專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的控制裝置、一種由這樣一個(gè)控制裝置控制的系統(tǒng)、一種由這樣一個(gè)控 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來(lái)控制一個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)第一狀態(tài)變量的控制裝置，該系統(tǒng)在運(yùn)行期間受一個(gè)擾動(dòng)變量的影響，該控制裝置包括一個(gè)用來(lái)根據(jù)該系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算擾動(dòng)變量的擾動(dòng)觀測(cè)器，該擾動(dòng)觀測(cè)器具有至少一個(gè)用來(lái)接收與該系統(tǒng)的一個(gè)可測(cè)的第二狀態(tài)變量相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供與在一個(gè)第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算出的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出信號(hào)的輸出端。
本發(fā)明還涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)用來(lái)控制其一個(gè)第一狀態(tài)變量的控制裝置，該系統(tǒng)在運(yùn)行期間受一個(gè)擾動(dòng)變量的影響。本發(fā)明還涉及一種用來(lái)測(cè)量該系統(tǒng)的至少一個(gè)第二狀態(tài)變量的測(cè)量裝置。
本發(fā)明還涉及一種電力拖動(dòng)裝置，該裝置包括一個(gè)第一拖動(dòng)主體、一個(gè)繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于第一拖動(dòng)主體可轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角的第二拖動(dòng)主體、用來(lái)在該第二拖動(dòng)主體上施加一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩的電激勵(lì)裝置、和一個(gè)用來(lái)控制該第二拖動(dòng)主體的旋轉(zhuǎn)角的控制裝置，所述控制裝置包括一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，該輸入端用來(lái)接收一個(gè)與第二拖動(dòng)主體的一個(gè)所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)，該輸出端用來(lái)提供一個(gè)與一個(gè)流過(guò)激勵(lì)裝置的所需電流相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。
本發(fā)明還涉及一種用于一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)進(jìn)氣口的節(jié)流裝置，該節(jié)流裝置包括一個(gè)節(jié)流閥殼體、一個(gè)可連接到進(jìn)氣口的氣道、一個(gè)用軸安裝于節(jié)流閥殼體內(nèi)以便能在氣道中繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的節(jié)流閥、和一個(gè)用來(lái)使節(jié)流閥繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電力拖動(dòng)裝置。
在本說(shuō)明書(shū)的開(kāi)始的幾個(gè)段落中所提到的各種裝置和系統(tǒng)是由CIRP年刊第43卷1994年第一期所公開(kāi)的H.Van Brussel等人所寫(xiě)的論文“基于一種延長(zhǎng)極點(diǎn)配置法和一種擾動(dòng)觀測(cè)器的準(zhǔn)確位移控制器設(shè)計(jì)”中公開(kāi)的。該已知的控制裝置是一種用來(lái)控制一個(gè)機(jī)床中驅(qū)動(dòng)裝置的位置的位移控制裝置。在運(yùn)行期間，所述驅(qū)動(dòng)裝置的位置受諸如存在于象軸承這樣的機(jī)械界面中摩擦力和靜摩擦力之類(lèi)的內(nèi)擾動(dòng)變量和諸如產(chǎn)生于金屬切削運(yùn)行期間的剪切力之類(lèi)的外擾動(dòng)變量的影響。很難測(cè)量這樣的擾動(dòng)變量。該已知控制裝置的擾動(dòng)觀測(cè)器用來(lái)根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)床的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，即，根據(jù)一組描述受控系統(tǒng)的物理特性的一階差分方程來(lái)計(jì)算擾動(dòng)變量。把與所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出信號(hào)傳送給該已知控制裝置的一個(gè)求和點(diǎn)，該求和點(diǎn)將所述擾動(dòng)觀測(cè)器的所述輸出信號(hào)、一個(gè)由控制裝置的一個(gè)前饋控制回路提供的前饋控制信號(hào)、和一個(gè)由控制裝置的一個(gè)反饋控制回路提供的反饋控制信號(hào)加在一起。在這種方式下，反饋控制回路只需要補(bǔ)償一個(gè)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值與一個(gè)實(shí)際影響該系統(tǒng)的擾動(dòng)變量值之間的一個(gè)偏差，從而通過(guò)該控制裝置迅速補(bǔ)償該擾動(dòng)量。
這種已知控制裝置和系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，這種控制裝置無(wú)法準(zhǔn)確地補(bǔ)償具有較高頻率的波動(dòng)擾動(dòng)量，這是因?yàn)樵谟蓴_動(dòng)觀測(cè)器計(jì)算出擾動(dòng)量的一個(gè)瞬時(shí)點(diǎn)和受控系統(tǒng)實(shí)際獲得了對(duì)所計(jì)算出的擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牧硪粋€(gè)瞬時(shí)點(diǎn)之間有一個(gè)延遲時(shí)間，所述延遲時(shí)間由這種控制裝置和系統(tǒng)的特性確定。由此，如果波動(dòng)擾動(dòng)量具有一個(gè)接近這種系統(tǒng)的諧振頻率的頻率，則該系統(tǒng)甚至產(chǎn)生諧振。由于所述延遲時(shí)間不僅由這種控制裝置的特性確定，還由這種控制裝置所控制的系統(tǒng)的特性確定，所以通過(guò)返回這種控制裝置的控制回路并不能避免這種已知控制裝置的所述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供在本說(shuō)明書(shū)的開(kāi)始的幾個(gè)段落中提到的各類(lèi)裝置和系統(tǒng)中的一種控制裝置和一種系統(tǒng)，其中避免了已知控制裝置和系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)，從而用這種控制裝置準(zhǔn)確地補(bǔ)償了具有較高頻率的以及接近這種系統(tǒng)的諧振頻率的頻率的波動(dòng)擾動(dòng)量。
按照本發(fā)明，為此目的的控制裝置的特征在于，將擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出信號(hào)傳送給一個(gè)擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的輸入端，該擾動(dòng)預(yù)報(bào)器具有一個(gè)用來(lái)提供與一個(gè)為第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出信號(hào)的輸出端，該第二瞬時(shí)點(diǎn)以一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔跟隨在第一瞬時(shí)點(diǎn)之后。
按照本發(fā)明，為此目的的系統(tǒng)的特征在于，其中所應(yīng)用的控制裝置是一個(gè)按照本發(fā)明的控制裝置。
所述預(yù)定時(shí)間間隔與一個(gè)在第一瞬時(shí)點(diǎn)和另一瞬時(shí)點(diǎn)之間產(chǎn)生的延遲時(shí)間相對(duì)應(yīng)，在第一瞬時(shí)點(diǎn)由擾動(dòng)觀測(cè)器計(jì)算出擾動(dòng)變量值；在第二瞬時(shí)點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)際獲得在第一瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值的補(bǔ)償，所述延遲時(shí)間由控制裝置和系統(tǒng)的特性確定。在這種方式下，由擾動(dòng)預(yù)報(bào)器在第一瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的、并與在第二瞬時(shí)點(diǎn)處的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)變量值對(duì)應(yīng)于在第二瞬時(shí)點(diǎn)實(shí)際影響該系統(tǒng)的擾動(dòng)變量值，從而由擾動(dòng)預(yù)報(bào)器補(bǔ)償控制裝置和系統(tǒng)的延遲時(shí)間。這樣，實(shí)際由系統(tǒng)獲得的對(duì)擾動(dòng)量的補(bǔ)償基本上與實(shí)際影響系統(tǒng)的擾動(dòng)量同相，從而使控制裝置甚至在較高頻率的擾動(dòng)變量下、并且甚至當(dāng)擾動(dòng)變量具有一個(gè)接近該系統(tǒng)的諧振頻率的頻率時(shí)也能準(zhǔn)確地補(bǔ)償擾動(dòng)變量。
按照本發(fā)明的一個(gè)控制裝置的一個(gè)具體實(shí)施例，其特征在于，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器包括一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)輸入存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)由擾動(dòng)觀測(cè)器在N個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)直到并包括第一瞬時(shí)點(diǎn)處所計(jì)算出的N個(gè)擾動(dòng)變量值(N≥4)；M個(gè)中間神經(jīng)元(M≥4)，每個(gè)中間神經(jīng)元提供N個(gè)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值的一個(gè)加權(quán)值；和一個(gè)輸出神經(jīng)元，用來(lái)傳送由中間神經(jīng)元提供的M個(gè)加權(quán)值中的一個(gè)加權(quán)值，所述輸出神經(jīng)元的加權(quán)值與為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)。根據(jù)由擾動(dòng)觀測(cè)器在N個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)直到且包括第一瞬時(shí)點(diǎn)處所計(jì)算出的N個(gè)擾動(dòng)變量值，該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)擾動(dòng)變量值。如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的N與M的數(shù)目足夠多，例如為10個(gè)或更多，則甚至當(dāng)該擾動(dòng)變量具有一個(gè)復(fù)雜的諧波特性時(shí)，也可由擾動(dòng)預(yù)報(bào)器對(duì)擾動(dòng)變量作出非常準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。
按照本發(fā)明的一個(gè)控制裝置的一個(gè)具體實(shí)施例，其特征在于，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器裝有一后向傳播網(wǎng)絡(luò)(backpropagation network)，該后向傳播網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)輸出存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值；和一個(gè)比較器，用來(lái)確定在為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值與由擾動(dòng)觀測(cè)器在第二瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值之間的偏差，所述后向傳播網(wǎng)絡(luò)適用于用一個(gè)根據(jù)所述偏差對(duì)神經(jīng)元的加權(quán)因子所作的計(jì)算來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元。訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元，即，用例如一個(gè)梯度搜索法(gradient search method)來(lái)計(jì)算神經(jīng)元的加權(quán)因子，其中以由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值和由擾動(dòng)觀測(cè)器在第二瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值之間的偏差為依據(jù)。在這種方式下，當(dāng)擾動(dòng)變量的特性例如其頻率或幅值變化時(shí)，神經(jīng)元的加權(quán)因子也適當(dāng)變化。因而，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器為一個(gè)自學(xué)習(xí)的魯棒(robust)系統(tǒng)，當(dāng)擾動(dòng)變量的特性變化時(shí)，它也能以一個(gè)準(zhǔn)確的方式預(yù)報(bào)擾動(dòng)變量值。
按照本發(fā)明的一個(gè)控制裝置的另一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括K個(gè)輸出神經(jīng)元(K≥1)，用來(lái)分別提供為K個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)直到且包括第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的K個(gè)擾動(dòng)變量值，而后向傳播網(wǎng)絡(luò)對(duì)于每個(gè)輸出神經(jīng)元都包括一個(gè)分開(kāi)的輸出存儲(chǔ)器和一個(gè)分開(kāi)的比較器，該后向傳播網(wǎng)絡(luò)適用于根據(jù)由K個(gè)比較器所確定的K個(gè)偏差來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元。在控制裝置的這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為所述K個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的K個(gè)擾動(dòng)變量值與由擾動(dòng)觀測(cè)器為所述K個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的K個(gè)擾動(dòng)變量值之間的K個(gè)偏差來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元。如果K的數(shù)目足夠多，則以一個(gè)有效的方式來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)元，從而使訓(xùn)練所需的時(shí)間間隔最小。
