[发明专利]紧迫控制不稳定性的检测

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技术领域

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在控制系统中，术语“不稳定性”一般是指存在具有连续增加的振幅的振荡。然而，如本文所用，术语“不稳定性”是指存在系统的至少一个振荡模式的不期望振幅。该不期望振幅可以是间歇的、恒定的或连续增加的。

振荡可能由各种原因导致。振荡可以是共振的结果，其中在闭环或开环系统中在其自然频率下激励该模式。结果是线性不稳定性。

振荡可以是具有负阻尼的自由振动的结果，其中控制器刺激频率是无关的但是提供电能。结果是自激振动。

在向目标施加刺激的控制系统中，振荡可能由非线性特性例如摩擦或反冲导致。结果是极限循环振荡。不同于由线性不稳定性导致的振荡，极限循环振荡是饱和的并且其振幅不增长。围绕是极限循环振荡的控制环的总相位滞后正好是360度并且环路增益是一致的。

由极限循环或其它振荡导致的不稳定性发作是难以在具有单通道的控制系统中探知的。由于难以识别导致初始不稳定性的通道，因此在具有多通道的控制系统中困难甚至更大。此外，一个不稳定通道可导致许多通道变得不稳定。

存在迅速检测和控制极限循环振荡和具有不期望振幅的其它振荡导致的不稳定性的需求。

发明内容

根据本发明的一个方面，在向目标施加刺激的系统中检测紧迫控制不稳定性。该系统提供代表系统参数的参数信号，该系统参数表示向目标施加刺激时目标的振荡。该方法包含监控参数信号的被选频带中主音调的最大振幅；以及如果最大振幅持续超过指定时段，则采取行动以避免紧迫控制不稳定性。

根据本发明的另一方面，一种方法包含使用效应器向目标施加刺激；生成代表参数的信号，该参数表示向目标施加刺激时目标的振荡；监控参数信号的多个不同频带的每个频带中主音调的最大振幅；以及选择性地调整控制参数，否则该控制参数趋向于在特定频率下触发振荡模式。

根据本发明的另一方面，一种系统包含：效应器，其用于向目标施加刺激；传感器，其用于测量表示在向目标施加刺激时目标的振荡的参数；以及控制器，其监控参数信号的被选频带中主音调的最大振幅，并且如果最大振幅持续超过指定时段，则采取行动以避免紧迫控制不稳定性。

根据本发明的另一方面，一种系统包含：效应器，其用于向目标施加刺激；传感器，其用于测量表示在向目标施加刺激时目标的振荡的参数；以及第一控制器，其具有趋向于在特定频率下触发振荡模式的可调整参数。该系统进一步包含第二控制器，其对传感器作出响应，用于确定所测量参数的多个频带的每个频带中主音调的最大振幅；并且自动调整这些参数以便不在特定频率下触发这些振荡模式。

附图说明

图1是向目标施加刺激的系统的示意图。

图2和图3是控制系统中不稳定性的示意图。

图4是在向目标施加刺激的系统中检测紧迫控制不稳定性的方法的示意图。

图5是检测并避免由极限循环振荡导致的控制不稳定性的方法的示意图。

图6是比例积分微分控制的示意图。

图7是模型参考自适应控制的示意图。

图8是铣床的示意图。

图9是飞行器机翼的液力系统的示意图。

图10是检测紧迫控制不稳定性的控制器的硬件实施方式的示意图。

具体实施方式

参考图1，其图示说明系统110，该系统110包括向目标100施加刺激的效应器120。该刺激可以是压力、力、位置、温度、速度或其它，或这些刺激的结合。例如，刺激效应器120可包括至少一个致动器。

传感器130监控表示目标100的振荡行为的反馈或另一参数。传感器130生成参数信号OSC。在一些实施例中，信号OSC可以是闭环系统的反馈。在其它实施例中，信号OSC可代表针对振荡监控的另一参数（例如压力控制系统中的振动，其中压力信号是实际反馈）。

系统110进一步包括用于控制刺激效应器120的控制器140。控制器140可以是开环或闭环的，其生成响应于参数信号OSC控制刺激的控制信号CS。

在系统110的操作期间，也可向目标100施加外部刺激。例如，在目标100上方的气流可能向目标100施加空气动力。这些外部刺激不是由刺激效应器120施加的。

系统110可以是简单的或复杂的。简单系统可包括具有开环控制的单通道。复杂系统例如飞行器机翼致动器系统可具有多通道，该多通道具有闭环控制。

图2和图3是施加到目标100的单个循环的正弦力随时间变化的时域和频域表示。频域表示示出了在2.5Hz下施加的较高振幅分量310。该较高振幅分量310对应于操作条件。