[发明专利]具有脉冲密度信号处理功能的反馈控制系统

说明书

一种反馈控制系统可以包括用于使用脉冲密度信号控制工厂的反馈控制器。反馈控制器可以包括脉冲密度信号生成器和控制器逻辑。脉冲密度信号生成器可以接收输入命令信号并生成有符号或无符号脉冲密度输入信号。控制器逻辑可以接收来自脉冲密度信号生成器的脉冲密度输入信号以及来自工厂的反馈脉冲密度信号，且可以生成用于基于输入命令信号控制工厂的相应的脉冲密度控制信号。控制器逻辑可以包括符号改变逻辑、加法电路、以及可选的放大器电路。脉冲密度信号生成器还可以包括用于确保脉冲密度输入信号和反馈脉冲密度信号不相关的速率转换电路。

本申请要求享受于2017年7月19日提交的美国专利申请No.15/214,310的优先权，在此以引用的方式将其全部并入本申请。

背景技术

包含致动器、传感器、发动机、或其他电子/机械设备的系统经常使用需要调整以确保正确操作的控制信号。设置这样一种系统的常见的方式是将系统配置在反馈回路结构中。这样的一种系统典型地被称为反馈控制系统。

基本的反馈结构包括被控制的主系统过程(有时称为“工厂”)、调整工厂性能的控制器、以及接收输入信号的加法器、来自工厂输出端的反馈信号、以及向控制器输出误差信号的输出端。误差信号典型地通过将反馈信号从输入信号减去产生且可选地被放大增益系数。然后，所产生的误差信号的幅度和极性确定了控制器应该如何调整工厂。这种类型的反馈也被称为负反馈。

实现负反馈的一种常规方式是通过纯模拟的方法。例如，负反馈系统包括模拟放大器和电动机。模拟放大器具有接收模拟输入命令信号的正输入端，从电动机的输出端接收反馈信号的负输入端，以及相应的模拟误差电压在其处产生的输出端。误差电压可以用于直接控制电动机的性能参数，例如电动机的速度或扭矩。虽然系统的模拟反馈控制系统提供了最小的延迟，但是其易遭受电气噪声且难以调整。

在该背景下产生了本申请中描述的实施例。

发明内容

提供了一种基于脉冲密度信号的负反馈控制系统。根据一实施例，反馈控制系统可以包括处于控制之下的动态子系统(有时称为“工厂”)和反馈控制器。可以使用诸如可编程集成电路设备之类的集成电路管芯来实现反馈控制器。

反馈控制器可以接收引导反馈控制器来以一些特定方式调整动态子系统的性能的输入信号。反馈控制器可以包括脉冲密度信号生成器，脉冲密度信号生成器接收输入命令信号并且产生相对应的脉冲密度输入信号。脉冲密度输入信号可以是无符号脉冲密度信号或者可以是有符号脉冲密度输入信号，在是无符号脉冲密度信号的情况下，脉冲密度输入信号将是单比特脉冲流，而在是有符号脉冲密度输入信号的情况下，脉冲密度输入信号将具有额外的符号比特分量。脉冲密度信号生成器可以被实现为∑-Δ转换器(例如)。

反馈控制器还可以包括从脉冲密度信号生成器接收脉冲密度输入信号的控制器逻辑电路。控制器逻辑电路还可以从动态子系统接收反馈脉冲密度信号。然后，控制器逻辑电路可以计算在所接收的信号和输出脉冲密度控制信号之间的差，以动态地调整工厂。控制系统还可以包括在IC管芯之外的摸数转换器，其从受控的动态子系统接收模拟信号并将反馈脉冲密度信号输出回在反馈控制器中的控制器逻辑。

根据一些实施例，脉冲密度信号生成器可以包括用于确保脉冲密度输入信号和反馈脉冲密度信号不相关的一个或多个速率转换电路。假定不同的脉冲密度信号流不相关，则控制器逻辑可以包括使用逻辑或门执行求和功能和使用逻辑与门执行乘法功能的加法逻辑电话。使用简单的数字逻辑门来执行这些计算使得反馈控制器能够以较低的延迟和较低的噪声来处理脉冲密度信号。

本发明的另外的特征，其性质和各种优点将从附图和以下具体实施方式更明显。

附图简要说明

图1表示根据一实施例的说明性可编程集成电路的图。

图2表示根据一实施例的说明性反馈控制系统的图。

图3表示根据一实施例的基于脉冲密度信号处理的说明性反馈控制器的图。