按照本發(fā)明的控制裝置的又一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，后向傳播網(wǎng)絡(luò)只有在所述偏差超過(guò)一預(yù)定限度時(shí)才適用于訓(xùn)練神經(jīng)元。在控制裝置的本實(shí)施例中，把由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值和與其相對(duì)應(yīng)的由擾動(dòng)觀測(cè)器所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值連續(xù)地進(jìn)行比較。由所述預(yù)定限度確定訓(xùn)練神經(jīng)元所需的時(shí)間間隔，所述限度的一個(gè)較小的值導(dǎo)致一個(gè)較長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間和一個(gè)對(duì)擾動(dòng)變量所作的非常準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，所述限度的一個(gè)較大的值導(dǎo)致一個(gè)較短的訓(xùn)練時(shí)間和一個(gè)對(duì)擾動(dòng)變量所作的準(zhǔn)確度較差的預(yù)報(bào)。
按照本發(fā)明的控制裝置的一個(gè)具體實(shí)施例，其特征在于，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器包括一開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)具有一個(gè)第一輸入端，用來(lái)接收擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出信號(hào)；一個(gè)第二輸入端，用來(lái)接收與為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的加權(quán)值；和一個(gè)輸出端，連接到擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的輸出端，如果偏差超過(guò)預(yù)定限度，則該輸出端用來(lái)提供擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出信號(hào)，如果偏差低于所述限度，則所述開(kāi)關(guān)的輸出端用來(lái)提供一個(gè)與所述加權(quán)值相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如果偏差低于所述限度，則擾動(dòng)預(yù)報(bào)器提供一個(gè)與由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如果偏差超過(guò)所述限度，則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處于一個(gè)學(xué)習(xí)階段并提供一個(gè)輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)可能影響控制裝置的穩(wěn)定性。由于在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)階段將開(kāi)關(guān)的輸出端連接到擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出端，所以該預(yù)報(bào)器的輸出端將提供一個(gè)與由擾動(dòng)觀測(cè)器所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。在這種方式下，防止了在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)階段期間預(yù)報(bào)器的輸出端傳送一個(gè)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供的信號(hào)。
從WO95/34903中公開(kāi)了在本說(shuō)明書(shū)的開(kāi)始的幾個(gè)段落中提到的各類(lèi)裝置中的一種電力拖動(dòng)裝置和一種節(jié)流裝置。該已知節(jié)流裝置用于汽車(chē)的內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)進(jìn)氣口，并且可由汽車(chē)駕駛員通過(guò)加速踏板來(lái)調(diào)節(jié)，該已知的拖動(dòng)裝置用來(lái)通過(guò)在節(jié)流裝置上施加一個(gè)適當(dāng)?shù)碾姶呸D(zhuǎn)矩來(lái)拖動(dòng)該節(jié)流裝置的節(jié)流閥。該加速踏板并不與節(jié)流裝置的節(jié)流閥機(jī)械聯(lián)接，但是電力拖動(dòng)裝置設(shè)有一個(gè)電輸入端，用來(lái)接收與節(jié)流裝置的氣道中的節(jié)流閥的一個(gè)所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，所述電信號(hào)由例如一個(gè)電子電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)來(lái)提供，該電子電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)還控制內(nèi)燃機(jī)的噴油和點(diǎn)火系統(tǒng)。用該電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)流裝置的氣道中的節(jié)流閥的旋轉(zhuǎn)角，使它不僅作為加速踏板位置的一個(gè)函數(shù)，而且作為例如該內(nèi)燃機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r.p.m)、進(jìn)氣壓力和溫度、以及內(nèi)燃機(jī)的溫度的一個(gè)函數(shù)。這樣，改善了內(nèi)燃機(jī)的性能、燃料的消耗和廢氣的成分。
在運(yùn)行期間，該已知節(jié)流裝置的節(jié)流閥以及由此還有已知電力拖動(dòng)裝置的第二拖動(dòng)主體承受主要由氣流的振蕩和渦流造成的波動(dòng)擾動(dòng)負(fù)載。另外，該節(jié)流閥和第二拖動(dòng)主體還要承受由節(jié)流閥的軸承的機(jī)械摩擦力和第一拖動(dòng)主體施加在第二拖動(dòng)主體上的靜磁力所造成的擾動(dòng)負(fù)載。這些擾動(dòng)負(fù)載組成一個(gè)擾動(dòng)變量，該擾動(dòng)變量影響節(jié)流閥的旋轉(zhuǎn)角并且測(cè)量起來(lái)非常困難。所述氣流振蕩和渦流由內(nèi)燃機(jī)的工作原理造成，尤其由于在運(yùn)行期間周期性打開(kāi)和關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的進(jìn)氣閥的緣故，所述波動(dòng)的頻率與內(nèi)燃機(jī)的速度成正比。所述波動(dòng)導(dǎo)致不希望的氣道中節(jié)流閥的繞軸振動(dòng)，這些振動(dòng)不只導(dǎo)致節(jié)流閥的軸承的磨損，而且導(dǎo)致氣道中的節(jié)流閥的旋轉(zhuǎn)角不準(zhǔn)確，由此使得流向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的氣流不準(zhǔn)確。
按照本發(fā)明，該電力拖動(dòng)裝置其特征在于，其中所用的控制裝置是按照本發(fā)明的一個(gè)控制裝置。
按照本發(fā)明，該節(jié)流裝置其特征在于，其中所用的電力拖動(dòng)裝置是按照本發(fā)明的一個(gè)電力拖動(dòng)裝置。
該電力拖動(dòng)裝置的控制裝置的擾動(dòng)觀測(cè)器和擾動(dòng)預(yù)報(bào)器用來(lái)預(yù)報(bào)施加在節(jié)流閥上的擾動(dòng)負(fù)載。在這種方式下，可實(shí)現(xiàn)該電力拖動(dòng)裝置將一個(gè)補(bǔ)償電磁轉(zhuǎn)矩施加在節(jié)流閥上，該補(bǔ)償電磁轉(zhuǎn)矩基本上與施加在節(jié)流閥上的擾動(dòng)負(fù)載同相，從而使該控制裝置甚至在較高的擾動(dòng)負(fù)載的頻率下，即，在較高的內(nèi)燃機(jī)的速度下，并且甚至在擾動(dòng)負(fù)載具有一個(gè)接近節(jié)流裝置的諧振頻率的頻率時(shí)，準(zhǔn)確地補(bǔ)償擾動(dòng)負(fù)載。
按照本發(fā)明的一個(gè)電力拖動(dòng)裝置的一個(gè)具體的實(shí)施例，其特征在于，控制裝置包括一個(gè)第一控制部分，它具有一個(gè)用來(lái)接收與所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供與所需施加在第二拖動(dòng)主體上的電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸出端；和一個(gè)第二控制部分，它具有一個(gè)用來(lái)接收與所需電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供與所需電流相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的輸出端，其中第一控制部分包括擾動(dòng)觀測(cè)器和擾動(dòng)預(yù)報(bào)器，擾動(dòng)觀測(cè)器計(jì)算一個(gè)施加在第二拖動(dòng)主體上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在本實(shí)施例中的電力拖動(dòng)裝置的控制裝置，設(shè)有一個(gè)所謂的串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，其中第一控制部分用來(lái)對(duì)所需電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行具體的計(jì)算，其中考慮到電力拖動(dòng)裝置的機(jī)械特性和由擾動(dòng)預(yù)報(bào)器所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；而第二控制部分用來(lái)對(duì)所需的電流進(jìn)行具體的計(jì)算，其中考慮到拖動(dòng)裝置的電磁特性。由于一方面考慮到電力拖動(dòng)裝置的機(jī)械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩，另一方面考慮到電力拖動(dòng)裝置的電磁特性，所以以一個(gè)較具體并且詳細(xì)的方式來(lái)考慮關(guān)于電力拖動(dòng)裝置的這些特性的內(nèi)容，從而使對(duì)第一和第二控制部分的計(jì)算較為準(zhǔn)確，并且在第一和第二控制部分之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行非常有效。這限定了迭代計(jì)算的次數(shù)，在達(dá)到一個(gè)所需旋轉(zhuǎn)角之前必需由這些控制部分來(lái)進(jìn)行迭代計(jì)算。
按照本發(fā)明的一個(gè)電力拖動(dòng)裝置的一個(gè)具體的實(shí)施例，其特征在于，第一控制部分包括一個(gè)加法器，該加法器包括一個(gè)輸出端，用來(lái)提供一個(gè)與所需電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；一個(gè)第一輸入端，用來(lái)接收一個(gè)由與所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)所確定的前饋控制信號(hào)；一個(gè)第二輸入端，用來(lái)接收由與所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)和一個(gè)由一旋轉(zhuǎn)角傳感器提供、與第二拖動(dòng)主體的一個(gè)所測(cè)量過(guò)的旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的信號(hào)所共同確定的一個(gè)反饋控制信號(hào)；和一個(gè)第三輸入端，用來(lái)接收擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的輸出信號(hào)。通過(guò)將所述前饋和反饋控制信號(hào)加在一起，來(lái)獲得對(duì)所需電磁轉(zhuǎn)矩的一個(gè)快速、準(zhǔn)確的計(jì)算和控制。將擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的輸出信號(hào)加到前饋和反饋控制信號(hào)中使得不必在控制裝置的反饋控制回路中計(jì)算反饋控制信號(hào)，以便包括所需用來(lái)補(bǔ)償擾動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩分量。這改善了所需的反饋控制回路的收斂時(shí)間，并由此還改善了控制裝置的響應(yīng)時(shí)間。
按照本發(fā)明的一個(gè)電力拖動(dòng)裝置的再一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，控制裝置包括一個(gè)比較器，該比較器具有一個(gè)第一輸入端，用來(lái)接收與所需電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；一個(gè)第二輸入端，用來(lái)接收由一個(gè)電流傳感器提供、與一個(gè)所測(cè)量過(guò)的流過(guò)所述激勵(lì)裝置的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；和一個(gè)輸出端，用來(lái)提供一個(gè)差分信號(hào)，該差分信號(hào)與對(duì)應(yīng)于所需電流的信號(hào)和對(duì)應(yīng)于所測(cè)量過(guò)的電流的信號(hào)之間的偏差成正比，該控制裝置還包括一個(gè)調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器具有一個(gè)用來(lái)接收所述差分信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供與一要輸送給所述激勵(lì)裝置的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸出端。所述比較器、電流傳感器和調(diào)節(jié)器包括在控制裝置的一個(gè)電流控制回路之中。所述調(diào)節(jié)器確定與輸送給激勵(lì)裝置的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)以使所述差分信號(hào)等于零，從而使所測(cè)量的流過(guò)激勵(lì)裝置的電流準(zhǔn)確地等于由控制裝置所確定的所需電流。
按照本發(fā)明的一個(gè)電流拖動(dòng)裝置的又一個(gè)實(shí)施例，其特征在于，擾動(dòng)觀測(cè)器具有一個(gè)用來(lái)接收與所測(cè)量過(guò)的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸入端，該擾動(dòng)觀測(cè)器根據(jù)該拖動(dòng)裝置的三個(gè)狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算第二拖動(dòng)主體的旋轉(zhuǎn)角、角速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。由電流傳感器提供與所測(cè)量過(guò)的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，該電流傳感器用于控制裝置的電流控制回路。由于控制裝置包括一個(gè)電流控制回路，所以由電流控制回路而不是由施加在激勵(lì)裝置上的電壓來(lái)控制流過(guò)電力拖動(dòng)裝置的激勵(lì)裝置的電流值。由此，由電流控制回路來(lái)規(guī)定流過(guò)激勵(lì)裝置的電流值，從而使作為擾動(dòng)觀測(cè)器的基礎(chǔ)的電力拖動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型能夠省去一個(gè)常用的關(guān)于電流作為施加電壓的函數(shù)的差分方程。由于數(shù)學(xué)模型僅包括了三個(gè)狀態(tài)方程的緣故，所以擾動(dòng)觀測(cè)器較簡(jiǎn)單并且適于在線計(jì)算。
