[发明专利]一种控制环路性能指标测量方法

说明书

本发明公开了一种控制环路性能指标测量方法，该控制环路性能指标测量方法采用了动态寻频的思路，不需要像传统的频率响应法一样进行扫频，检测速度快。该性能指标测量方法可以测量控制环路的截止频率与相角裕度，为控制系统的闭环优化设计提供了宝贵的参考信息。

技术领域

本发明属于控制技术领域，具体是一种控制环路性能指标测量方法。

背景技术

基于自动控制理论，电气工程领域的被控对象经常被简化为线性定常系统。该类系统便于数学建模与分析，其控制系统一般由单个或多个控制环路级联而成。各控制环路之间相互独立，并受控于各自的环路调节器(线性或非线性)。因此，环路调节器的设计是整个控制系统设计的核心，需要遵循给定的性能指标(即：环路带宽与相角裕度)以满足预期的系统动静态性能要求。然而，因受到系统模型误差、参数扰动等因素的影响，调节器的设计性能指标与实际的性能指标之间始终存在误差，难以精确地满足控制系统的动静态性能要求。其根本原因在于根据模型推导开环传递函数的环路调节器设计思路属于开环设计方法，缺少实际环路性能指标信息的反馈。鉴于此，准确地测量控制环路的实际性能指标信息，对于调节器的闭环优化设计，控制系统的动静态性能保障具有极其重要的意义。

控制环路性能指标的测量包括控制带宽与相角裕度测量两部分，其中控制带宽反映了控制环路的动态性能，相角裕度则表征了稳定裕度。相角裕度可以通过控制带宽与开环传递函数直接求解，因此测量的核心任务是控制带宽的测量。目前比较常用的控制带宽测量方法大致可分为两种：1)阶跃响应法；2)频率响应法。其中，阶跃响应法只能通过经验公式估算带宽值,对于被控对象有谐振的情况不太适用。频率响应法原理简单，但实现难度较大。若借助动态信号分析仪进行测试，由于扫频数据输出速率受串口波特率制约，带宽测量值在高频时将存在较大误差。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提出一种控制环路性能指标测量方法，以实现对于控制环路截止频率与相角裕度的测量，为控制系统调节器的闭环优化设计提供重要的信息支撑，从而保障控制系统在参数扰动情况下的动静态性能。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种控制环路性能指标测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

一种控制环路性能指标测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)注入小信号

往被测控制环路中注入一个频率可变的正弦波小信号(x_p(jω_est))；根据正弦波小信号(x_p(jω_est))的幅值(|x_p(jω_est)|)和角频率(ω_est)，可得到注入信号(x_p)的表达式为x_p＝|x_p(jω_est)|sin(ω_estt)；

(2)提取检测信号

在控制环路的信号注入点的左右两侧设置有检测信号接口，分别用于实时检测信号注入点左侧检测信号(x_in(jω_est))与右侧检测信号(x_out(jω_est))；左侧检测信号(x_in(jω_est))与右侧检测信号(x_out(jω_est))分别通过SOGI提取出此时检测信号中在当前角频率(ω_est)下的左侧正弦信号(xin)与右侧正弦信号(x_out)的实部和虚部；利用得到左侧正弦信号(x_in)与右侧正弦信号(x_out)的幅值与相角；

(3)动态寻频