Hiểu được những vùng chết trong hệ thống điều khiển ngược lại

Vùng chết là vùng không tuyến tính trong hệ thống điều khiển nơi mà biến đổi đầu vào không thay đổi kết xuất. Những "các dải hoạt động" này là phổ biến trong các động cơ quay phim - Ví dụ, một động cơ không quay cho đến khi điện áp vượt qua một ngưỡng nào đó. Chúng cũng xuất hiện trong van thủy lực, giai đoạn đầu ra, và các đầu ra cảm biến. Các vùng chết bị hỏng do hiệu suất hoạt động ổn định, hạn chế hay giảm tốc độ đáp ứng. Tính năng cần thiết cho chúng là cần thiết cho ứng dụng cao, như máy tính, máy C, và hệ thống dây thép.

Đặc điểm của vùng chết thường được mô hình như:

y = G(u) = 0 cho BAR D; y = m (u – D) cho u > D; y = m(u + D) cho u < -D)

Nơi [FLT: 0] D [FLT: 0] [FLT: 1] là chiều rộng vùng chết và [FLT:] là độ dốc trong vùng tuyến tính. Sự bù đắp chính xác đòi hỏi sự hiểu biết về các tham số này. Nếu không có nó, người điều khiển sẽ không thấy phản ứng cho các đầu vào nhỏ, dẫn đến gió thổi qua, hoặc dao động.

Nguyên nhân và tác động thông thường của vùng chết

Sự cắt tỉa và sự cố gắng máy móc

Bánh răng, vít chì, và các khớp nối thường hiển thị các vùng chết do các phần giao phối có độ phân giải. Tương tự, ma sát tĩnh (tition) ngăn cản cho đến khi có lực thoát. Những hiệu ứng này nổi bật trong hệ thống chuyển động tốc độ thấp và có thể giới thiệu [FLT: 0] lỗi định vị [FL: 1) mà tích lũy theo thời gian.

Ngưỡng điện tử

Trình báo các vùng chết, các giao thức không bị biến dạng trong trình điều khiển PWM, và ADC/DAC tạo ra các tính toán tương tự không tuyến tính. Trong vòng điều khiển kỹ thuật số, vùng chết có thể được cố ý tránh trò chuyện động cơ không cần thiết, nhưng nó phải được bù đắp để theo dõi chính xác.

Hậu quả cho cách cư xử hệ thống

  • Độ lệch trạng thái ổn định: hệ thống không bao giờ đạt được điểm chính xác.
  • Giới hạn đạp xe: Đầu ra dao động xung quanh giá trị đã muốn.
  • Băng thông giảm: phản ứng chậm đối với thay đổi điểm đặt nhỏ.
  • Từ chối sự xáo trộn nghèo: Khó mà duy trì quy định trong phạm vi nặng nề.

Phương pháp bù đắp vùng chết

Bù đắp vùng chết

Kỹ thuật đơn giản nhất là áp dụng nghịch đảo [FLT:] ) ) của vùng chết phi tuyến tính. Đối xứng với vùng chết với chiều rộng ) [FLT:] D và dốc [FLT:]], bộ đồng bộ ngược sản xuất:

u ) )com / m + D· s s dấu [FLT:]] [FLT: 7) [FLT: 7)

Tùy chọn này thêm một cú nhảy vào số không, hiệu quả "trước khi chia sẻ" tín hiệu điều khiển để hủy bỏ vùng đã chết. Việc bồi thường ngược hoạt động tốt khi các tham số vùng đã chết là hằng số và được biết. Tuy nhiên, nó có thể gây [FLT: 0] xoay [FLT: 1] gần 0] nếu tiếng nhiễu không mịn hoặc nếu tiếng ồn đo lường không có tại thời điểm.

Kiểm soát kỹ thuật thích ứng

Khi tham số vùng chết trôi qua theo thời gian, thay đổi nhiệt độ, hoặc thay đổi nhiệt độ, hoặc sử dụng các phương pháp tăng trưởng. Có thể ước lượng và m trực tuyến sử dụng ít hình dạng hoặc giảm dần. Trình cập nhật luật thích nghi (FLT: 1) và ) [FT:2] và [Se-T:] thiết kế dựa trên thiết kế [FLT: 2] đảm bảo các tham số ổn định trong khi hội tụ.