按照本發(fā)明的一個(gè)電力拖動(dòng)裝置的一個(gè)具體的實(shí)施例，其特征在于，擾動(dòng)觀測(cè)器包括另一個(gè)輸入端，用來(lái)接收與所測(cè)量過(guò)的旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；一個(gè)比較器，用來(lái)確定測(cè)量過(guò)的旋轉(zhuǎn)角和所計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角之間的偏差；和一個(gè)加法器，用來(lái)通過(guò)與所述偏差成正比的值來(lái)校正所計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角、所計(jì)算出的角速度、和所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在本實(shí)施例中，用一個(gè)反饋回路來(lái)校正由擾動(dòng)觀測(cè)器所計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角的值、角速度的值和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值中的不準(zhǔn)確度和由作為擾動(dòng)觀測(cè)器的基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型的不準(zhǔn)確度所造成的旋轉(zhuǎn)角的值、角速度的值和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值中的不準(zhǔn)確度。該校正過(guò)的旋轉(zhuǎn)角是所述偏差和第一加權(quán)因子的乘積與所計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角之和，該校正過(guò)的角速度是所述偏差與第二加權(quán)因子的乘積與所計(jì)算出的角速度之和，該校正過(guò)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是所述偏差與第三加權(quán)因子的乘積與所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩之和，通過(guò)一個(gè)所謂的極點(diǎn)配置(pole-placement)法來(lái)確定第一、第二和第三加權(quán)因子。
以下將參照附圖來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其中

圖1示意表示出按照本發(fā)明的一個(gè)節(jié)流裝置，該裝置用于內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)進(jìn)氣口；圖2a是按照本發(fā)明的一個(gè)電力拖動(dòng)裝置的一個(gè)剖面圖，該電力拖動(dòng)裝置用于圖1中的節(jié)流裝置，處于一個(gè)未被激勵(lì)狀態(tài)；圖2b表示出處于一個(gè)激勵(lì)狀態(tài)的圖2a中的電力拖動(dòng)裝置；圖3示意表示出按照本發(fā)明的一個(gè)控制裝置，該控制裝置用于圖2a中的電力拖動(dòng)裝置；圖4a表示出發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)所需的電力拖動(dòng)裝置的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線；圖4b表示出由圖3中的控制裝置的一個(gè)曲線發(fā)生器所產(chǎn)生的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線；圖4c表示出一個(gè)與圖4b中的旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線相對(duì)應(yīng)的一個(gè)角加速度—時(shí)間曲線；圖5示意表示出圖3中的控制裝置的一個(gè)擾動(dòng)觀測(cè)器；圖6a示意表示出圖3中的控制裝置的一個(gè)擾動(dòng)預(yù)報(bào)器；圖6b示意表示出圖6a中的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的一個(gè)單獨(dú)的中間神經(jīng)元；圖7示意表示出一個(gè)包括按照本發(fā)明的一個(gè)控制裝置的發(fā)電設(shè)備。
按照?qǐng)D1中所示本發(fā)明的節(jié)流裝置包括一個(gè)具有一管狀氣道3和一法蘭5的節(jié)流閥殼體1，利用它，可將節(jié)流裝置連接到圖中未示的一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)進(jìn)氣口或進(jìn)氣管上。該節(jié)流裝置還包括一個(gè)盤(pán)型節(jié)流閥7，它被安裝在沿徑向延伸穿過(guò)氣道3的一個(gè)軸9上。將軸9以可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方式裝在節(jié)流閥殼體1的法蘭5中，從而節(jié)流閥7在氣道3中可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)使節(jié)流閥7繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就改變了氣道3的孔徑和流向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的氣流量。
利用一個(gè)電力拖動(dòng)裝置11，使節(jié)流閥7在氣道3中可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該電力拖動(dòng)裝置11包括一個(gè)第一拖動(dòng)主體13和一個(gè)第二拖動(dòng)主體17，將第一拖動(dòng)主體13安裝于節(jié)流閥殼體1的一個(gè)拖動(dòng)殼體15中，第二拖動(dòng)主體17安裝于軸9上，并且如圖2a和2b所示，包括一個(gè)圓柱型永磁轉(zhuǎn)子部分19，它被沿徑向磁化，并具有一個(gè)北極N和一個(gè)南極S。第一拖動(dòng)主體13包括一個(gè)U型定子部分21，它由一種具有高磁導(dǎo)率的材料制成，例如燒結(jié)鐵，或由一種磁鋼疊片制成。該U型定子部分21包括兩個(gè)主極鐵心23、25，它們與一個(gè)極身27相互連接。該電力拖動(dòng)裝置11還包括一個(gè)含一電繞組31的激勵(lì)裝置29，該繞組31由極身27固定支承。定子部分21的每個(gè)主極鐵心23、25都配備有極靴33、35，每個(gè)極靴33、35都有曲面37、39。如圖2a和2b所示，極靴33、35的彎曲表面37、39繞在永磁轉(zhuǎn)子部分19周?chē)?，表?7確定了轉(zhuǎn)子部分19與極靴33之間的一個(gè)氣隙41，表面39確定了轉(zhuǎn)子部分19與極靴35之間的一個(gè)氣隙43。還有，把第一間隙45和第二間隙47設(shè)于極靴33、35之間，而將第一槽49設(shè)在極靴33的表面37的中央，將第二槽51設(shè)在極靴35的表面39的中央。這樣，把表面37分為一個(gè)第一表面部分53和一個(gè)第二表面部分55，把表面39分為一個(gè)第一表面部分57和一個(gè)第二表面部分59，而把氣隙41分為一個(gè)第一氣隙部分61和一個(gè)第二氣隙部分63，把氣隙43分為一個(gè)第一氣隙部分65和一個(gè)第二氣隙部分67。如圖2a和2b所示，沿徑向相對(duì)的氣隙部分61、67的寬度小于沿徑向相對(duì)的氣隙部分63、65的寬度。
由于氣隙部分61、67的寬度小于氣隙部分63、65的寬度，所以通過(guò)第一拖動(dòng)主體13在第二拖動(dòng)主體17上施加了一個(gè)靜磁轉(zhuǎn)矩TMS，當(dāng)未激勵(lì)電繞組31時(shí)，迫使圖2a中所示的第二拖動(dòng)主體17進(jìn)入一個(gè)靜止位置。為增大靜磁轉(zhuǎn)矩TMS，可以把在圖2a和2b中用虛線所指的輔助永磁體69安裝在極靴33的第一表面部分53中或安裝在極靴35的第二表面部分59中。當(dāng)對(duì)電繞組31進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，在第二拖動(dòng)主體17上施加一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩TEM，且第二拖動(dòng)主體17繞軸從圖2a中所示的靜止位置轉(zhuǎn)向圖2b中所示的一個(gè)位置，該位置的特征在于，相對(duì)于該靜止位置有一個(gè)第二拖動(dòng)主體17的旋轉(zhuǎn)角φ。如果無(wú)外力施加在節(jié)流閥7上，則在圖2b中所示的位置處，電磁轉(zhuǎn)矩TEM等于靜磁轉(zhuǎn)矩TMS。當(dāng)切斷流過(guò)繞組31的電流時(shí)，在靜磁轉(zhuǎn)矩TMS的影響下，第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥7將再次返回它們的靜止位置。通過(guò)流過(guò)電繞組31的電流來(lái)確定在圖2b中所示位置處的旋轉(zhuǎn)角φ的值，通過(guò)用以下將要描述的方式對(duì)流過(guò)繞組31的電流進(jìn)行的調(diào)節(jié)，使該旋轉(zhuǎn)角φ的值可調(diào)。
注意到，圖2a中所示的電力拖動(dòng)裝置11的靜止位置并不完全與第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥的一個(gè)位置相對(duì)應(yīng)，在這個(gè)位置處，施加在第二拖動(dòng)主體17上的靜磁轉(zhuǎn)矩TMS為零。如圖1所示，節(jié)流裝置還包括一個(gè)機(jī)械擋塊71，第二拖動(dòng)主體包括一個(gè)凸輪73，當(dāng)未激勵(lì)繞組31時(shí)，凸輪73靠在擋塊71上。由于凸輪73靠在擋塊71上的第二拖動(dòng)主體17的靜止位置與靜磁轉(zhuǎn)矩TMS為零的第二拖動(dòng)主體17的一個(gè)位置稍有不同，所以在靜磁轉(zhuǎn)矩TMS，O的影響下，凸輪73靠在擋塊71上。如圖1所示，該靜止位置與一個(gè)所謂的氣道3中節(jié)流閥7的準(zhǔn)靜止(limp-home)位置相對(duì)應(yīng)，該準(zhǔn)靜止位置與一個(gè)所謂的節(jié)流閥7的空載位置稍有不同，在該空載位置處氣道的孔徑最小。而在節(jié)流閥7的準(zhǔn)靜止位置處，例如，當(dāng)節(jié)流裝置的電源發(fā)生故障時(shí)，氣道3的孔徑使一股小氣流流向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室，從而仍可能進(jìn)行該內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)急運(yùn)行。擋塊71是機(jī)械可調(diào)的，從而使在節(jié)流閥7的準(zhǔn)靜止位置處流過(guò)氣道3的氣流可調(diào)。在節(jié)流閥7的其它位置處，包括在空載位置和全節(jié)流位置處——在這兩處的氣道3的孔徑分別為最小和最大，有電流流過(guò)繞組31。
如圖1所示，電力拖動(dòng)裝置11還包括一個(gè)電氣控制裝置75，通過(guò)該控制裝置75來(lái)控制節(jié)流閥7的旋轉(zhuǎn)角φ。圖3中表示出該控制裝置75，該控制裝置75包括一個(gè)電輸入端77，用來(lái)接收一個(gè)電信號(hào)uφ，該電信號(hào)uφ與第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥7的一個(gè)所需旋轉(zhuǎn)角φ相對(duì)應(yīng)；和一個(gè)電輸出端79，用來(lái)提供一個(gè)電信號(hào)uC，該電信號(hào)uC確定一股流過(guò)拖動(dòng)裝置11的激勵(lì)裝置29的電流。信號(hào)uφ由內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)電子電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)來(lái)提供，在附圖中沒(méi)有表示出該系統(tǒng)，該電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)不僅將信號(hào)uφ的值確定為一個(gè)由一個(gè)駕駛員操作的加速踏板的位置函數(shù)，而且將其確定為一個(gè)其它參數(shù)的函數(shù)，例如，內(nèi)燃機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r.p.m)、進(jìn)氣口氣體的壓力和溫度、以及內(nèi)燃機(jī)的溫度等等。還有，在內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)冷起動(dòng)期間和之后，該電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制該內(nèi)燃機(jī)的空載速度，從而使常用的空氣分流(air-bypass)系統(tǒng)不再必需。該電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)還控制內(nèi)燃機(jī)的噴油和點(diǎn)火裝置。這樣，內(nèi)燃機(jī)的噴油、點(diǎn)火和節(jié)流裝置的工作相互協(xié)調(diào)，從而改善了內(nèi)燃機(jī)的性能、燃料損耗與廢氣的成分。
還是如圖3所示，控制裝置75包括一個(gè)第一控制部分81和一個(gè)第二控制部分83。該第一控制部分81包括控制裝置75的電輸入端77和一個(gè)用來(lái)提供一個(gè)電信號(hào)uEM的電輸出端85，該信號(hào)uEM與要被施加在第二拖動(dòng)主體17上的一個(gè)所需的電磁轉(zhuǎn)矩TEM相對(duì)應(yīng)。該第二控制部分83包括一個(gè)用來(lái)接收來(lái)自第一控制部分81的信號(hào)uEM的電輸入端87和一個(gè)用來(lái)提供一個(gè)電信號(hào)uI的電輸出端88，該信號(hào)uI與一個(gè)流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流所對(duì)應(yīng)。
