[发明专利]预防致动器输入信号饱和的控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制器及控制方法，尤其涉及一种预防致动器输入信号饱和的控制器及其控制方法。

背景技术

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。在工业上的实际运用中，控制系统常遇到的一个问题是控制器(Controller)的运算结果超过致动器(Actuator)能力的极限，这种情形在工业控制器里普及率极高的PD控制器(Proportion Differentiation，比例微分)之中尤其明显，在系统运转之初，当系统状态与目标状态的差异很大的时候，高误差值极易导致PD控制器的运算结果过大，若致动器接收到超过它能力极限的控制讯号，有可能会造成致动器受损或是让整个控制系统产生不稳定的状态。

目前所采用的方式为设定一个if条件保护式。若控制器运算结果位于致动器能力极限的范围内，则致动器的输入信号值即为该控制器所计算出的运算结果，若控制器运算结果超过致动器能力极限值，则致动器的输入信号值为该致动器的能力极限值。如图1所示，控制器运算结果与致动器的输入信号之间的关系曲线为一条直线，这样会产生一个很严重的问题，即微分不连续，使得控制器的输出信号不稳定，致动器的输入信号会突然达到致动器的能力极限，严重地会导致致动器的损坏。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种预防致动器输入信号饱和的控制器，可以有效预防致动器输入信号的饱和。

还有必要提供一种预防致动器输入信号饱和的控制方法，可以有效预防致动器输入信号的饱和。

一种预防致动器输入信号饱和的控制器，该控制器与致动器、被控对象及传感器依次连接，该传感器用于获取被控对象的状态值，该控制器包括：接收模块，用于接收所输入的该致动器所能承受的能力极限值max，用户所设置的所述控制器需要输入给致动器的控制信号值与max的比例值ca，及致动器的实际输入信号值与max的比例值i；计算模块，用于根据传感器所反馈的被控对象的状态值x计算该控制器需要输入给致动器的控制信号值co，还用于根据该co的值计算致动器的实际输入信号值；及发送模块，用于发送所计算出的致动器实际输入信号值给致动器，使得致动器驱动所述被控对象运动。

一种预防致动器输入信号饱和的控制方法，该方法包括如下步骤：控制器接收用户所输入的致动器所能承受的能力极限值max；接收用户所设置的所述控制器需要输入给致动器的控制信号值与max的比例值ca，致动器的实际输入信号值与max的比例值i；传感器获取被控对象的状态值x，并反馈该状态值x给所述控制器；该控制器根据传感器所反馈的所述被控对象的状态值x计算该控制器需要输入给致动器的控制信号值co；根据计算出的co值计算致动器的实际输入信号值；及发送所计算出的实际输入信号值给致动器，使得致动器驱动所述被控对象运动。

相较于现有技术，所述预防致动器输入信号饱和的控制器及其控制方法，利用双曲正切函数的特性，使得证明控制器稳定性时避免了微分不连续的情况，且有效预防了致动器输入信号的饱和，保护了致动器的运作。

附图说明

图1是现有技术中致动器的输入信号曲线及其微分示意图。

图2是本发明预防致动器输入信号饱和的控制器的运行环境图。

图3是图1中控制器的功能模块图。

图4是本发明预防致动器输入信号饱和的控制方法较佳实施例的方法流程图。

图5和图6分别是本发明预防致动器输入信号饱和的控制方法较佳实施例的制动器输入信号曲线图及其微分示意图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明预防致动器输入信号饱和的控制器的运行环境图。控制器1可以为PD控制器，该控制器1与一个致动器2、一个被控动象3和一个传感器4依次连接。该致动器2可以为马达，转动机等。所述被控对象3可以为测量机台的测头，被控对象3决定该传感器4的种类，例如，该被控对象3用于温度控制，则该传感器4为温度传感器，又例如该被控对象3用于压力控制，则该传感器4为压力传感器。所述控制器1存储有PID算法，该PID算法用于计算该控制器1需要输出给致动器2的控制信号值。该PID算法包括：增量式算法，位置式算法，微分先行等。