的等式(16)表示為一個拉氏變換，如果進(jìn)行K次分步積分運(yùn)算，P(s)可由下式(17)表示P(s)=∫0∞ϵ-STP(t)dt---(16)]]>
P(s)=S-1P(0)+s(0)-2(1)+...]]>+s-kp(0)(k-1)+s-k∫0∞ϵ-stp(t)(k)dt---(17)]]>因?yàn)镈(s)，GP(s)是完全正則的，P(s)也完全正則，P(t)能連續(xù)無限地進(jìn)行微分運(yùn)算，如果對P(s)右邊的積分項(xiàng)逐次進(jìn)行無限次分步積分運(yùn)算來將P(s)展開，考慮到P(s)的相對階數(shù)為g+d，可以得到等式(18)P(s)=s-g-dP(0)(g+d-1)+s-g-d-1P(0)(g+d)+...]]>+s-Kp(0)(K-1)+s-k-1P(0)(k)+...---(18)]]>滿足等式(13)的是完全正則的，并且f(t)變成一個能無限連續(xù)微分的波形，如果F(s)通過分步積分來展開，可得到下面的等式(19)
首先，為了滿足等式(13)，f(0)至
必須是0。
其次，為了滿足等式(14)，f(Tc)至
必須是0。
此外，為了滿足等式(15)，f(0)(g+d-1)]]>至
和p(0)(g+d-1)]]>至p(0)(2g+d-2)]]>必須彼此相等。
f(t)的這些響應(yīng)波形所要求的條件可由下面等式(20)總體表示f(0)(i)=p(0)(i)0≤i≤2g+d-2]]>f(TC)(i)=0]]>其中p(0)(i)=0---0≤i≤g+d-2---(20)]]>換言之，當(dāng)選擇如下所述的響應(yīng)波形f(t)時，包含正則傳遞函數(shù)和延遲元件的控制器，可由干擾響應(yīng)F(s)來確定，F(xiàn)(s)是響應(yīng)波形f(t)從0到Tc的有限拉氏變換，響應(yīng)波形f(t)具有直到(2g+d-2)階的微分值，階(2g+d-2)是由干擾的相對階d和目標(biāo)的相對階g確定的，當(dāng)t＝0時，所述微分值等于開環(huán)響應(yīng)函數(shù)P(t)的各個微分值，而當(dāng)t＝Tc時等于0，對參考值的響應(yīng)。
對參考值的非周期性控制將參考圖7進(jìn)行解釋，當(dāng)僅僅加上干擾D(s)對受控變量e0的響應(yīng)和控制器Gf(s)可由下述等式(21)和(22)表示F(s)＝ (Gp(s)D(s))/(1+Gf(s)Gp(s)) (21)Gf(s)＝ (Gp(s)D(s)-F(s))/(F(s)Gp(s)) (22)如果當(dāng)僅僅加上參考值R(s)時，受控變量e0的響應(yīng)是Y(s)，并且參考值R(s)和干擾D(s)是同樣的函數(shù)，可以Y(s)可以由下面的等式(23)表示Y(s)＝ (Gf(s)Gp(s)D(s))/(1+Gf(s)Gp(s)) ＝Gf(s)F(s)＝D(s)- (F(s))/(Gp(s)) ＝D(s)-E(s)＝-U(s) (23)其中E(s)是當(dāng)響應(yīng)干擾的時刻目標(biāo)的輸入，U(s)是響應(yīng)干擾的時刻的一個操作變量。
由等式(23)可得到下述事實(shí)。
如果在時刻Tc將目標(biāo)的輸入E(s)置為0，參考值R(s)(與干擾D(s)是同一函數(shù))的響應(yīng)Y(s)在時刻Tc后與參考值一致，此時，在響應(yīng)干擾的時刻，對參考值的響應(yīng)與操作值U具有同樣的函數(shù)(波形)。
因此，為了在圖7的控制系統(tǒng)中有限地建立對參考值的響應(yīng)，要設(shè)計一個由正則傳遞函數(shù)Gf(s)所表示的控制器，其中當(dāng)干擾加上時，在t≥Tc控制值置為0，并受控目標(biāo)的輸入在t≥Tc時置為0。
為了獲得如圖8所示的上述控制器的條件，受控的目標(biāo)GP(s)被分為分母元素GPD(s)和分子元素GPN(s)，然后，考慮一個中間部分的響應(yīng)H(s)。
目標(biāo)的輸入E(s)由GPDH(s)表示，受控變量F(s)由GPN(s)H(s)表示，因?yàn)镚PD(s)和GPN(s)是s的一個多項(xiàng)式，即比例和微分的算子，如果中間部分在時刻Tc之后變?yōu)?，那么，目標(biāo)的輸入和受控變量在時刻Tc之后也變?yōu)?，(見下面的等式(24))。
GP(s)＝ (GPN(s))/(GPD(s))其中，GpN(s)＝bnsn+bn-1sn-1+…+b0GpD(s)＝sm+am-1sm-1+a0因此degsGp(s)＝g＝m-n(24)中間部分的響應(yīng)H(s)可由下面的等式(25)表示