如圖3所示，第一控制部分81包括一個(gè)曲線發(fā)生器89，它具有一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)uφ的第一電輸入端91和一個(gè)用來(lái)接收電信號(hào)uφφ的第二電輸入端93，信號(hào)uφφ與第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥7的一個(gè)所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)。由節(jié)流裝置的旋轉(zhuǎn)角傳感器95經(jīng)一常用高頻濾波器97來(lái)傳送信號(hào)uφφ。如圖1所示，將旋轉(zhuǎn)角傳感器95安裝于節(jié)流閥殼體1上，靠近軸9遠(yuǎn)離電力拖動(dòng)裝置11的那一端。曲線發(fā)生器89產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)角相對(duì)于時(shí)間的曲線，該曲線從一個(gè)所測(cè)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角φM延伸到所需的旋轉(zhuǎn)角φR。圖4a表示出電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)所需的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角相對(duì)于時(shí)間的曲線的一個(gè)例子，其中在瞬時(shí)點(diǎn)t0處，所需旋轉(zhuǎn)角從φM突變到φR。這樣一個(gè)曲線無(wú)法由電力拖動(dòng)裝置11來(lái)獲得，因?yàn)檫@樣所需的電磁轉(zhuǎn)矩為無(wú)限大。圖4b表示出由曲線發(fā)生器89產(chǎn)生的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線，其中旋轉(zhuǎn)角在瞬時(shí)點(diǎn)t0和t1間從φM平滑過(guò)渡到φR。圖4c表示出一個(gè)與圖4b的旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線相對(duì)應(yīng)的一個(gè)角加速度—時(shí)間曲線。曲線發(fā)生器89包括一個(gè)第一電輸出端99，用來(lái)提供一個(gè)前饋控制信號(hào)uFF，它是根據(jù)角加速度—時(shí)間曲線所需的一個(gè)角加速度和節(jié)流裝置的可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)部分的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積。所以，信號(hào)uFF與獲得所述角加速度的所需電磁轉(zhuǎn)矩分量相對(duì)應(yīng)。該曲線發(fā)生器89還包括一個(gè)第二電輸出端101，用來(lái)提供一個(gè)電參考信號(hào)uφR，它與由曲線發(fā)生器89所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線相對(duì)應(yīng)。這樣，通過(guò)曲線發(fā)生器89，可把由電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)提供的信號(hào)uφ的一個(gè)瞬時(shí)突變轉(zhuǎn)換為前饋控制信號(hào)uFF和參考信號(hào)uφR的曲線，它們是可獲得的，這不僅是由于電力拖動(dòng)裝置11的動(dòng)態(tài)特性的緣故，也是由于該拖動(dòng)裝置11的可控性的緣故。
還是如圖3所示，第一控制部分81包括一個(gè)帶有第一電輸入端105和第二電輸入端107的比較器103，第一電輸入端105用來(lái)接收信號(hào)uφφ，第二電輸入端107用來(lái)接收參考信號(hào)uφR。比較器103包括一個(gè)電輸出端109，它提供一個(gè)與信號(hào)uφφ和uφR之間的偏差成正比的差分信號(hào)uDφ。將該差分信號(hào)uDφ傳送給一個(gè)PID調(diào)節(jié)器113的一個(gè)電輸入端111，該P(yáng)ID調(diào)節(jié)器還包括一個(gè)用來(lái)提供反饋控制信號(hào)uFB的電輸出端115。
將前饋控制信號(hào)uFF和反饋控制信號(hào)uFB分別傳送給第一控制部分81的一個(gè)電加法器121的第一電輸入端117和第二電輸入端119。如圖3所示，加法器121還包括一個(gè)用來(lái)接收一電信號(hào)uPLT的第三電輸入端123，該電信號(hào)uPLT與一個(gè)所預(yù)報(bào)的、施加在節(jié)流閥7和第二拖動(dòng)主體17上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLP相對(duì)應(yīng)。在運(yùn)行期間，節(jié)流閥7和第二拖動(dòng)主體17不僅承受上述的電磁轉(zhuǎn)矩TEM和靜磁轉(zhuǎn)矩TMS，還承受其它轉(zhuǎn)矩，例如，由軸9的軸承的摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、和由通過(guò)氣道3的氣流施加在節(jié)流閥7上的氣流力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩等。節(jié)流裝置由此構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，其中，一個(gè)第一狀態(tài)變量——即節(jié)流閥7的旋轉(zhuǎn)角φ，受一個(gè)擾動(dòng)變量——即包括靜磁轉(zhuǎn)矩TMS、摩擦力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩、和氣流力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響。所述第一狀態(tài)變量的值由控制裝置75來(lái)控制，該控制裝置75調(diào)節(jié)電力拖動(dòng)裝置11的電磁轉(zhuǎn)矩TEM。由于不能直接測(cè)量所述負(fù)載轉(zhuǎn)矩，或是測(cè)量起來(lái)相當(dāng)困難，所以控制裝置75的第一控制部分81包括一個(gè)所謂的擾動(dòng)觀測(cè)器125，用來(lái)根據(jù)節(jié)流裝置和電力拖動(dòng)裝置11的一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算擾動(dòng)變量，即，計(jì)算施加在第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥7上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。以下將詳細(xì)描述的擾動(dòng)觀測(cè)器125包括一個(gè)電輸出端126，用來(lái)提供與由擾動(dòng)觀測(cè)器125在第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)uCLT。將所述信號(hào)uCLT傳送給擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的一個(gè)電輸入端127。以下亦將詳細(xì)描述的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128包括一個(gè)電輸出端129，用來(lái)提供與為一第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)的一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩值相對(duì)應(yīng)的信號(hào)uPLT，該第二瞬時(shí)點(diǎn)以一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔跟在所述第一瞬時(shí)點(diǎn)之后。以下亦將說(shuō)明使用擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的原因。
加法器121包括一電輸出端131，用來(lái)提供與所需施加在第二拖動(dòng)主體17上的電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)uEM。信號(hào)uEM為信號(hào)uFF、uFB和uPLT的數(shù)學(xué)和。這樣，所需電磁轉(zhuǎn)矩TEM是為獲得所需節(jié)流閥7的角加速度所需要的電磁轉(zhuǎn)矩分量、為補(bǔ)償所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩所需要的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩分量、和由信號(hào)uFB代表的一個(gè)反饋電磁轉(zhuǎn)矩分量之和。PID調(diào)節(jié)器113確定信號(hào)uFB以使差分信號(hào)uDφ等于零，從而所測(cè)量的節(jié)流閥7的旋轉(zhuǎn)角能根據(jù)由曲線發(fā)生器89所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角—時(shí)間曲線準(zhǔn)確改變。由于比較器103如通常那樣不確定信號(hào)uφφ與uφ之間的偏差，但確定信號(hào)uφφ與uφR之間的偏差，所以PID調(diào)節(jié)器113對(duì)信號(hào)uFB的控制非常穩(wěn)定，從而不會(huì)出現(xiàn)PID調(diào)節(jié)器通常有的的卷緊(wind-up)現(xiàn)象和動(dòng)態(tài)超調(diào)。另外，由于使用了加法器121，使PID調(diào)節(jié)器113對(duì)信號(hào)uFB的控制非?？臁Ｓ捎趯⑿盘?hào)uFF和uPLT加到信號(hào)uFB上，所以PID調(diào)節(jié)器113不必計(jì)算用來(lái)獲得節(jié)流閥7的所需角加速度所需的電磁轉(zhuǎn)矩分量和用來(lái)補(bǔ)償所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩所需的電磁轉(zhuǎn)矩分量。用一個(gè)反饋控制回路中的一個(gè)PID調(diào)節(jié)器對(duì)這些電磁轉(zhuǎn)矩分量作計(jì)算需要幾個(gè)調(diào)節(jié)器采樣次數(shù)，次數(shù)越多，則靜磁轉(zhuǎn)矩TMS和旋轉(zhuǎn)角φ之間的關(guān)系的非線性度越大，從而控制裝置75的響應(yīng)時(shí)間會(huì)變壞，并會(huì)增加PID調(diào)節(jié)器的不穩(wěn)定性的危險(xiǎn)。由于采用加法器121，PID調(diào)節(jié)器113只需計(jì)算所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和一個(gè)實(shí)際影響節(jié)流閥7和第二拖動(dòng)主體17的負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間一個(gè)相對(duì)較小的偏差。由此改善了控制裝置75的響應(yīng)時(shí)間和準(zhǔn)確性。
如圖3所示，第一控制部分81還包括一個(gè)電限幅器133，當(dāng)信號(hào)uEM超過(guò)一預(yù)定極限值時(shí)，用限幅器133對(duì)信號(hào)uEM限幅。以這樣一種方式來(lái)確定信號(hào)uEM的所述極限值，即，施加在第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥7上的電磁轉(zhuǎn)矩決不會(huì)超過(guò)一個(gè)預(yù)定的最大轉(zhuǎn)矩值。這樣，既避免了電力拖動(dòng)裝置11的機(jī)械損壞或運(yùn)行故障，又避免了激勵(lì)裝置29過(guò)熱。當(dāng)加法器121所傳送的信號(hào)uEM超過(guò)了所述預(yù)定極限值時(shí)，用限幅器133將信號(hào)uEM的值調(diào)到所述極限值。
還是如圖3所示，控制裝置75的第二控制部分83包括一個(gè)電存儲(chǔ)器135，該電存儲(chǔ)器135帶有一個(gè)用來(lái)接收來(lái)自第二控制部分83的輸入端87的信號(hào)uEM的第一電輸入端137、一個(gè)用來(lái)接收來(lái)自旋轉(zhuǎn)角傳感器95的信號(hào)uφφ的第二電輸入端139、和一個(gè)用來(lái)提供電信號(hào)uI的電輸出端141，該信號(hào)uI與所需用來(lái)獲得所需電磁轉(zhuǎn)矩TEM的流過(guò)激勵(lì)裝置29的電繞組31的電流相對(duì)應(yīng)。電磁轉(zhuǎn)矩TEM的值取決于第二拖動(dòng)主體17的旋轉(zhuǎn)角φ和流過(guò)繞組31的電流值。電磁轉(zhuǎn)矩TEM、旋轉(zhuǎn)角φ和流過(guò)繞組31的電流之間的關(guān)系取決于第一與第二拖動(dòng)主體13、17和激勵(lì)裝置29的結(jié)構(gòu)與組成。計(jì)算或測(cè)量所述關(guān)系，并以一個(gè)表格的形式將其存入存儲(chǔ)器135中。這樣，以一個(gè)準(zhǔn)確而簡(jiǎn)單的方式從存儲(chǔ)器135中讀出用來(lái)獲得一個(gè)所測(cè)的旋轉(zhuǎn)角處的一個(gè)所需電磁轉(zhuǎn)矩的所需電流值，基本上無(wú)延遲。注意到，用常用的計(jì)算器計(jì)算所需的電流需要一定的時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，則電磁轉(zhuǎn)矩、旋轉(zhuǎn)角和電流之間的關(guān)系的非線性度越大。如果采用存儲(chǔ)器135，則用PID調(diào)節(jié)器113和加法器121一起所獲得的控制裝置75的短響應(yīng)時(shí)間就不會(huì)受第二控制裝置83的影響。
控制裝置75還包括一個(gè)比較器143，該比較器143具有一個(gè)第一電輸入端145、一個(gè)第二電輸入端147和一個(gè)電輸出端149，其中第一電輸入端145用來(lái)接收來(lái)自第二控制部分83的輸出端88的信號(hào)uI，第二電輸入端147用來(lái)接收對(duì)應(yīng)于一個(gè)所測(cè)量的流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流的一個(gè)電信號(hào)uII，電輸出端149用來(lái)提供一個(gè)和信號(hào)uI與uII之間的偏差成正比的差分信號(hào)uDI。由一個(gè)電流傳感器151經(jīng)一個(gè)常用的高頻濾波器153來(lái)傳送信號(hào)uII。電流傳感器151測(cè)量由電力拖動(dòng)裝置11的功率末級(jí)155傳送到激勵(lì)裝置29的電流。在圖3中，僅示意地表示出電流傳感器151和功率末級(jí)155。另外，控制裝置75包括一PI調(diào)節(jié)器157，它具有一個(gè)用來(lái)接收差分信號(hào)uDI的電輸入端159和一個(gè)用來(lái)提供一個(gè)電信號(hào)uI’的電輸出端161，該電信號(hào)uI’對(duì)應(yīng)于要由功率末級(jí)155傳送到激勵(lì)裝置29的電流。PI調(diào)節(jié)器157確定信號(hào)uI’，使差分信號(hào)uDI等于零，從而使由功率末級(jí)155傳送到激勵(lì)裝置29的所測(cè)量的電流等于由第二控制部分83所確定的所需電流。
還是如圖3所示，從例如一個(gè)電池輸送給電力拖動(dòng)裝置11的功率末級(jí)155一個(gè)恒定的電壓。功率末級(jí)155包括四個(gè)NPN晶體管，即，兩個(gè)上晶體管163、165和兩個(gè)下晶體管167、169；和兩個(gè)電反相器171、173。晶體管163、165、167、169和反相器171、173相互連接成一個(gè)常用的橋式結(jié)構(gòu)。通過(guò)控制裝置75的脈寬調(diào)制器175以一個(gè)常用的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)晶體管163、165、167、169，該脈寬調(diào)制器175包括一個(gè)用來(lái)接收PI調(diào)節(jié)器157傳送來(lái)的信號(hào)uI’的第一電輸入端177和一個(gè)用來(lái)接收電流傳感器151傳送來(lái)的信號(hào)uII的第二電輸入端179。將脈寬調(diào)制器175的一個(gè)第一輸出端181連接到下晶體管167的基極，并經(jīng)反相器171連接到上晶體管163的基極，而將脈寬調(diào)制器175的一個(gè)第二輸出端183連接到下晶體管169的基極，并經(jīng)反相器173連接到上晶體管165的基極。信號(hào)uI’由脈寬調(diào)制器175分別轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制器175的第一和第二輸出端181和183上的互補(bǔ)脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)uC和-uC。根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)uC和-uC的極性，使下晶體管167和上晶體管165打開(kāi)，由此使激勵(lì)裝置29中的電流沿一個(gè)方向流動(dòng)，或使下晶體管169和上晶體管163打開(kāi)，由此使激勵(lì)裝置29中的電流沿相反方向流動(dòng)。該脈寬調(diào)制器175還包括一電限幅器，當(dāng)電流傳感器151所傳送的信號(hào)uII超過(guò)了一個(gè)預(yù)定的極限值時(shí)，該限幅器可限制驅(qū)動(dòng)信號(hào)uC和-uC的脈沖寬度。這樣，將流過(guò)繞組31的電流的脈沖寬度限定在一個(gè)值，考慮到激勵(lì)裝置29的熱特性，該值應(yīng)是可實(shí)現(xiàn)的。這樣，可以避免繞組31中的過(guò)流，過(guò)流可導(dǎo)致激勵(lì)裝置29和電力拖動(dòng)裝置11過(guò)熱。
