專(zhuān)利名稱(chēng)：壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)技術(shù)，適用于對(duì)數(shù)字信號(hào)相關(guān)參數(shù)以及壓電陶瓷參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，可用于控制裝置，如自動(dòng)化 裝置、精密儀器、機(jī)械、電力、化工試驗(yàn)等。
背景技術(shù)：
目前，壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法一般有三種(1).壓電參數(shù)辨識(shí)算 法、(2).壓電參數(shù)在線辨識(shí)算法、(3).采取機(jī)理模型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，辨識(shí)模型參數(shù)。以上方法通常采取人工方式檢測(cè)壓電陶瓷參數(shù)，而目前有關(guān)壓電陶瓷性能試驗(yàn)、 參數(shù)測(cè)試方法和文章雖然有許多，但尚無(wú)專(zhuān)門(mén)用于壓電陶瓷壓電參數(shù)在線辨識(shí)的有效方法 與監(jiān)測(cè)裝置。因此如何提高場(chǎng)壓電參數(shù)在線辨識(shí)算法的效率，減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，成 為壓電陶瓷參數(shù)測(cè)試急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于壓電陶瓷壓電參數(shù)在線辨 識(shí)的有效方法與測(cè)試裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明首先提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法，包含以下步驟將壓力 傳感器測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)；通過(guò)信號(hào)屏蔽線將電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給 單片機(jī)；單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識(shí)包括離線辨識(shí)和在線辨 識(shí)，參數(shù)辨識(shí)采用最小二乘法原理，在不斷獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)；以及，重復(fù) 上述過(guò)程，直到滿(mǎn)足參數(shù)的精度要求。所述在線辨識(shí)采用遞推算法。所述單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和參數(shù)優(yōu)化是指，單片機(jī)將參數(shù)辨識(shí)補(bǔ)償 算法與優(yōu)化控制算法相結(jié)合，建立壓電陶瓷具有普適性的特征參數(shù)和變化規(guī)律。所述單片機(jī)得到的信號(hào)還包含來(lái)自電流傳感器和頻率傳感器的信號(hào)。
本發(fā)明另外提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置，其包含輸入模塊、輸出 模塊和信號(hào)處理模塊，所述信號(hào)處理模塊進(jìn)一步包含參數(shù)辨識(shí)單元與參數(shù)優(yōu)化單元，參數(shù) 辨識(shí)單元包括離線辨識(shí)部分和在線辨識(shí)部分，參數(shù)辨識(shí)單元采用最小二乘法原理，在不斷 獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)。所述在線辨識(shí)部分采用遞推算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。所述參數(shù)優(yōu)化單元包含信號(hào)濾波與變換部分和先進(jìn)控制算法部分。所述輸入模塊包含壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳感器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案的積極效果是
本發(fā)明利用最小二乘法原理，采取滾動(dòng)優(yōu)化預(yù)測(cè)方法，獲得的優(yōu)化解將隨著運(yùn)行工況 及優(yōu)化目標(biāo)的不同而移動(dòng)，優(yōu)化過(guò)程中能充分滿(mǎn)足操作過(guò)程中不同的軟、硬約束條件，實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷參數(shù)在線辨識(shí)。 本發(fā)明利用最小二乘法原理，利用增益調(diào)度理論來(lái)求解實(shí)際的適應(yīng)于工作點(diǎn)變化 的非線性壓電陶瓷參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題，建立基于壓電陶瓷模型參數(shù)在線辨識(shí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 確保壓電陶瓷參數(shù)達(dá)到要求的數(shù)值。本發(fā)明利用傳感器檢測(cè)電流、頻率數(shù)值大小，單片機(jī)通過(guò)壓電參數(shù)在線辨識(shí)，建立 其數(shù)學(xué)模型，得到實(shí)時(shí)壓電陶瓷參數(shù)，調(diào)整壓電陶瓷的加工參數(shù)，確保壓電陶瓷參數(shù)達(dá)到要 求的數(shù)值，有利于壓電陶瓷的工業(yè)化研究與試驗(yàn)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施和優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步解釋。


附圖1是本發(fā)明的一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法的流程示意圖。附圖2是本發(fā)明的一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置的方塊示意圖。附圖3顯示附圖2所示的裝置的工作方法。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖1，本發(fā)明首先提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法，包含以 下步驟步驟sl，將壓力傳感器測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)；步驟s2，通過(guò)信號(hào)屏 蔽線將電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給單片機(jī)；步驟s3，單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和 參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識(shí)包括離線辨識(shí)和在線辨識(shí)，參數(shù)辨識(shí)采用最小二乘法原理，在不斷獲得 測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)；以及，步驟s4，重復(fù)上述過(guò)程，直到滿(mǎn)足參數(shù)的精度要求。繼續(xù)參見(jiàn)附圖1，所述在線辨識(shí)采用遞推算法。轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連接，可將電信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并直接傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字采集、參數(shù)辨識(shí)、參數(shù)優(yōu)化等辨識(shí)過(guò)程。