H (s) =Gp(s)D(s)GpN(s)1 + Gf (s) Gp(s)(25)]]>可以認(rèn)為等式(1)的F(s)的右邊的干擾D(s)用D(s)/GPN(s)所替換，然后，d用d+n替換，和d用m-n替換，從而進(jìn)行展開，該展開式與對干擾的響應(yīng)的展開式相同，獲得正則控制器Gf(s)(其中對中間部分的響應(yīng)在時刻Tc之后被置于0)的A條件，可由下面的表達(dá)式(26)表示
q(0)(i)=0---0≤i≤m+d-2---(26)]]>其中H(t)是對中間部分的響應(yīng)(0≤t≤Tc)，q(t)是中間部分的開環(huán)響應(yīng)，m是目標(biāo)Gp(s)的分母的階數(shù)，n是受控目標(biāo)GP(s)的分子的階數(shù)，d是干擾D(s)的相對階數(shù)。
如上所述，可以實(shí)現(xiàn)對連續(xù)系統(tǒng)的控制，在該系統(tǒng)中，具有同一函數(shù)的干擾和指令可以有限地設(shè)定。相關(guān)于任意時刻的參考值和干擾變量的組合，響應(yīng)或?yàn)楦鱾€單個響應(yīng)的迭加當(dāng)目標(biāo)的分子元素是個常數(shù)，即分子的階為0時，如果連續(xù)系統(tǒng)相對于干擾的非周期性控制的條件得到滿足，那么，對參考值的響應(yīng)可以有限地確定。此外，當(dāng)干擾和參考值是在設(shè)計時所假定的函數(shù)的比例微分函數(shù)時，其響應(yīng)也是成正比的微分函數(shù)，該函數(shù)具有在設(shè)計時刻所選定的波形，從而可建立連續(xù)系統(tǒng)的非周期性控制。例如，在假定干擾和參考值是1/S2(時間函數(shù)t)時所設(shè)計的控制操作部分可以有限地置為1/S(階躍函數(shù))和1(脈沖函數(shù))。
由通用控制器所假定的參考值和干擾通常設(shè)置為階躍函數(shù)，在這種情況下，可獲得一個控制器，它在有限時刻對干擾的影響置為0，然后，對干擾的影響在時刻Tc被有限地設(shè)置為0，這樣，從參考值到操作變量的傳遞函數(shù)變?yōu)橐粋€整數(shù)(C/SC是一個常數(shù))，從而，在時刻Tc之后對參考值的響應(yīng)被有限地設(shè)置而沒有變化。
如上所述，選擇了這樣的響應(yīng)波形，它滿足對直到由干擾的相對階數(shù)和目標(biāo)的相對階數(shù)所確定的階數(shù)的微分值的控制，因此，可以獲得控制器的傳遞函數(shù)以及能有限設(shè)定參考值和干擾的控制器。
說明書附圖示出了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，上面對發(fā)明的總體描述以及下面針對最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述可一起用于對本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋。


圖1是一結(jié)構(gòu)圖，它示出了與本發(fā)明的第一個實(shí)施例相關(guān)的一個控制器;
圖2示出了第一實(shí)施例的一個響應(yīng)波形;
圖3是一結(jié)構(gòu)圖，它示出了與本發(fā)明的第二實(shí)施例相關(guān)的一控制器;
圖4示出了第二實(shí)施例的一響應(yīng)波形;
圖5是一結(jié)構(gòu)圖，它示出了與本發(fā)明的第三實(shí)施例相關(guān)的一控制器;
圖6示出了第三實(shí)施例的一響應(yīng)波形圖7示出了由一函數(shù)方框圖所表示的一個反饋型控制裝置;
圖8示出了一個受控目標(biāo)被分為分母元素的函數(shù)方框圖和分子元素的函數(shù)方框圖的狀態(tài);
圖9示出了傳統(tǒng)的控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。
首先解釋本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖1示出了與第一實(shí)施例相關(guān)的一個反饋控制裝置的結(jié)構(gòu)。
這個第一實(shí)施例示出了一種通常的情況，其中參考值和干擾值被設(shè)置為一個階躍函數(shù)(1/S)，此外，由階躍函數(shù)(1/S)所示的一個積分器11被用在一個受控目標(biāo)10中。
本發(fā)明的這一實(shí)施例中的控制器20包括第一至第三線性放大器37，41，和43，第一至第三積分放大器39，48和45，第一至第五加減器38，40，44，47，和46以及一個延遲元件42。
在該實(shí)施例中，第一線性放大器37的增益設(shè)置為1/2，這個第一線性放大器37從外部接收一個參考值R1并且將線性放大值輸出到第一加減器38。