上述控制裝置75具有一個(gè)所謂的串級(jí)控制結(jié)構(gòu)，按照該結(jié)構(gòu)，首先將對(duì)應(yīng)于一個(gè)所需旋轉(zhuǎn)角的信號(hào)uφ轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于一個(gè)所需角加速度的一個(gè)信號(hào)，接著將對(duì)應(yīng)于所需角加速度的信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于一個(gè)所需電磁轉(zhuǎn)矩的一個(gè)信號(hào)uEM，最后將對(duì)應(yīng)于所需電磁轉(zhuǎn)矩的信號(hào)uEM轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于一個(gè)所需流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流的一個(gè)信號(hào)uI。如上所述，該具有第一和第二控制部分81、83的準(zhǔn)確的串聯(lián)控制結(jié)構(gòu)便于對(duì)所需電磁轉(zhuǎn)矩TEM進(jìn)行具體的計(jì)算，該計(jì)算考慮到電力拖動(dòng)裝置11的機(jī)械特性和由擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；并且該結(jié)構(gòu)便于對(duì)所需的電流進(jìn)行具體的計(jì)算，該計(jì)算考慮到拖動(dòng)裝置11的電磁特性。該準(zhǔn)確的串級(jí)控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的控制裝置75的響應(yīng)時(shí)間比普通且常用的控制結(jié)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間短，按照這種普通且常用的控制結(jié)構(gòu)，用一個(gè)反饋控制回路以迭代的方式來(lái)計(jì)算所需電流，而不用或僅用很少的中間控制級(jí)。所述普通且常用的控制結(jié)構(gòu)會(huì)需要進(jìn)行大量的迭代運(yùn)算，尤其因?yàn)樗桦娏骱托D(zhuǎn)角之間的關(guān)系的非線性度很大，所以會(huì)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。
如上所述，擾動(dòng)觀測(cè)器125用來(lái)根據(jù)節(jié)流裝置和電力拖動(dòng)裝置的一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算施加在第二拖動(dòng)主體17和節(jié)流閥7上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而避免了對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行的一個(gè)困難且不可靠的測(cè)量。作為擾動(dòng)觀測(cè)器125的依據(jù)的數(shù)學(xué)模型基于如下所列的一組三個(gè)一階差分方程J.dω/dt＝k(φ).IACT-TLOAD[1]ω＝dφ/dt[2]dTLOAD/dt＝0[3]方程式[1]是節(jié)流閥7和第二拖動(dòng)主體17的一個(gè)運(yùn)動(dòng)方程，其中J為節(jié)流裝置的可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為節(jié)流裝置的可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)部分的角速度，k(φ).IACT為施加在第二拖動(dòng)主體17上的電磁轉(zhuǎn)矩TEM，k(φ)為一個(gè)取決于旋轉(zhuǎn)角φ的系數(shù)，IACT為流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流，TLOAD為施加在節(jié)流閥7和第二拖動(dòng)主體17上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。方程式[2]描述了節(jié)流閥7的角速度ω和旋轉(zhuǎn)角φ的關(guān)系。方程式[3]包括一個(gè)對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一個(gè)簡(jiǎn)化的假設(shè)，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定。
由于流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流值IACT是由控制裝置75的PI調(diào)節(jié)器157確定的，而不是由輸送給電力拖動(dòng)裝置11的功率末級(jí)155的電壓來(lái)確定的，所以作為擾動(dòng)觀測(cè)器125的依據(jù)的數(shù)學(xué)模型可省去第四差分方程，該方程描述的應(yīng)是流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流和施加在激勵(lì)裝置29上的電壓之間的關(guān)系。如圖3所示，擾動(dòng)觀測(cè)器125具有一個(gè)第一電輸入端185，用來(lái)接收電流傳感器151傳送的并與所測(cè)量的流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)uII。該擾動(dòng)觀測(cè)器125根據(jù)輸入信號(hào)uII和以上所給出的三個(gè)差分方程[1]、[2]和[3]來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角φ、角速度ω和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLOAD。由于作為擾動(dòng)觀測(cè)器125的依據(jù)的數(shù)學(xué)模型僅包括三個(gè)一階差分方程，所以擾動(dòng)觀測(cè)器125對(duì)于在線計(jì)算來(lái)說(shuō)較簡(jiǎn)單且適用。
這組方程[1]、[2]和[3]以一個(gè)矩陣的形式如下表示dφ/dtdω/dtdTLOAD/dt=01000-1/J000·φωTLOAD+01/J0·k(φ).IACT]]>另外，擾動(dòng)觀測(cè)器125以下列離散方程為基礎(chǔ)φK+1＝φK+T.ωK+T2/2J.k(φ).IACT-T2/2J.TLOAD，kωK+1＝ωK+T/J.k(φ).IACT-T/J.TLOAD，k其中，φK+1和ωK+1為擾動(dòng)觀測(cè)器125在一瞬時(shí)點(diǎn)K+1處所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角和角速度的值；φK、ωK和TLOAD，K為擾動(dòng)觀測(cè)器125在一瞬時(shí)點(diǎn)K處所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角、角速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值；和T為瞬時(shí)點(diǎn)K與K+1之間的一個(gè)時(shí)間間隔。用這些離散方程，如下表示矩陣形式的這組方程[1]、[2]和[3]
XK+1＝Φ.XK+H.k(φ).IACT；其中XK=φKωKTLOAD·K;XK+1=φK+1ωK+1TLOAD·K+1;]]>向量XK和XK+1是瞬時(shí)點(diǎn)K和K+1的狀態(tài)向量，矩陣Φ是系統(tǒng)矩陣，矩陣H是輸入矩陣。Φ=1TT2/2J01-T/J001;H=T2/2JT/J0.]]>在擾動(dòng)觀測(cè)器125中以一個(gè)計(jì)算機(jī)程序的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)方程[1]、[2]和[3]。圖5示意地表示出一組代表計(jì)算機(jī)程序的功能塊的形式下的擾動(dòng)觀測(cè)器125。如上所述，擾動(dòng)觀測(cè)器125包括一個(gè)第一電輸入端185，用來(lái)接收相應(yīng)于所測(cè)量的流過(guò)激勵(lì)裝置29的電流IACT的信號(hào)uII。另外，擾動(dòng)觀測(cè)器125包括一個(gè)第二電輸入端187，用來(lái)接收相應(yīng)于所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角的信號(hào)uφφ。擾動(dòng)觀測(cè)器125按下述方式使用信號(hào)uφφ。還是如圖5所示，擾動(dòng)觀測(cè)器125包括一個(gè)第一功能塊189，用來(lái)用一個(gè)代表系數(shù)K(φ)的一個(gè)平均值的常系數(shù)K乘以值IACT。另一方面，功能塊189可以包括例如一個(gè)K(φ)與φ之間的表格形式的關(guān)系，在這種情況下，功能塊189包括一個(gè)用來(lái)接收輸入信號(hào)uφφ的輸入端191。圖5中，這另一個(gè)輸入端191用一虛線表示。擾動(dòng)觀測(cè)器125還包括一個(gè)第二功能塊193，用來(lái)用值K·IACT或用值K(φ)·IACT乘以輸入矩陣H，該功能塊193的輸出代表向量H·K(φ)·IACT。擾動(dòng)觀測(cè)器125還包括一個(gè)第三功能塊195，用來(lái)把向量H·K(φ)·IACT和一個(gè)以下將要描述的向量XCORR相加，該第三功能塊195的輸出代表新的狀態(tài)向量XK+1。另外，擾動(dòng)觀測(cè)器125包括一個(gè)第四功能塊197，用來(lái)將新的狀態(tài)向量XK+1的分量TLOAD，K+1傳送給擾動(dòng)觀測(cè)器125的輸出端126。還有，第四功能塊197將狀態(tài)向量XK+1輸入到一個(gè)第五功能塊199，該第五功能塊199用系統(tǒng)矩陣Φ乘以狀態(tài)向量XK+1。第五功能塊199的輸出代表值Φ·XK。
如上所述，擾動(dòng)觀測(cè)器125根據(jù)方程組[1]、[2]和[3]來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角φ、角速度ω和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLOAD的值。由于還用旋轉(zhuǎn)角傳感器95來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角φ的值，所以可用所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角的值來(lái)校正作為擾動(dòng)觀測(cè)器125的數(shù)學(xué)模型的不準(zhǔn)確度和方程[1]、[2]和[3]的離散方程的不準(zhǔn)確度。為此，擾動(dòng)觀測(cè)器125包括一個(gè)第六功能塊201，用來(lái)對(duì)由輸入信號(hào)uφφ所表示的所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角的值和由第四功能塊197所傳送的計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角的值φK+1進(jìn)行比較。第六功能塊201的輸出值Δφ對(duì)應(yīng)于所述所測(cè)量的旋轉(zhuǎn)角與所述計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角之間的偏差，并將該輸出值Δφ輸入一個(gè)第七功能塊203，該功能塊203用值Δφ乘以一個(gè)校正矩陣L。該校正矩陣L包括一個(gè)第一加權(quán)因子L1、一個(gè)第二加權(quán)因子L2、和一個(gè)第三加權(quán)因子L3，它們分別用來(lái)校正計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角的值、計(jì)算出的角速度的值和計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值，用一個(gè)人們公知的且本身常用的所謂極點(diǎn)配置法來(lái)確定所述的加權(quán)因子。將第七功能塊203的輸出向量L·Δφ輸入擾動(dòng)觀測(cè)器125的一個(gè)第八功能塊205，它用來(lái)把第七功能塊203的輸出向量L·Δφ和向量Φ·XK相加。這樣，如下表示第八功能塊205的輸出向量XCORRXCORR＝Φ·XK+L·Δφ；其中L=L1L2L3]]>所以，如下表示新的狀態(tài)向量XK+1XK+1＝Φ·XK+H·K(φ)·IACT+L·Δφ如上所述，擾動(dòng)觀測(cè)器125提供一個(gè)電信號(hào)uCLT，該信號(hào)uCLT對(duì)應(yīng)于擾動(dòng)觀測(cè)器125在一個(gè)第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一個(gè)值。如果控制裝置75未配備擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128，則還要用控制裝置75的第一控制部分81和第二控制部分83來(lái)處理電信號(hào)uCLT，并且最終用電力拖動(dòng)裝置11將該電信號(hào)uCLT轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩分量。因?yàn)榭刂蒲b置75處理信號(hào)uCLT需要一段時(shí)間，而電力拖動(dòng)裝置11產(chǎn)生補(bǔ)償所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的所需電磁轉(zhuǎn)矩分量需要另一段時(shí)間，所以將會(huì)在第一瞬時(shí)點(diǎn)和另一瞬時(shí)點(diǎn)之間產(chǎn)生一段延遲時(shí)間，擾動(dòng)觀測(cè)器125在該第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電力拖動(dòng)裝置11會(huì)在該另一瞬時(shí)點(diǎn)實(shí)際獲得補(bǔ)償由擾動(dòng)觀測(cè)器125在第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩分量。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一具有一個(gè)較高頻率的波動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則會(huì)在該波動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償由擾動(dòng)觀測(cè)器125計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩分量之間產(chǎn)生一個(gè)較大的相移，從而不能用電力拖動(dòng)裝置11正確地補(bǔ)償該波動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。如果該波動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩具有一個(gè)與第一瞬時(shí)點(diǎn)和所述另一個(gè)瞬時(shí)點(diǎn)之間的延遲時(shí)間相等的循環(huán)時(shí)間，則節(jié)流閥7甚至?xí)l(fā)生諧振。在按照本發(fā)明的節(jié)流裝置中，通過(guò)氣流振蕩和由于內(nèi)燃機(jī)的工作原理、尤其由于在運(yùn)行期間周期性打開(kāi)和關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的進(jìn)氣閥的緣故所產(chǎn)生的渦流，產(chǎn)生具有較高頻率的波動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。所述氣流振蕩將導(dǎo)致不希望的氣道3中節(jié)流閥7的繞軸振蕩位移。
