观测器改善了运动系统中的解析器转换

解析器通常在运动控制系统中用作位置传感器。解析器的工作原理类似于可变变换，其中变换比随着电机轴的位置而变化。解析器的工作原理是取一个参考波形，它是一个固定振幅的正弦波，并产生两个调幅输出信号:一个编码位置的正弦，另一个编码位置的余弦。

观测器是一种算法，它根据反馈传感器的输出和应用于该植物的激励来估计植物(或被控制的元素)正在做什么。使用激励信号，观察者可以告诉我们比单独的反馈装置更多的关于植物的信息。

观察者已经在复杂的控制系统中使用了多年(并在大学中教授)。尽管如此，许多设计师可能会惊讶地发现，观察者可以应用于简单的系统，并产生令人印象深刻的结果。这里用观测器的一个相对简单的应用来讨论来自解析器的信号的转换。

左边的图像反映了观察者的结果。观测者，使用在右边，减少延迟和消除振铃。

数字转换

在运动控制器使用解析器输出信号之前，必须对其进行处理。这通常使用解析器数字转换器(RDC)集成电路来完成。RDC芯片接受正弦和余弦信号，并产生近似电机位置的输出。为了尽量减少噪音和简化转换过程，大多数rdc采用所谓的double-integration方法。在这里，形成RDC输出与实际位置的差，然后使用控制回路驱动到零，如图所示。

RDC本身就是一个控制系统。PI增益通常由电阻和电容设置。我们的想法是将这些增益设置得很高，以使转换过程尽可能快。

如果设计者将RDC增益设置得太低，该过程将向运动控制回路注入相位滞后，导致不稳定，并最终迫使系统增益下降。但是，如果增益设置得太高，RDC可能会变得不稳定或噪声太大，从而降低系统性能。与任何控制系统一样，最终的调谐增益值是一种妥协，并且在大多数情况下，RDC将在运动控制系统中注入显著的相位滞后。

方框图用虚线表示用于将标准RDC转换为基于观察器的转换器的信号。这个信号增加了产生转矩的电流的预期效果。电机控制器测量该电流，并预测其对系统的影响。然后，观测器结合产生转矩的电流和解析器信号来估计电机的位置，其相位滞后比传统RDC所能提供的要小得多。

实践vs.理论

原则上，将传统的RDC转换为观察者是很简单的。设计者只需要根据框图扩充RDC过程。然而，在实践中，还有更多的过程。

首先，要考虑产生转矩的电流的影响，需要知道电机和负载的惯量，以及电机转矩常数。这些参数的值只需要合理准确(通常，

真正的障碍是，系统结构(框图)相当于电机和负载的实时模型，不能应用于传统的RDC，因为芯片不支持这种机制。这意味着RDC过程需要在软件中实现，就像在电机控制器中一样，例如科尔摩根的ServoStar 600。

对于能够利用观察者结构的产品，其好处是显著的。在高性能系统中，观测器允许控制系统增益显著增加。

例如，第二张图的第一部分显示了使用传统RDC的科尔摩根ServoStar 600的响应。增益被调到足够高的水平，使200 rpm的步进命令在10毫秒内稳定下来。如此高的增益会引起过度的振铃，在实际应用中可能是不可接受的。然而，如果同样的系统，具有相同的RDC和控制环增益，修改为包括观测器，也显示在第二张图中，传统RDC的相位滞后和它产生的振铃被消除。

该观测器实现了快速沉降所需的高增益。乔治·埃利斯，科尔摩根的资深科学家

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