該第一加減器38進(jìn)一步從延遲元件42接收一個輸出，并從第一線性放大器37的輸出值中減去延遲元件42的輸出值。
在第一積分器39中，設(shè)置了傳遞函數(shù)6/(Tc2·S)，第一加減器38的輸出值作為其輸入并進(jìn)行積分，該積分值輸出到第二加減器40上。
第二個加減器40從第三個加減器44接收一個輸出值，并從第一個積分器39的輸出值中減去第三個加減器44的輸出值，將所減出的值輸出到受控目標(biāo)作為一個操作變量。
一個階躍參考值R2從外部提供給第四加減器47，一個受控變量e0從受控目標(biāo)10同樣提供給該加減器47，第四加減器47進(jìn)一步從第二積分器處接收一個輸出，從階躍參考值R2中減去受控變量e0和第二積分器48的輸出值，并將所減出的值輸出給延遲元件42和第二線性放大件41。
第二積分器48接收第五加減器46的一個輸出值，用階躍函數(shù)1/S對輸出值作積分，并將積分值輸出給第四加減器47。
延遲元件42將由第四加減裝置所提供的輸出值延遲(1-ε-sTc)，并將延遲的值輸出給加減器38，第三線性放大器41和第三積分器45，第二線性放大器41將第四加減器47的輸出值用6/Tc的增益進(jìn)行線性放大，并將放大的值輸出給第三加減器44，第三積分器有一個傳遞函數(shù)6/(Tc2·S)，它對延遲元件42的輸出值作積分，并將積分值輸出給第五加減器46。
第三線性放大器43對延遲元件42的輸出值用2/Tc的增益進(jìn)行線性放大，并將放大值輸出給第三加減器44，此外，第五加法器46將第三積分器45的輸出值與第三加減器44的輸出值相加，并將和輸出給第二積分器48。
如上所述，上面的結(jié)構(gòu)元件可作如下結(jié)合。
GP(s)是受控目標(biāo)，干擾D(s)設(shè)置為1/S，從而可建立下面等式
與等式(20)相關(guān)的干擾響應(yīng)波形f(t)的條件可由下面四個等式表示f(0)＝p(0)＝0(27)f(0)(1)=p(0)(1)=1---(28)]]>f(Tc)＝0(29)f(TC)(1)=0---(30)]]>然后，由下面的第三階表達(dá)式(31)選擇一個目標(biāo)響應(yīng)波形f(t)f(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3(31)下面將解釋獲得控制操作部分20的過程。
等式(27)至(30)相對于響應(yīng)波形f(t)的關(guān)系可由下面的等式(82)至(35)得到f(0)＝a0＝0 (32)f(0)(i)=a1=1---(33)]]>
f(Tc)＝Tc+a2Tc2+a3Tc3＝0 (34)f(TC)(1)=1+2a2TC+3a3TC2=0---(35)]]>從而響應(yīng)波形f(t)可由下面等式(36)表示f (t) = t - (2t2)/(TC) + (t3)/(TC2) (36)然后，由下面等式(37)可獲得f(t)從時刻0開始到Tc的一個拉普拉氏變換F(s)F(s) = 1/(s2) ｛ 6/(TC2S2) - 4/(Tcs) + 1- ( 6/(Tc2s2) + 2/(Tcs) ε-STC)｝ (37)在等式(22)的Gf(s)中，如果用1/S替代GP(s)，D(s)，而等式(37)的F(s)替代等式(22)的F(s)可得到下面等式(38)
Gf(s)=1/s2-F(s)F(s)/s]]>=-{-6Tc+(1·ϵ-STC)(2Tc+6Tc2s)}1+{-6Tc+(1·ϵ-STC)(2Tc+6Tc2s)}1s---(38)]]>采用由等式(38)所得到的控制器的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可由圖1方框圖示出。
因?yàn)榭刂颇繕?biāo)的分子元素是一個常數(shù)，從而階躍參考值R2可以有限地設(shè)置。
此外，因?yàn)閰⒖贾凳且粋€階躍函數(shù)，因而可以有限地設(shè)置輸入到第一加減器38中的參考值，在所述的第一加減器中，從參考值到操作變量的傳遞函數(shù)是一個整數(shù)。
選擇第一線性放大器37的增益，從而操作變量e0與參考值R1的比例關(guān)系變?yōu)?。
圖2示出當(dāng)設(shè)置時間Tc是1秒時的響應(yīng)波形。
此外，在圖中示出了在t＝0時當(dāng)參考值從0變到1以及當(dāng)t＝5秒時當(dāng)干擾從0變到-2時的受控變量e0(t)和操作變量ec(t)的響應(yīng)。實(shí)線示出了當(dāng)參考值是對R1的輸入的情況而虛線示出了當(dāng)參考值是對R2的輸入情況。對干擾的響應(yīng)而言，兩者之間沒有區(qū)別。
下面將解釋本發(fā)明的第二個實(shí)施例;