如上所述，控制裝置75的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128提供一個(gè)輸出信號(hào)uPLT，該信號(hào)uPLT對(duì)應(yīng)于為一個(gè)第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一個(gè)值，該第二瞬時(shí)點(diǎn)以一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔緊跟在第一瞬時(shí)點(diǎn)之后。所述預(yù)定時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生于第一瞬時(shí)點(diǎn)與所述另一瞬時(shí)點(diǎn)之間的延遲時(shí)間，擾動(dòng)觀測(cè)器125在該第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值，如果控制裝置75未配備擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128，則電力拖動(dòng)裝置11會(huì)在所述另一瞬時(shí)點(diǎn)實(shí)際獲得補(bǔ)償由擾動(dòng)觀測(cè)器125在第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩分量。這樣，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128通過(guò)提供輸出信號(hào)uPLT來(lái)補(bǔ)償所述延遲時(shí)間，該輸出信號(hào)uPLT通過(guò)與所述延遲時(shí)間相對(duì)應(yīng)的預(yù)定時(shí)間間隔來(lái)預(yù)報(bào)擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的輸入信號(hào)uCLT。因而，補(bǔ)償由擾動(dòng)觀測(cè)器125所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩分量基本上與實(shí)際施加在節(jié)流閥7和第二拖動(dòng)主體17上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩同相，從而使電力拖動(dòng)裝置11甚至在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的高頻情況下，即，在內(nèi)燃機(jī)的高每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r.p.m)下準(zhǔn)確地補(bǔ)償負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
如圖6a所示，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128包括一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207，在擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128中以一個(gè)計(jì)算機(jī)程序的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)。圖6a表示出代表所述計(jì)算機(jī)程序的一些功能塊形式下的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207包括一輸入存儲(chǔ)器209，該存儲(chǔ)器209含十一個(gè)存儲(chǔ)位置Z0、Z-1、……、Z-10，它們用來(lái)存儲(chǔ)十一個(gè)由擾動(dòng)觀測(cè)器125在十一個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)(直到并包括第一瞬時(shí)點(diǎn)t0)處所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值。在第一瞬時(shí)點(diǎn)t0處，將最后一個(gè)由擾動(dòng)觀測(cè)器125計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值存入存儲(chǔ)位置Z0，而將所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的每個(gè)更早的值向下存入一個(gè)緊接著的存儲(chǔ)位置Z-1、……、Z-10。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207還包括十一個(gè)中間神經(jīng)元213的一層211。每個(gè)中間神經(jīng)元213從輸入存儲(chǔ)器209接收十一個(gè)所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖6a中用單獨(dú)一條線215表示輸入存儲(chǔ)器209和中間神經(jīng)元213之間的連接關(guān)系。圖6b表示出一個(gè)單獨(dú)的中間神經(jīng)元213。如圖6b所示，每個(gè)中間神經(jīng)元213都包括十一個(gè)用來(lái)用一個(gè)加權(quán)因子乘以十一個(gè)所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值的功能塊W0、W1、……、W10，和一個(gè)用來(lái)將十一個(gè)由功能塊W0、W1、……、W10提供的值加在一起的加法器217。這樣，每個(gè)中間神經(jīng)元213的加法器213的輸出值ε對(duì)應(yīng)于十一個(gè)所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值的一個(gè)加權(quán)值。所述輸出值ε由中間神經(jīng)元213的另一功能塊219處理，該功能塊219包括一個(gè)輸出反曲函數(shù)，其本身為人們公知且常用，它提供中間神經(jīng)元213的一個(gè)輸出值ε’。還是如圖6a所示，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207還包括五個(gè)輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231的一層221。每個(gè)輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231都具有一個(gè)與圖6b中所示的中間神經(jīng)元213的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)。每個(gè)輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231都接收由十一個(gè)中間神經(jīng)元213所提供的十一個(gè)加權(quán)值ε’，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在圖6a中，用單獨(dú)一條線233表示出十一個(gè)中間神經(jīng)元213和五個(gè)輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231之間的連接關(guān)系。如圖6a中所示，輸出神經(jīng)元223提供中間神經(jīng)元213的十一個(gè)加權(quán)值ε’的第一加權(quán)值ξ1，而輸出神經(jīng)元225、227、229和231分別提供中間神經(jīng)元213的十一個(gè)加權(quán)值ε’的第二加權(quán)值ξ2、第三加權(quán)值ξ3、第四加權(quán)值ξ4、和第五加權(quán)值ξ5。如以下將要說(shuō)明的，第五加權(quán)值ξ5對(duì)應(yīng)于一個(gè)為一瞬時(shí)點(diǎn)t1＝t0+Δt所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，第四加權(quán)值ξ4對(duì)應(yīng)于一個(gè)為一瞬時(shí)點(diǎn)t2＝t0+2Δt所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，第三加權(quán)值ξ3對(duì)應(yīng)于一個(gè)為一瞬時(shí)點(diǎn)t3＝t0+3Δt所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，第二加權(quán)值ξ2對(duì)應(yīng)于一個(gè)為一瞬時(shí)點(diǎn)t4＝t0+4Δt所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，而第一加權(quán)值ξ1對(duì)應(yīng)于一個(gè)為一瞬時(shí)點(diǎn)t5＝t0+5Δt所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，所述瞬時(shí)點(diǎn)t5對(duì)應(yīng)于所述第二瞬時(shí)點(diǎn)，時(shí)間段5Δt對(duì)應(yīng)于上述第一瞬時(shí)點(diǎn)與第二瞬時(shí)點(diǎn)之間的預(yù)定時(shí)間間隔。
還是如圖6a所示，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128配備有一所謂的后向傳播網(wǎng)絡(luò)235，該網(wǎng)絡(luò)適于用上述一種方式來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207的中間神經(jīng)元213和輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231。該后向傳播網(wǎng)絡(luò)235包括五個(gè)存儲(chǔ)器237、239、241、243和245與五個(gè)比較器247、249、251、253和255。存儲(chǔ)器237用來(lái)在一個(gè)5Δt的時(shí)間段期間存儲(chǔ)值ξ1，該值ξ1對(duì)應(yīng)于為第二瞬時(shí)點(diǎn)t5＝t0+5Δt所預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。接著，在第二瞬時(shí)點(diǎn)t5，比較器247確定在值ξ1和一個(gè)由擾動(dòng)觀測(cè)器125在第二瞬時(shí)點(diǎn)t5實(shí)際所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值之間的一個(gè)偏差δ1。同樣地，存儲(chǔ)器239、241、243和245分別用來(lái)在時(shí)間段4Δt、3Δt、2Δt和Δt期間存儲(chǔ)值ξ2、ξ3、ξ4和ξ5，而比較器249、251、253和255分別用來(lái)確定在值ξ2和一個(gè)由觀測(cè)器125在瞬時(shí)點(diǎn)t4所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值之間的一個(gè)偏差δ2、在值ξ3和一個(gè)由觀測(cè)器125在瞬時(shí)點(diǎn)t3所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值之間的一個(gè)偏差δ3、在值ξ4和一個(gè)由觀測(cè)器125在瞬時(shí)點(diǎn)t2所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值之間的一個(gè)偏差δ4、以及在值ξ5和一個(gè)由觀測(cè)器125在瞬時(shí)點(diǎn)t1所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值之間的一個(gè)偏差δ5。這些偏差δ1、δ2、δ3、δ4和δ5用來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207的中間神經(jīng)元213和輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231，即，按照一個(gè)基本上為人們所公知且常用的梯度搜索法(gradient search method)根據(jù)所述的偏差來(lái)計(jì)算神經(jīng)元213、223、225、227、229和231的加權(quán)因子。這樣，訓(xùn)練神經(jīng)元213、223、225、227、229和231以使偏差δ1、δ2、δ3、δ4和δ5最小，從而使值ξ1、ξ2、ξ3、ξ4和ξ5在第一瞬時(shí)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)由觀測(cè)器125在所述第一瞬時(shí)點(diǎn)之后與其相距時(shí)間段5Δt、4Δt、3Δt、2Δt和Δt的瞬時(shí)點(diǎn)處所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值，其中時(shí)間段5Δt對(duì)應(yīng)于如上所述第一瞬時(shí)點(diǎn)和第二瞬時(shí)點(diǎn)之間的預(yù)定時(shí)間間隔。
在圖6a中所示的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128中，只有在偏差δ1、δ2、δ3、δ4和δ5中的至少一個(gè)超出了一個(gè)預(yù)定限度時(shí)，才訓(xùn)練神經(jīng)元213、223、225、227、229和231。那么，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207處在一個(gè)所謂的學(xué)習(xí)階段。如果每個(gè)偏差δ1、δ2、δ3、δ4和δ5都低于所述的預(yù)定限度，則神經(jīng)元213、223、225、227、229和231的加權(quán)因子保持恒定并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207處在一個(gè)所謂的測(cè)試階段。在運(yùn)行過(guò)程中，如果例如象其頻率或幅值這樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的特性有改變，則神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207從測(cè)試階段返回到學(xué)習(xí)階段。這樣，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128是一個(gè)自學(xué)習(xí)的魯棒系統(tǒng)，它在負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性改變時(shí)也能以一個(gè)準(zhǔn)確的方式預(yù)報(bào)負(fù)載轉(zhuǎn)矩值。還是如圖6a所示，擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128包括另一功能塊257，它具有一個(gè)直接連接到擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的輸入端127的第一輸入端259，用來(lái)接收擾動(dòng)觀測(cè)器125的輸出信號(hào)uCLT；一個(gè)第二輸入端261，用來(lái)接收對(duì)應(yīng)于為第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值的輸出神經(jīng)元223的加權(quán)值ξ1；和一個(gè)連接到擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的輸出端129的輸出端263。