[发明专利]具有稳定性监测的反馈控制器参数生成

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年5月1日提交的第61/174756号美国临时申请的优先权。

技术领域

本公开总体涉及电磁材料测试系统。具体而言，本发明涉及反馈控制器参数生成和初始控制器稳定性监测。

发明内容

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能损害。

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 Prairie，MN的Bose公司的ElectroForce系统组的ElectroForce3000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202a/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212a/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。