Trả lời

Các chiến lược tiếp tục sử dụng [FLT: 0] mô hình đầu vào [FLT: 0] của vùng chết [FLT: 1] để tạo ra một tín hiệu cân bằng thêm vào vòng phản hồi. Chẳng hạn, mô hình thực vật dự đoán đầu vào cần thiết để đạt được kết quả mong muốn, và vùng chết bị đảo ngược trong đường dẫn tiếp theo. Điều này cải thiện tốc độ phản ứng mà không ảnh hưởng đến sự ổn định đóng lại. Thức ăn thường được kết hợp với phản hồi của mục đích không kiểm soát.

Những phương pháp pha lọc

Thực hiện thực hiện nghịch đảo [FLT: 0]] sự bù đắp (Kiềm chế độ điều khiển ) [FLT: 1] hoặc [FLT:] . [KDT: 0] bộ điều khiển chế độ kiểm soát chế độ dữ liệu mạnh mẽ để xác định tham số, trong khi bộ phận bù nhìn có thể xử lý một vùng chết đối xứng hoặc không có nhiều vùng chết. Khả năng cân bằng phương pháp giả và độ phức tạp. Một ví dụ không thể là sử dụng bộ lọc [FLT: T] với cơ chế thay đổi [FL] [FL] để kích hoạt các cửa sổ bị mất, chỉ khi thiết bị mất điện, khi thiết lập các ngưỡng, các khả năng hoạt động.

Kiểm tra khu vực chết: Hướng dẫn bước

1. Nhận diện hệ thống

Trước khi tính lại, bạn phải đặc trưng vùng chết. Áp dụng một đường dẫn hoặc cầu thang đầu vào và ghi lại kết xuất. Hãy xác định giá trị của ngưỡng và lợi ích tuyến tính. Hãy dùng [FLT: 0] [FLT] để khớp [FLT: 1] hoặc hộp công cụ đã dâng hiến như MATB] Hộp công cụ nhận diện hệ thống [FLT: 3]. Hoặc dùng giá trị [FLT] [FT] để tìm dấu chấm phẩy [FL:] để ngắt các điểm thực nghiệm.

2. Chọn một thuật toán cân bằng

Dựa trên các tham số và hạn chế hệ thống, hãy chọn một trong những phương pháp bên trên. Đối với các vùng chết không đổi với các yêu cầu chính xác cao, sự bù đắp ngược là đủ. Đối với các vùng thời gian thay đổi hoặc vùng chết không chắc chắn, hãy thực hiện một giản đồ thích nghi.

3 Thiết kế khối đối xứng

Trong một bộ điều khiển kỹ thuật số (v. d., bộ điều khiển vi điều khiển hay PLC), thêm một khối bù lại sau khi đầu ra kiểm soát và trước khi nhập cây. Bảo đảm sự đền bù là [FLT: 0] [FLT: 0] [FLT: 1] để tránh sự giải phóng động lực cao. Hãy dùng cơ [FL: 2] cơ chế [FL:] Gió [FL:] [FL:] nếu độ bão hòa].

4 Đồng hồ và thẩm tra

Kiểm tra hệ thống đã bù đắp bằng một loạt các dữ liệu tham chiếu và nhiễu. Kiểm tra:

  • Giảm lỗi trạng thái ổn định (thường không).
  • Không có chu kỳ hạn chế hay dao động.
  • Từ chối gây rối tốt.

Lần lặp lại về tham số nếu cần thiết. Dùng [FLT: 0] mô phỏng [FLT: 1] (v. d., Simulink) để kiểm tra trước khi khởi động phần cứng.

Ước tính đúng chỗ chết

Tính toán tham số chính xác để bù đắp đáng tin cậy.

  • Nhận diện vòng tròn:[FLT: 1) áp dụng một chuỗi nhập đã biết (PRBS, đa- đo kết xuất). Hãy dùng ô vuông không tuyến tính ít nhất để vừa khít mô hình vùng đã chết.
  • Nhận diện vòng lặp: ) Trong khi hệ thống đang hoạt động, hãy tiêm những tín hiệu thăm dò nhỏ và đánh giá lại (v. d., ) đang đệ trình ít phân biệt ô vuông [FLT: 1]. Tính năng này có ích cho hệ thống thích nghi.
  • Mô hình cơ bản: Để cho các động cơ hoạt động như động cơ, lấy D từ ma sát Coulomb mô-men xoắn và độ phân giải đo lường.

Nâng cao sử dụng [FLT: 0] mạng nội bộ [FLT: 1] để xấp xỉ nghịch đảo vùng chết mà không có mô hình ký hiệu. Tính năng này có ích cho vùng chết phức tạp hoặc đối xứng.