所 述單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和參數(shù)優(yōu)化是指，單片機(jī)將參數(shù)辨識(shí)補(bǔ)償算法與優(yōu)化 控制算法相結(jié)合，建立壓電陶瓷具有普適性的特征參數(shù)和變化規(guī)律。所述單片機(jī)得到的信 號(hào)還包含來(lái)自電流傳感器和頻率傳感器的信號(hào)。參見(jiàn)附圖2，本發(fā)明依據(jù)上述方法還提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí) 裝置，其包含輸入模塊10、輸出模塊20和信號(hào)處理模塊30，所述信號(hào)處理模塊30進(jìn)一步包 含參數(shù)辨識(shí)單元31與參數(shù)優(yōu)化單元32，參數(shù)辨識(shí)單元包括離線辨識(shí)部分和在線辨識(shí)部分， 參數(shù)辨識(shí)單元31采用最小二乘法原理，在不斷獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)。繼續(xù)參見(jiàn)附圖2，所述在線辨識(shí)部分采用遞推算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。所述參數(shù)優(yōu)化 單元32包含信號(hào)濾波與變換部分和先進(jìn)控制算法部分，還可以進(jìn)一步包含PID控制部分和 先進(jìn)控制改進(jìn)的PID控制部分。所述輸入模塊10包含壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳感 器，數(shù)據(jù)處理模塊30中的單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)包含來(lái)自壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳 感器的數(shù)據(jù)。這樣，在對(duì)壓電陶瓷參數(shù)離線辨識(shí)方法的基礎(chǔ)上，附加了壓電陶瓷參數(shù)辨識(shí)用 的電流、頻率傳感器，通過(guò)單片機(jī)控制器進(jìn)行壓電參數(shù)在線辨識(shí)，并進(jìn)行極化過(guò)程控制，確 保壓電陶瓷參數(shù)達(dá)到要求的數(shù)值。輸入模塊10和輸出模塊20通過(guò)光電隔離單元隔離。附圖2所示的整個(gè)裝置由單片機(jī)控制、檢測(cè)電路、電流與頻率檢測(cè)和辨識(shí)部分組 成。附圖3進(jìn)一步詳細(xì)顯示了該裝置的工作方法，工作流程為電流、頻率信號(hào)檢測(cè)單元 —51單片機(jī)單元一參數(shù)辨識(shí)一模型參數(shù)辨識(shí)一調(diào)整控制輸出一壓電陶瓷參數(shù)符合要求數(shù)值。壓電陶瓷參數(shù)的在線辨識(shí)控制，核心是壓電陶瓷參數(shù)檢測(cè)方法和辨識(shí)算法的優(yōu)化。本發(fā)明所依據(jù)的壓電作動(dòng)器數(shù)學(xué)模型、技術(shù)關(guān)鍵以及算法原理是
1.壓電作動(dòng)器數(shù)學(xué)模型。壓電材料工作時(shí)，其諧振曲線基本上是對(duì)稱(chēng)的，不對(duì)稱(chēng)部分主 要是由等效夾持電容造成的?？紤]實(shí)際損耗時(shí)得到數(shù)學(xué)模型 ￥ = Yd
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法，其特征在于，包含以下步驟將壓力傳感器測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)；通過(guò)信號(hào)屏蔽線將電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給單片機(jī)；單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識(shí)包括離線辨識(shí)和在線辨識(shí)， 參數(shù)辨識(shí)采用最小二乘法原理，在不斷獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)；以及重復(fù)上述過(guò)程，直到滿(mǎn)足參數(shù)的精度要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法，其特征在于，所述 的在線辨識(shí)采用遞推算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法，其特征在于，所述 單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和參數(shù)優(yōu)化是指，單片機(jī)將參數(shù)辨識(shí)補(bǔ)償算法與優(yōu)化控 制算法相結(jié)合，建立壓電陶瓷具有普適性的特征參數(shù)和變化規(guī)律。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)方法，其特征在于，所述 單片機(jī)得到的信號(hào)還包含來(lái)自電流傳感器和頻率傳感器的信號(hào)。
5.一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置，其特征在于，包含輸入模塊、輸出模塊 和信號(hào)處理模塊，所述信號(hào)處理模塊進(jìn)一步包含參數(shù)辨識(shí)單元與參數(shù)優(yōu)化單元，參數(shù)辨識(shí) 單元包括離線辨識(shí)部分和在線辨識(shí)部分，參數(shù)辨識(shí)單元采用最小二乘原理，在不斷獲得測(cè) 量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置，其特征在于，所述 在線辨識(shí)部分采用遞推算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置，其特征在于，所 述參數(shù)優(yōu)化單元包含信號(hào)濾波與變換部分和先進(jìn)控制算法部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置，其特征在于，所述 輸入模塊包含壓力傳感器、電流傳感器和頻率傳感器。
全文摘要
本發(fā)明首先提供一種壓電陶瓷壓電參數(shù)的實(shí)時(shí)在線辨識(shí)裝置及方法，所述方法包含以下步驟將壓力傳感器測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)；通過(guò)信號(hào)屏蔽線將電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器傳送給單片機(jī)；單片機(jī)對(duì)得到的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和參數(shù)優(yōu)化，參數(shù)辨識(shí)包括離線辨識(shí)和在線辨識(shí)，參數(shù)辨識(shí)采用最小二乘法原理，在不斷獲得測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)不斷修正參數(shù)；以及，重復(fù)上述過(guò)程，直到滿(mǎn)足參數(shù)的精度要求。本發(fā)明利用傳感器檢測(cè)電流、頻率數(shù)值大小，單片機(jī)通過(guò)壓電參數(shù)在線辨識(shí)，建立其數(shù)學(xué)模型，得到實(shí)時(shí)壓電陶瓷參數(shù)，調(diào)整壓電陶瓷的加工參數(shù)，確保壓電陶瓷參數(shù)達(dá)到要求的數(shù)值，有利于壓電陶瓷的工業(yè)化研究與試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102128995SQ201010603230
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者丁吉瓊, 任梅瓊, 傅懿蕙, 陸永耕, 黃鸝 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院