圖3示出了與本發(fā)明的第二個實(shí)施例相關(guān)的一個控制器的結(jié)構(gòu)圖，與第一個實(shí)施例相似，這個實(shí)施例示出了這樣一種情況，其中參考值和干擾設(shè)置為一個階躍函數(shù)(1/S)，要進(jìn)行控制的受控目標(biāo)示于積分器11中。
一個控制器22包括第一至第四加減器29，35，31，32，第一到第二積分放大器30和36，第一和第二線性放大器28和33以及延遲元件34。
一個參考值輸入到增益置為Ka的第一線性放大器28，第一加減器29接收第一線性放大器28的輸出值，進(jìn)一步接收第二加減器35的一個輸出值，并從第一線性放大器28的輸出值中減去第二加減器35的輸出。
第一積分器30具有一傳遞函數(shù)Ki/S，它對第一加減器29的輸出值作積分，將積分值輸出到第三加減器31上，第三加減器31從第一積分器30的輸出值中減去第二線性放大器33的輸出值。
第四加減器32將延遲元件34的輸出值與第三加減器31的輸出值相加，將相加的和提供給受控目標(biāo)10作為操作變量。
第二加減器35，從由受控目標(biāo)10中輸出的控制值e0中減去第二積分器36的一個輸出值和由外界提供的一個階躍參考值，該第二加減器35的輸出值被分別提供給第一加減器29，延遲元件34和第二線性放大器33。
延遲元件34將第二加減器35的輸出值延遲Kd(1-ε-sTc)并輸出延遲的值，第二積分器36用傳遞函數(shù)1/S對延遲元件34的輸出值進(jìn)行積分，并將積分值輸出到第二加減器35。第二線性放大器用增益Kp對第二加減器35的輸出值作線性放大，并將放大值輸出給第三加減器31。
下面將解釋獲得上述結(jié)構(gòu)控制器的過程。
在本實(shí)施例中，一個衰減的正弦波(是一個指數(shù)函數(shù))，被選擇作為一個目標(biāo)響應(yīng)波形f(t)，該衰減正弦波包括四個參數(shù)，即幅值b衰減因子β，一個角頻率ω1和一個相位Φ1，這些參數(shù)似乎由方程(27)至(30)來確定。
然而，該衰減正弦波斜跨過0，因此不能滿足等式(29)和(30)，因此，加入一個常數(shù)值“a”，從而f(t)由下述方程(39)來選擇f(t)＝a+bε-βtsin(ω1t+φ1) (39)然后，由下面的等式(40)至(43)可得到等式(27)至(30)相對于響應(yīng)波形f(t)的關(guān)系f(0)＝a+bsinφ1＝0 (40)
f(Tc)＝a+bε-βTcsin(ω1Tc+φ1)＝0 (42)
然后，由下面的等式(44)和(45)得到f(t)的從0開始Tc的一個拉式變換F(s)
F(s)=[a-sϵ-st+bϵ-(β+s)t]]>F(s)=s+a(β2+ω12)(1·ϵ-STC)s{(s+β)2+ω12}---(45)]]>在等式(22)的Gf(s)中，如果用1/S替換Gf(s)D(s)，用等式(45)的F(s)替換等式(22)中的F(s)，可得到下面等式(46)Gf(s)=2β+β2+ω12s-a(β2+ω12)(1-ϵ-STC)1+a(β2+ω12)(1-ϵ-STC)s---(46)]]>采用由等式(46)所得到的控制器的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由圖3的方框圖示出，不過，此時Kp是2β，Ki是β2+ω21，Kd是a(β2+ω21)，a是一個常數(shù)值，Ka是(1+Kd·Tc)-1。
在本實(shí)施例中，如果給出了調(diào)整時間Tc，三個參數(shù)值即a，β，ω1的其中之一被適當(dāng)確定，另外兩個參數(shù)值可通過兩個方程來確定，這兩個方程可通過從方程(40)至(43)中消除b和Φ來得到。例如，如果Ic是一秒，β是1，a＝0.07337703141和ω1＝4.878908146，圖4示出了基于這些數(shù)值的響應(yīng)波形，圖4特別示出了，當(dāng)時刻＝0秒時參考值從0變?yōu)?，以及當(dāng)時刻＝5秒時干擾從0變?yōu)?1時，受控變量e0(t)和操作值ec(t)的響應(yīng)波形。對參考值R1的響應(yīng)用一條實(shí)線示出，而對參考值R2的響應(yīng)用虛線示出。
下面將解釋本發(fā)明的第三個實(shí)施例。
圖5示出了與第三個實(shí)施例相關(guān)的控制器的結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，控制目標(biāo)10用積分器11和一階時滯13示出，控制目標(biāo)的傳遞函數(shù)GP(s)是1/｛(s+ωc)｝。
第三實(shí)施例中的控制裝置的控制器23包括第一至第六加減器50，56，52，53，54和62，第一至第五積分器51，60，63，57和64，第一至第四線性放大器49，55，58和59，和一個延遲元件61。