該功能塊257具有一個(gè)切換功能，并用如圖6a中示意表示出的一條線265來(lái)與比較器247、249、251、253和255相互連接。如果每個(gè)由比較器247、249、251、253和255所確定的偏差δ1、δ2、δ3、δ4和δ5都低于預(yù)定限度并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207處于測(cè)試階段，則切換功能塊257的輸出端263提供一個(gè)與預(yù)報(bào)值ξ1相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)uPLT；而如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207處于學(xué)習(xí)階段，則切換功能塊257的輸出端263提供與擾動(dòng)觀測(cè)器125的輸出信號(hào)uCLT相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出信號(hào)uCLT。當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207處于學(xué)習(xí)階段時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207可能產(chǎn)生一個(gè)值ξ1，它與在第二瞬時(shí)點(diǎn)實(shí)際所施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值偏差極大，從而可能使節(jié)流裝置的穩(wěn)定性受到影響。由于在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207處于學(xué)習(xí)階段時(shí)將切換功能塊257的輸出端263直接接到擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的輸入端127，所以防止了擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128提供一個(gè)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207學(xué)習(xí)階段中的所述偏差值ξ1相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。
注意到，按照本發(fā)明的電力拖動(dòng)裝置也可以用于其它裝置，在這些裝置中，應(yīng)將一個(gè)軸的角位置調(diào)節(jié)到一個(gè)恒定值或可變參考角。該電力拖動(dòng)裝置可以例如用于化工廠和電站中的伺服控制閥，或用來(lái)偏轉(zhuǎn)飛機(jī)的控制表面。該拖動(dòng)裝置可用作一個(gè)所謂的主拖動(dòng)裝置，不帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種情況下該拖動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)要被移動(dòng)的物體，正如在上述本發(fā)明的實(shí)施例中那樣；或與一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一起用來(lái)將一旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成另一旋轉(zhuǎn)位移或一直線位移，在這種情況下可由電力拖動(dòng)裝置準(zhǔn)確地控制一物體的直線位置。
在上述的電力拖動(dòng)裝置11中，第一拖動(dòng)主體13將一靜磁轉(zhuǎn)矩施加在第二拖動(dòng)主體17上，所述靜磁轉(zhuǎn)矩取決于第二拖動(dòng)主體17相對(duì)于第一拖動(dòng)主體13的旋轉(zhuǎn)角。注意到，本發(fā)明還涉及到其它類(lèi)型的電力拖動(dòng)裝置，它們包括一個(gè)第一拖動(dòng)主體；一個(gè)第二拖動(dòng)主體，它相對(duì)于第一拖動(dòng)主體可繞軸旋轉(zhuǎn)一限定的旋轉(zhuǎn)角；激勵(lì)裝置，用來(lái)將一電磁轉(zhuǎn)矩施加在第二拖動(dòng)主體上；和一個(gè)控制裝置，用來(lái)控制所述旋轉(zhuǎn)角。該拖動(dòng)裝置可以例如裝有一機(jī)械扭簧，用來(lái)將一機(jī)械彈簧扭矩代替靜磁轉(zhuǎn)矩(或除靜磁轉(zhuǎn)矩之外)施加在第二拖動(dòng)主體上。在這樣一種情況下，擾動(dòng)觀測(cè)器125以一個(gè)修改的電力拖動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，該數(shù)學(xué)模型還要考慮到所述機(jī)械扭簧的扭矩。
如上所述，控制裝置75的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128包括一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207，用來(lái)為第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)一負(fù)載轉(zhuǎn)矩值。還注意到，按照本發(fā)明，控制裝置75的擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128還可以包括一個(gè)不同類(lèi)型的處理器。這樣一個(gè)不同類(lèi)型的處理器的例子為一個(gè)所謂的多存儲(chǔ)回路，該回路本身為人們所公知且常用。這樣一個(gè)存儲(chǔ)回路包括大量的存儲(chǔ)位置，這個(gè)回路可用作如下所述的一個(gè)擾動(dòng)預(yù)報(bào)器。把由擾動(dòng)觀測(cè)器在直到且包括第一瞬時(shí)點(diǎn)處連續(xù)計(jì)算出的波動(dòng)擾動(dòng)變量值或負(fù)載轉(zhuǎn)矩值存入該存儲(chǔ)回路中。按照一預(yù)定循環(huán)準(zhǔn)則，該存儲(chǔ)回路確定連續(xù)存儲(chǔ)的值中的哪一個(gè)屬于一波動(dòng)擾動(dòng)變量的單循環(huán)。如果該存儲(chǔ)回路已確定了一個(gè)擾動(dòng)變量的單循環(huán)，則可以從所述所確定的單循環(huán)中將第二瞬時(shí)點(diǎn)的擾動(dòng)變量值確定為一個(gè)值，它以所述預(yù)定時(shí)間間隔預(yù)報(bào)在第一瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的值。
前述擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207包括一個(gè)輸入存儲(chǔ)器209，它具有十一個(gè)存儲(chǔ)位置；十一個(gè)中間神經(jīng)元213的一層211；和五個(gè)輸出神經(jīng)元223、225、227、229和231的一層221。注意到，按照本發(fā)明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207也可以包括這樣一個(gè)輸入存儲(chǔ)器，它具有不同數(shù)目的存儲(chǔ)位置、不同數(shù)目的中間神經(jīng)元和不同數(shù)目的輸出神經(jīng)元。為得到預(yù)報(bào)擾動(dòng)變量或負(fù)載轉(zhuǎn)矩值的一個(gè)高準(zhǔn)確度，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207應(yīng)包括這樣一個(gè)輸入存儲(chǔ)器，該輸入存儲(chǔ)器含足夠數(shù)目例如10個(gè)以上的存儲(chǔ)位置，含足夠數(shù)目例如10個(gè)以上的中間神經(jīng)元，和含足夠數(shù)目例如5個(gè)以上的輸出神經(jīng)元。但是，如果允許有一個(gè)預(yù)報(bào)擾動(dòng)變量值有較低準(zhǔn)確度，例如當(dāng)擾動(dòng)變量具有一個(gè)較低的頻率時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207可以包括這樣一個(gè)輸入存儲(chǔ)器，該輸入存儲(chǔ)器含更少數(shù)目例如四個(gè)以上的存儲(chǔ)位置，含更少數(shù)目例如四個(gè)以上的中間神經(jīng)元，和含更少數(shù)目例如一個(gè)以上的輸出神經(jīng)元。
還注意到，按照本發(fā)明，可以在擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128中去掉切換功能塊257。在這樣一個(gè)按照本發(fā)明的控制裝置的另一實(shí)施例中，總是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207的輸出信號(hào)ξ1傳送給擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128的輸出端129。如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207的學(xué)習(xí)階段相對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)207的測(cè)試階段很短，例如如果波動(dòng)擾動(dòng)變量或負(fù)載轉(zhuǎn)矩的特性只是逐漸地改變，則可以在擾動(dòng)預(yù)報(bào)器128中去掉切換功能塊257而不會(huì)影響節(jié)流裝置的穩(wěn)定性。
如上所述，控制裝置75用來(lái)控制一個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)第一狀態(tài)變量，該系統(tǒng)即為包括節(jié)流閥7的節(jié)流裝置，該第一狀態(tài)變量即為旋轉(zhuǎn)角φ，在運(yùn)行期間該節(jié)流裝置受一擾動(dòng)變量的影響，該擾動(dòng)變量即為施加在節(jié)流閥7上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。最后注意到，本發(fā)明還涉及其它類(lèi)型的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，用一控制裝置來(lái)控制系統(tǒng)的一個(gè)第一狀態(tài)變量，在運(yùn)行期間該系統(tǒng)受一擾動(dòng)變量的影響。所述第一狀態(tài)變量可以是例如一個(gè)位置擾動(dòng)變量，可以是影響所述位置的一個(gè)外力。但是第一狀態(tài)變量還可以是其它類(lèi)型的變量，例如象溫度、壓強(qiáng)、或電壓，擾動(dòng)變量可以是例如象影響所述溫度的電流或熱流、影響所述壓強(qiáng)的外部熱源或外力、或影響所述電壓的電磁場(chǎng)。這樣一個(gè)其它系統(tǒng)的一個(gè)例子是一個(gè)如圖7中所示用來(lái)產(chǎn)生一恒定電壓uSET的發(fā)電設(shè)備。該發(fā)電設(shè)備包括一渦輪機(jī)267和一由渦輪機(jī)267經(jīng)一軸271驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)269。該發(fā)電機(jī)269產(chǎn)生一電壓u，該電壓u的值由軸271的角速度ω確定。為獲得一恒定電壓u，角速度ω應(yīng)盡可能保持恒定。在運(yùn)行期間，角速度ω受一些擾動(dòng)變量的影響，例如象軸271的軸承的波動(dòng)支承力、尤其在軸271的高速旋轉(zhuǎn)情況下產(chǎn)生的渦輪機(jī)267的旋轉(zhuǎn)部件和發(fā)電機(jī)269的旋轉(zhuǎn)部件。
如圖7所示，發(fā)電設(shè)備包括一控制裝置273，用來(lái)控制由發(fā)電機(jī)269所提供的電壓u。該控制裝置273包括一反饋控制回路275，該反饋控制回路275具有一個(gè)比較器277，用來(lái)確定由一電壓傳感器279所測(cè)量的電壓uM和一所需電壓值uSET之間的一個(gè)偏差δu，該反饋控制回路275還具有一個(gè)PID調(diào)節(jié)器281，用來(lái)確定一個(gè)與所需使偏差δu等于零的施加在軸271上的制動(dòng)力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)uFFB。另外，控制裝置273包括一擾動(dòng)觀測(cè)器283，該擾動(dòng)觀測(cè)器283具有一輸入端，用來(lái)接收一個(gè)與由角速度傳感器285所測(cè)量的角速度值ωM相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。擾動(dòng)觀測(cè)器283的輸出信號(hào)uCDF對(duì)應(yīng)于一個(gè)由擾動(dòng)觀測(cè)器283根據(jù)該發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型所計(jì)算出的干擾支承力的一個(gè)值?？刂蒲b置275還包括一擾動(dòng)預(yù)報(bào)器287，用來(lái)提供一個(gè)與為以后一個(gè)瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的干擾支承力的一個(gè)值相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)uPDF。一個(gè)加法器289將信號(hào)uFFB和uPDF加起來(lái)，并且一個(gè)調(diào)節(jié)器291將信號(hào)uFFB+uPDF轉(zhuǎn)換成一個(gè)信號(hào)傳送給一制動(dòng)裝置293。擾動(dòng)預(yù)報(bào)器287補(bǔ)償一段產(chǎn)生于第一瞬時(shí)點(diǎn)和第二瞬時(shí)點(diǎn)之間的延遲時(shí)間，觀測(cè)器283在第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算支承力，而制動(dòng)裝置293在第二瞬時(shí)點(diǎn)實(shí)際獲得一制動(dòng)力，以補(bǔ)償在第一瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的支承力。以這種方式還在軸271的較高角速度的情況下獲得對(duì)電壓u的準(zhǔn)確控制。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)控制一個(gè)在運(yùn)行期間受一個(gè)擾動(dòng)變量影響的一個(gè)系統(tǒng)的第一狀態(tài)變量的控制裝置，所述控制裝置包括一擾動(dòng)觀測(cè)器，該擾動(dòng)觀測(cè)器用來(lái)根據(jù)該系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型計(jì)算所述擾動(dòng)變量，該擾動(dòng)觀測(cè)器具有至少一個(gè)輸入端，所述輸入端用來(lái)接收一個(gè)與該系統(tǒng)的一個(gè)第二狀態(tài)變量相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)，該第二狀態(tài)變量是可測(cè)量的，該擾動(dòng)觀測(cè)器具有一個(gè)輸出端，所述輸出端用來(lái)提供一個(gè)與在一個(gè)第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算出的一個(gè)擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，其特征在于，將該擾動(dòng)觀測(cè)器的所述輸出信號(hào)傳送給一個(gè)擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的一個(gè)輸入端，該擾動(dòng)預(yù)報(bào)器具有一個(gè)輸出端，用來(lái)提供一個(gè)與為一個(gè)第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)的一個(gè)擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，該第二瞬時(shí)點(diǎn)以一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔跟隨在所述第一瞬時(shí)點(diǎn)之后。