Những thử thách thực tiễn và giải pháp

Độ nhạy nhiễu

Phương pháp giải quyết: dùng [FLT: 0] [v. g., hyperbolcicon hoặc sgmoid] gần ngưỡng, hoặc áp dụng bộ lọc cầu thấp cho tín hiệu điều khiển.

Vùng chết đối xứng

Nhiều nhà hoạt động có những ngưỡng khác nhau cho các chiều dương và âm (v. d., van thủy lực). Sự đền bù phải [FLT: 0] với các chiều riêng D+ và D. Phương pháp thích ứng có thể xử lý tính toán arymetry tự nhiên.

Các biện pháp tính toán

Trên bộ điều khiển vi mô hạn chế tài nguyên, các thuật toán thích nghi phức tạp có thể quá chậm. Dùng [FLT: 0] để tránh trò chuyện.

Ứng dụng của vùng chết

Hệ thống kỹ thuật và máy tính

Robot công nghiệp yêu cầu vị trí chung chính xác mặc dù thiết bị lộn ngược và stiction. Việc bù đắp vùng chết cải thiện [FLT: 0] chính xác [FLT: 1] và giảm thời gian ở vị trí đích. Nhiều ổ đĩa phục vụ hiện đại bao gồm các thuật toán bù đắp sẵn có.

Tự động di chuyển nhanh và kiểm soát phanh

Các cơ thể ga điện có vùng chết do sự trở lại và ma sát mùa xuân. Tăng cường bảo đảm [FLT: 0] gia tốc [FLT: 1] và điều khiển không dùng thường xuyên. Tương tự, hệ thống phanh bằng dây.

Thiết bị y khoa

Các van phụ trong máy thở và bơm hỗn hợp phải đáp ứng với các lệnh nhỏ. Việc bù đắp vùng chết giúp [FLT: 0] kiểm soát dòng chảy cần thiết cho sự an toàn của bệnh nhân.

Các nhà hoạt động không gian vũ trụ

Kích hoạt và bánh lái trên máy bay đối mặt với vùng chết từ van ống dẫn thủy lực. Làm giảm công việc nạp và cải thiện hiệu suất tự động.

Các mục cao cấp: Khả năng bù đắp vùng chết trong hệ thống phức tạp

Nhiều vùng chết trong các trận đấu

Khi hai vùng chết xuất hiện trong luồng (v. d., bộ nhạy + bộ điều khiển), vùng chết hiệu quả không đơn giản là thêm thắt. Tính toán đòi hỏi một mô hình rộng hơn [FLT: 0] Hammerstein hoặc Winer mô hình . .

Thời gian trôi qua làm giảm bớt thời gian

Nếu cây cũng bị trễ, người ta phải thiết kế bộ cân bằng để tránh sự bất ổn định. [FLT: 0] Dự đoán [FLT: 1] có thể mở rộng đến vùng chết và vùng bị đảo ngược. Thay vì thế, hãy dùng ) [FLT: 2] để xử lý cả hai độ lệch và độ lệch.

Bù đắp khả năng học tập

Điều khiển học tập lặp lại (ILC) và củng cố việc học có thể [FLT: 0] học nghịch đảo vùng chết [FLT: 1] online mà không cần đánh giá tham số rõ ràng. Công ty này đặc biệt hiệu quả cho các nhiệm vụ chuyển động lặp lại, như là chọn và thay thế. Các nhà cải tiến từ chu kỳ sang chu kỳ, đạt được gần hoàn hảo theo dõi sau một vài lặp lại.

Kết luận

Sự bù đắp vùng chết là một công cụ quan trọng cho việc thiết kế hệ thống kiểm soát phản hồi hiệu quả cao. Bằng cách hiểu được tính chất phi tuyến tính, chọn phương pháp thích hợp -- dù nghịch đảo, thích nghi, tự thích nghi, tiếp tục, hoặc lai, và thực hiện nó với tham số cẩn thận đánh giá, một người có thể cải thiện tính chính xác, ổn định và đáp ứng. Khi hệ thống trở nên tự động hơn và chính xác hơn, việc sửa chữa vùng chết sẽ vẫn là nền tảng của thiết kế hệ thống điều khiển.

Để đọc thêm, hãy tham khảo ý kiến của Bộ Quốc Phòng . Các nhà thực tập cao cấp có thể tham khảo sách giáo khoa ) không có hệ thống tuyến tính ) [FL:5] của người dùng lý thuyết giáo [FLT:].