在該實(shí)施例中，一個參考值輸入到增益為Ka的第一線性放大器49，第一加減器50從第一線性放大器49接收一個輸出值，進(jìn)一步接收第二加減器56的輸出值，并從第一線性放大器49的輸出值中減去第二加減器56的輸出。
第一積分器51的傳遞函數(shù)為Ki2/S，它用該傳遞函數(shù)對第一加減器50的輸出值作積分，并將積分值輸出給第三加減器52，第三加減器52從第一積分器51輸出值中減去第二線性放大器55的輸出值，所減去的輸出值提供給第四加減器53，第四加減器53從延遲元件59的輸出值中減去第三加減器52的輸出值，并進(jìn)一步將減去的值提供給第五加減器54。
第五加減器54從第二積分器60接收一個輸出值并將第四加減器53的輸出值與第二積分器60的輸出值相加，將和提供給受控目標(biāo)10作為一個操作變量。
此外，在該實(shí)施例中，從受控目標(biāo)10輸出的參考值R2和受控變量e0提供到第六加減器62，第六加減器62從由受控目標(biāo)10輸出的受控變量中減去第三積分器63的輸出值和參考值R2，第六加減器62所減得的值被提供給第四積分器57，第三線性放大器58，第四線性放大器59和延遲元件61。
第四積分器57用傳遞函數(shù)Ki1/S對第六加減器62的輸出值作積分，并將積分值輸出到第二加減器56，第三線性放大器58用增益KP1，對第六加減器的輸出值線性放大，并將放大值輸出給第二加減器56。
增益為(Ki1+Ki2)的第四線性放大器59對第六加減器62的輸出值線性放大。
延遲元件61將第六加減器62的輸出值用Kd(1-ω-sTc)進(jìn)行延遲并輸出延遲值。
第二加減器56將第四積分器57的輸出值與第三線性放大器58的輸出值相加，并將和輸出到第一加減器50和第二線性放大器55，第二線性放大器55用增益KP2對第二加減器56的輸出值線性放大，并將放大值提供給第三加減器52。
第二積分器60用傳遞函數(shù)(s+ωc)/S對延遲元件61的輸出值作線性積分，此外，第五積分器64用傳遞函數(shù)1/S對延遲元件61的輸出值作積分。
下面將解釋獲得上述結(jié)構(gòu)控制器23的過程。
在此情況下，干擾D(s)是階躍函數(shù)，受控目標(biāo)GP(s)的相對階數(shù)是2，干擾D(s)是1/S，其相對階數(shù)是1，因此，可建立下面的等式degsGP(s)＝g＝2degsD(s)＝d＝1因此2g+d-2＝3基于上面的等式，等式(27)至(30)中相對于響應(yīng)波形f(t)的關(guān)系，可由下面等式(47)至51)得到f(0)＝p(0)＝0(47)f(1)(0)=p(1)(0)=0 (48)f(2)(0)=p(2)(0)=1 (49)f(3)(0)=p(3)(0)=-ωc (50)f(i)(Tc)=0 0≤i=3 (51)可以相對容易地得到一個多項(xiàng)式作為目標(biāo)的波形f(t)，因此，本實(shí)施例示出了一個衰減的正弦波形的情況，因?yàn)榘藗€條件表達(dá)式可得到滿足，選擇下面的等式(52)，其中一個常數(shù)值a加到二個衰減的正弦波上。
如果在0至Tc間對f(t)作拉氏變換獲得F(s)，并通過從條件表達(dá)式(47)至(51)中所獲得的函數(shù)，對F(s)進(jìn)行整理，F(xiàn)(s)可由下面的等式(53)表示
在等式(22)的Gf(s)中，如果1/｛(s+ωc)s｝替代GP(s)，用1/S替代D(s)，用等式(53)的F(s)替換等式(22)的F(s)，可得下面等式(54)
為了簡化操作部分的結(jié)構(gòu)，如果加入等式(55)的條件，則可得到圖5所示的結(jié)構(gòu)。
2(β+γ)-ωc＝0(55)
其中Kp1，Kp2，Ki1，Ki2，Kd和Ka分別用2β，2Y，β2+ω21，Y2+ω22，a(β2+ω21)(Y2+ω22)和〔a(Y2+ω22)Tc〕來置換與第一和第二實(shí)施例相似，可以有限地設(shè)置兩個參考值輸入R1和R2，如果調(diào)整時間Tc和第一階ωc的時滯給出，a，β，ω1，Y，ω2可由通過從等式(47)至(55)消去b，c，Φ1，Φ2后獲得的4個等式和等式(55)來確定，這些數(shù)值的實(shí)例如下所示當(dāng)Tc＝2.5119224742，ωc＝3，177556時，a＝0.069941131833β＝0.2ω1＝1.0Y＝1.388777999ω2＝3.4378948638圖6示出了基于這些數(shù)值的響應(yīng)波形，特別是圖6示出了在時刻為0秒時，當(dāng)參考值從0變?yōu)?和當(dāng)時刻等于5秒時干擾從0變?yōu)?2時受控變量e0(t)和操作變量eO(t)的響應(yīng)波形。對參考值R1(s)的響應(yīng)用實(shí)線示出，而對參考值R2(s)的響應(yīng)用虛線示出。