2.一種如權(quán)利要求1中所述的控制裝置，其特征在于，所述擾動(dòng)預(yù)報(bào)器包括一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)輸入存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)由擾動(dòng)觀測(cè)器在N個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)直到并包括第一瞬時(shí)點(diǎn)處所計(jì)算出的N個(gè)擾動(dòng)變量值(N≥4)；M個(gè)中間神經(jīng)元(M≥4)，每個(gè)中間神經(jīng)元提供N個(gè)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值的一個(gè)加權(quán)值；和一個(gè)輸出神經(jīng)元，用來(lái)傳送由中間神經(jīng)元提供的M個(gè)加權(quán)值中的一個(gè)加權(quán)值，所述輸出神經(jīng)元的加權(quán)值與為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)。
3.一種如權(quán)利要求2中所述的控制裝置，其特征在于，所述擾動(dòng)預(yù)報(bào)器裝有一后向傳播網(wǎng)絡(luò)，該后向傳播網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)輸出存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值；和一個(gè)比較器，用來(lái)確定為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值與由所述擾動(dòng)觀測(cè)器在第二瞬時(shí)點(diǎn)所計(jì)算出的一個(gè)擾動(dòng)變量值之間的偏差，所述后向傳播網(wǎng)絡(luò)適用于通過(guò)一個(gè)根據(jù)所述偏差對(duì)神經(jīng)元的加權(quán)因子作的計(jì)算來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元。
4.一種如權(quán)利要求3中所述的控制裝置，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括K個(gè)輸出神經(jīng)元(K≥1)，用來(lái)分別提供為K個(gè)連續(xù)瞬時(shí)點(diǎn)直到且包括第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的K個(gè)相應(yīng)擾動(dòng)變量值，而所述后向傳播網(wǎng)絡(luò)包括用于每個(gè)輸出神經(jīng)元的一個(gè)分開(kāi)的輸出存儲(chǔ)器和一個(gè)分開(kāi)的比較器，該后向傳播網(wǎng)絡(luò)適用于根據(jù)由K個(gè)比較器所確定的K個(gè)偏差來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元。
5.一種如權(quán)利要求3或4中所述的控制裝置，其特征在于，所述后向傳播網(wǎng)絡(luò)只有在所述偏差超過(guò)一預(yù)定限度時(shí)才適用于訓(xùn)練神經(jīng)元。
6.一種如權(quán)利要求5中所述的控制裝置，其特征在于，所述擾動(dòng)預(yù)報(bào)器包括一開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)具有一個(gè)第一輸入端，用來(lái)接收所述擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出信號(hào)；一個(gè)第二輸入端，用來(lái)接收與為所述第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的所述加權(quán)值；和一個(gè)輸出端，將該輸出端連接到擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的輸出端，如果所述偏差超過(guò)所述預(yù)定限度，則所述開(kāi)關(guān)的輸出端用來(lái)提供擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出信號(hào)；如果所述偏差低于所述預(yù)定限度，則所述開(kāi)關(guān)的輸出端用來(lái)提供一個(gè)與所述加權(quán)值相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
7.一種包括一個(gè)用來(lái)控制系統(tǒng)的第一狀態(tài)變量的控制裝置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運(yùn)行期間受一擾動(dòng)變量的影響，該系統(tǒng)還包括一個(gè)測(cè)量裝置，用來(lái)測(cè)量該系統(tǒng)的至少一個(gè)第二狀態(tài)變量，其特征在于，所述控制裝置是一個(gè)如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中所述的控制裝置。
8.一種電力拖動(dòng)裝置，包括一個(gè)第一拖動(dòng)主體；一個(gè)第二拖動(dòng)主體，該第二拖動(dòng)主體相對(duì)于第一拖動(dòng)主體可繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度；電激勵(lì)裝置，用來(lái)將一電磁轉(zhuǎn)矩施加在第二拖動(dòng)主體上；和一個(gè)控制裝置，用來(lái)控制第二拖動(dòng)主體的旋轉(zhuǎn)角，所述控制裝置包括一個(gè)用來(lái)接收與第二拖動(dòng)主體的一個(gè)所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸入信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供與一個(gè)所需流過(guò)所述激勵(lì)裝置的電流相對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出信號(hào)的輸出端，其特征在于，所述控制裝置是一個(gè)如權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中所述的控制裝置。
9.一種如權(quán)利要求8中所述的電力拖動(dòng)裝置，其特征在于，所述控制裝置包括一個(gè)第一控制部分，它具有一個(gè)用來(lái)接收與所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的所述輸入信號(hào)的輸入端，和一個(gè)用來(lái)提供與一個(gè)所需施加在第二拖動(dòng)主體上的電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的一個(gè)信號(hào)的輸出端；和一個(gè)第二控制部分，它具有一個(gè)用來(lái)接收與所需電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供與所需電流相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的輸出端，其中第一控制部分包括擾動(dòng)觀測(cè)器和擾動(dòng)預(yù)報(bào)器，擾動(dòng)觀測(cè)器計(jì)算施加在第二拖動(dòng)主體上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
10.一種如權(quán)利要求9中所述的電力拖動(dòng)裝置，其特征在于，所述第一控制部分包括一個(gè)加法器，該加法器包括一個(gè)輸出端，用來(lái)提供一個(gè)與所需電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；一個(gè)第一輸入端，用來(lái)接收一個(gè)由與所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)所確定的前饋控制信號(hào)；一個(gè)第二輸入端，用來(lái)接收由與所需旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)和一個(gè)由一旋轉(zhuǎn)角傳感器提供、與第二拖動(dòng)主體的一個(gè)所測(cè)量過(guò)的旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的信號(hào)所共同確定的一個(gè)反饋控制信號(hào)；和一個(gè)第三輸入端，用來(lái)接收擾動(dòng)預(yù)報(bào)器的輸出信號(hào)。
11.一種如權(quán)利要求9或10中所述的電力拖動(dòng)裝置，其特征在于，所述控制裝置包括一個(gè)比較器，該比較器具有一個(gè)第一輸入端，用來(lái)接收與所需電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；一個(gè)第二輸入端，用來(lái)接收一個(gè)由一個(gè)電流傳感器提供、與一個(gè)所測(cè)量過(guò)的流過(guò)所述激勵(lì)裝置的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；和一個(gè)輸出端，用來(lái)提供一個(gè)差分信號(hào)，該差分信號(hào)與對(duì)應(yīng)于所需電流的信號(hào)和對(duì)應(yīng)于所測(cè)量過(guò)的電流的信號(hào)之間的偏差成正比，所述控制裝置還包括一個(gè)調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器具有一個(gè)用來(lái)接收所述差分信號(hào)的輸入端和一個(gè)用來(lái)提供一個(gè)與一要輸送給所述激勵(lì)裝置的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸出端。
12.一種如權(quán)利要求11中所述的電力拖動(dòng)裝置，其特征在于，所述擾動(dòng)觀測(cè)器具有一個(gè)用來(lái)接收與所測(cè)量過(guò)的電流相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的輸入端，該擾動(dòng)觀測(cè)器根據(jù)用于該拖動(dòng)裝置的三個(gè)狀態(tài)方程來(lái)計(jì)算第二拖動(dòng)主體的旋轉(zhuǎn)角、角速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
13.一種如權(quán)利要求12中所述的電力拖動(dòng)裝置，其特征在于，所述擾動(dòng)觀測(cè)器包括另一個(gè)輸入端，用來(lái)接收與所測(cè)量過(guò)的旋轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；一個(gè)比較器，用來(lái)確定測(cè)量過(guò)的旋轉(zhuǎn)角和所計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角之間的偏差；和一個(gè)加法器，用來(lái)通過(guò)一個(gè)與所述偏差成正比的值來(lái)校正所計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角、所計(jì)算出的角速度和所計(jì)算出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
14.一種用于一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)進(jìn)氣口的節(jié)流裝置，該節(jié)流裝置包括一個(gè)節(jié)流閥殼體；一個(gè)氣道，該氣道可連接到所述進(jìn)氣口；一個(gè)節(jié)流閥，將該節(jié)流閥用軸安裝在節(jié)流閥殼體內(nèi)以便在氣道內(nèi)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；和一個(gè)電力拖動(dòng)裝置，用來(lái)使節(jié)流閥繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于，所述電力拖動(dòng)裝置是一個(gè)如權(quán)利要求8、9、10、11、12或13中所述的電力拖動(dòng)裝置。
全文摘要
一種用來(lái)控制系統(tǒng)的一個(gè)第一狀態(tài)變量的控制裝置(75),例如控制一個(gè)內(nèi)燃機(jī)中所用的一個(gè)節(jié)流裝置中的一個(gè)節(jié)流閥(7)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角Φ,該系統(tǒng)在運(yùn)行期間受一個(gè)擾動(dòng)變量的影響,例如受一個(gè)由節(jié)流裝置中的氣流振蕩所產(chǎn)生的波動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的影響。該控制裝置(75)包括:一擾動(dòng)觀測(cè)器(125),用來(lái)根據(jù)該系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型計(jì)算擾動(dòng)變量值;和一擾動(dòng)預(yù)報(bào)器(128),用來(lái)為一個(gè)第二瞬時(shí)點(diǎn)預(yù)報(bào)一個(gè)擾動(dòng)變量值,該第二瞬時(shí)點(diǎn)以一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔跟隨在一個(gè)第一瞬時(shí)點(diǎn)之后,擾動(dòng)觀測(cè)器(125)在該第一瞬時(shí)點(diǎn)計(jì)算所述值。這樣,防止在擾動(dòng)變量的高頻的情況下在實(shí)際影響該系統(tǒng)的擾動(dòng)變量和由該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的對(duì)該擾動(dòng)變量的補(bǔ)償之間產(chǎn)生相移。在一個(gè)具體的實(shí)施例中,擾動(dòng)預(yù)報(bào)器(128)包括一個(gè)具有一個(gè)學(xué)習(xí)階段和一個(gè)測(cè)試階段的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(207)。在另一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(207)處于學(xué)習(xí)階段時(shí),擾動(dòng)預(yù)報(bào)器(128)提供一個(gè)與由擾動(dòng)觀測(cè)器(125)所計(jì)算出的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的信號(hào);當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(207)處于測(cè)試階段時(shí),擾動(dòng)預(yù)報(bào)器(128)提供一個(gè)與為第二瞬時(shí)點(diǎn)所預(yù)報(bào)的擾動(dòng)變量值相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
文檔編號(hào)G05B13/02GK1198224SQ97190913
公開(kāi)日1998年11月4日 申請(qǐng)日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月28日
發(fā)明者L·肖爾藤, R·特拉特 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司