上面解釋了根據(jù)本發(fā)明在連續(xù)系統(tǒng)中能有限設(shè)置的控制器的實(shí)施例。為了簡化說明，是相對較容易的受控對象和干擾函數(shù)來進(jìn)行解釋的。當(dāng)受控的目標(biāo)和干擾函數(shù)很復(fù)雜時，也可以得到控制器結(jié)構(gòu)，與控制操作部分的結(jié)構(gòu)必須用試探法來確定的傳統(tǒng)的情況相比，這要簡單得多，此外，即使數(shù)字計算是由一個微計算機(jī)完成的，這些控制操作部分也能得到相似的響應(yīng)，因此，可得到采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的非周期性控制，它比傳統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的非周期性控制要好。
如上所述，由本發(fā)明的控制器實(shí)現(xiàn)的非周期性控制能在有限時間內(nèi)設(shè)置對參考值和干擾的響應(yīng)，此外，非周期性控制具有連續(xù)控制的特性，即相對于控制系統(tǒng)的參數(shù)變化而言是平滑而增強(qiáng)的。還具有能在有限時間設(shè)置響應(yīng)控制特性。因此，具有這種良好特性的非周期性控制能夠?qū)崿F(xiàn)并且能作用于各種技術(shù)領(lǐng)域的要進(jìn)行控制的受控目標(biāo)中，并能帶來顯著的效果。
對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，很容易提出另外的優(yōu)點(diǎn)和修改，因此，本發(fā)明并不局限于上面的詳細(xì)描述及其代表性裝置，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物所限定的總的發(fā)明概念的精神或范圍下，可作出各種修正。
權(quán)利要求
1.一個反饋控制裝置，該裝置輸出一個操作變量(ec)用于控制一個受控目標(biāo)(10)，該受控目標(biāo)(10)根據(jù)所述操作變量進(jìn)行操作來輸出一個受控變量(e0)該反饋控制裝置包括控制器(21，22，23)用于接收從所述受控目標(biāo)(10)輸出的受控變量(e0)和由外部提供，并指示一個受控變量(e0)從所述受控目標(biāo)(10)輸出的一個指示值(R1，R2)，計算使所述受控變量(e0)等于所述指示值(R1，R2)的操作變量(ec)所計算的操作變量(ec)提供給所述受控目標(biāo)(10)；所述控制裝置(21，22，23)具有一個傳遞函數(shù)Gf(s)，用于獲得包含所述控制值(e0)中的一個響應(yīng)波形f(t)其中，在時刻(t=0)，當(dāng)所述干擾被加到所述受控目標(biāo)(10)時，所述響應(yīng)波形f(e)直到至少(2g+d-2)階的每個微分值等于相應(yīng)于一個響應(yīng)波形P(t)的各個微分值，并且在時刻(t=Tc)，所述響應(yīng)波形f(t)直到至少(2g+d-2)階的每一微分值等于零，而t＞Tc之后所有各階的微分值都變?yōu)榱悖黄渲?，?dāng)干擾值加到所述受控目標(biāo)(10)的時刻，所述響應(yīng)波形f(t)包含在所述受控變量(e0)中，在所述受控變量(e0)的反饋斷開的開環(huán)狀態(tài)，所述響應(yīng)波形P(t)包含在所述受控變量(e0)中，干擾值的一個相對階數(shù)置為“d”，所述受控目標(biāo)(10)的相對階數(shù)置為“g”。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于所述受控目標(biāo)(10)有一傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)具有彼此串聯(lián)的一個分母單元和一個分子單元，用傳遞函數(shù)Gf(s)表示的控制器(21，22，23)用于獲得一個響應(yīng)波形h(t)，其中在時刻t＝0，當(dāng)所述干擾值被加到所述中間部分時，所述響應(yīng)波形h(t)直到至少(2m-n+d-2)階的各個微分值等于相關(guān)于所述響應(yīng)波形q(t)的各個微分值;在有限時刻(t＝Tc)所述響應(yīng)波形h(t)直到至少(2m-n+d-2)階的各個微分值等于零，在有限時刻之后(t＞Tc)，相關(guān)于所有階的微分值都為零;其中，所述響應(yīng)波形h(t)在當(dāng)干擾值加到所述受控目標(biāo)(10)的時刻，出現(xiàn)在所述分母單元和所述分子單元的中間部分，所述響應(yīng)波形q(t)在開環(huán)狀態(tài)下，響應(yīng)于干擾值出現(xiàn)在中間部分，所述受控目標(biāo)(10)的所述分母單元的階數(shù)量為“m”分子單元置為“n”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于所述受控目標(biāo)(10)和所述干擾值各有一個相對階為“1”的階躍函數(shù)(1/S)，并且所述響應(yīng)波形f(t)用多項(xiàng)式表示時，所述傳遞函數(shù)Gf(s)可由下式表示Gf (s) =－ ｛－6TC+ (1 - ε－STC)(2TC+6TC2s)｝1 + ｛－6TC+ (1 - ε－STC)(2TC+6TC2S)｝1S]]>其中，所述ε-sTc是一個延遲單元
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述受控目標(biāo)(10)和所述干擾值各有一個相對階數(shù)為“1”的階躍函數(shù)(1/S)，并且所述響應(yīng)波形f(t)用一個衰減正弦波是一個指數(shù)函數(shù)表示時，所述傳遞函數(shù)Gf(s)可用下式表示Gf = (s)2β +β2+ ω 12s- a (β2+ ω 12)(1 - ε－STC)1 + a(β2+ ω 12)(1 - ε－STC)S]]>其中，所述ε-sTc是一個延遲單元，b是衰減正弦波的幅值，β是衰減正弦波的衰減因子，ω是一個角頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述受控目標(biāo)(10)的函數(shù)為1/｛(s+ω)s｝和所述干擾值為階躍函數(shù)(1/S)，所述響應(yīng)波形f(t)是一個指數(shù)函數(shù)的衰減的正弦波表示時，所述傳遞函數(shù)Gf(s)可由下式表示
其中，所述ε-sTc是一個延遲單元，b是衰減正弦波的幅值，β是正弦衰減波的衰減因子，ωc是一個角頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于，所述控制器(21)包括第一至第三線性放大器(37，41，43)，第一至第三積分器裝置(39，48，45)，第一到第五加減裝置(38，40，44，47，46)和延遲裝置(42);所述第一線性放大器(37)接收所述的指示值，用1/2增益將所述參考值線性放大，并將放大值輸出到所述第一加減器(38)，所述第一加減器(38)從所述第一線性放大器(37)的輸出值中減去所述延遲裝置(42)的輸出值，并將減得的值輸出到所述第一積分器(39);所述第一積分器(39)用6/Tc2s傳遞函數(shù)對所述第一加減器(38)的輸出值作積分，并將積分值輸出到所述第二加減器(40);所述第二加減器(40)從所述第二積分器(39)的輸出中減去所述第三加減器(44)的輸出值，并輸出所減出的差值，作為對所述受控目標(biāo)(10)的所述操作變量(ec);所述第四加減器(47)從一個階躍參考值(R1)中減去所述受控變量(e0)和所述第二積分器(48)的輸出值，將差值輸出到所述延遲裝置(42)和所述第二線性放大器(41);所述第二積分器(48)用階躍函數(shù)1/S對所述第五加減器(46)的輸出值進(jìn)行積分，并將積分值輸出到所述第四加減器(47);所述延遲裝置具有一個延遲單元(1-ε-sTc)它根據(jù)所述延遲單元對所述第四加減器(47)的輸出值進(jìn)行時間延遲，并將延遲的值輸出到所述第一加減器(37)，所述第三線性放大器和所述第三積分器(45)所述第三線性放大器(43)對所述第四加減器(47)的輸出值用一增益6/Tc進(jìn)行線性放大，并將線性放大的值輸出到所述第三加減器(44);所述第三積分器(45)用傳遞函數(shù)6/Tc2S對所述延遲單元(42)的輸出值作積分，并將積分值輸出到所述第五加減器(46);所述第三線性放大器(43)用2/Tc增益對所述延遲裝置(42)的輸出值作線性放大，并將線性放大的值輸出到所述第三加減器(44);所述第五加減器(46)將所述第三積分器(45)的輸出值與所述第三加減器(44)的輸出值相加，并將和值輸出到所述第二積分器(48)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于，所述控制器(22)包括第一和第二線性放大器(28，33)，第一和第二積分器(30，36)，第一到第四的加減器(29，35，31，32)和延遲裝置(34)所述第一線性放大器(28)接收一個第一參考值，對所述參考值用Ka增益線性放大，并將放大值輸出所述第一加減器(29)所述第一加減器(29)從所述第一線性放大器(28)的輸出值中減去所述第二加減器的一個輸出值，并將差值輸出到所述第一積分器(30);所述第一積分器(30)用Ki/S對所述第一加減器(29)的輸出值作積分，并將積分值輸出到所述第三加減器(31);所述第三加減器(31)從所述第一積分器(30)的輸出值中減去所述第二線性放大器(33)的輸出值，并將差值輸出到所述第四加減器(32);所述第四加減器(32)從所述第三加減器(31)的輸出值中減去所述延遲裝置(34)的輸出值，將差值作為所述的操作變量(ec)提供給所述受控目標(biāo)(10);所述第二加減器(35)從所述受控目標(biāo)(10)中輸出的受控變量中減去所述第二積分器(36)的輸出值和由外界提供的一個第二參考值(R2)，并將差值輸出給所述第一加減器(24)，所述延遲裝置(34)和所述第二線性放大器(33);所述延遲裝置(34)具有一個延遲單元Kd(1-ε-sTc)，它根據(jù)所述延遲單元對所述第二加減器(35)的輸出值作時間延遲，并將延遲的值輸出到所述第四加減器(32)和所述第二積分器(36);所述第二積分器(36)用傳遞函數(shù)1/S對所述延遲裝置(34)的輸出值作積分，并將積分值輸出給所述第二加減器(35)，以及所述第二線性放大器(33)用增益KP對所述第二加減器(35)的輸出值進(jìn)行線性放大，并將放大值輸出給所述第三加減器(31)其中所述Kp，Ki，Kd，a，和Ka是分別用2β，β2+ω21，a(β2+ω21)，一個常數(shù)值和(1+Kd·Tc)-1來替代。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述的控制器(23)包括第一至第四線性放大器(49，55，58，59)第一至第五積分器(51，60，63，57，64)，第一至第六加減器(50，56，52，53，54，62)和延遲裝置(61);所述第一線性放大器(49)接收一個第一參考值，對該參考值用增益Ka進(jìn)行線性放大，并將放大值輸出到所述第一加減器(50);所述第一加減器(50)從所述第一線性放大器(49)中減去所述第二加減器(56)的輸出值，并將差值輸出到所述第一積分器(51);所述第一積分器(51)用傳遞函數(shù)Ki2/S對所述第一加減器(50)的輸出作積分，并將積分值輸出到所述第三加減器(52);所述第三加減器(52)從所述第一積分器(51)的輸出中減去所述第二線性放大器的輸出值，并將差值輸出到所述第四加減器(53);所述第四加減器(53)從所述第三加減器(52)的輸出中減去所述延遲裝置(61)的輸出值，差值輸出到第五加減器(54);所述第五加減器(54)將所述第四加減器(53)的輸出值與所述第二積分器(60)的輸出值相加，其和值作為所述的操作變量(ec)輸出給所述受控目標(biāo)(10);所述第六加減器(62)從所述受控目標(biāo)(10)中輸出的受控變量(e0)中減去所述第三積分器(63)的輸出值和由外部提供的一個第二參考值(R2)，并將差值輸出給所述第四積分器(57)，所述第三線性放大器(58)，所述第四線性放大器(59)和所述延遲裝置(61);所述第四積分器(57)用傳遞函數(shù)Ki1/S，對所述第六加減器(62)的輸出值作積分，并將所述的積分值輸出給所述第二加減器(56);所述第三線性放大器(58)用Kp1增益對所述第六加減器的輸出值線性放大，并將放大值輸出到所述第二加減器(56);所述第四線性放大器(59)對所述第六加減器(62)的輸出值用增益(Kp1+Ki2)線性放大，并將放大值輸出給所述第四加減器(53)所述延遲裝置(61)有一個延遲單元Kd(1-ε-sTc)，它根據(jù)該延遲單元對所述第六加減器的輸出值作時間延遲，并將延遲值輸出給所述第二積分器(60)和所述第五積分器(64);所述第二加減器(56)將所述第四積分器(57)的輸出值與所述第三線性放大器(58)的輸出值相加，并將和值輸出給所述的第一加減器(54)和所述第二線性放大器(55);所述第二線性放大器(55)用增益Kp2對所述第二加減器的輸出值線性放大，并將放大值輸出給所述的第三加減器(52);所述第二積分器(60)用傳遞函數(shù)(S+ωc)/S對所述延遲裝置(61)的輸出值作積分，并將積分值輸出給所述第五加減器(54);以及所述第五積分器(64)用傳遞函數(shù)1/S對所述延遲元件(61)的輸出值作積分，并將積分值輸出給所述第三積分器(63);其中，所述Kp1，Kp2，Ki1，Ki2，Kd和Ka分別用2β，2Y，β2+ω21，Y2+ω22，a(β2+ω21)(Y2+ω22)和｛a(Y2+ω22)Tc｝-1來替代。
全文摘要
本發(fā)明的反饋控制裝置包括一個控制器(21)，該控制器控制一個指示值，從根據(jù)一個操作變量操作的受控目標(biāo)(10)中輸出的受控變量的參考值(R)和一個受控變量的輸入，并計算一個使受控變量(e
文檔編號G05B21/02GK1067750SQ92103988
公開日1993年1月6日 申請日期1992年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月26日
發(fā)明者黑澤良 申請人:株式會社東芝