擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及自適應(yīng)前饋控制技術(shù)，特別是設(shè)及一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電 路及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自適應(yīng)前饋控制（AFC，Adaptive化6壯orwardCancellation)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工 業(yè)設(shè)計中，主要用于消除機(jī)電產(chǎn)品中重復(fù)性的擾動。通常來說，運(yùn)種重復(fù)性的擾動頻率是已 知的，但擾動的幅度跟相位是未知的。當(dāng)系統(tǒng)中有兩個或W上頻率的重復(fù)性的擾動，最常用 的方法是將n個自適應(yīng)前饋控制（AFC)器串聯(lián)起來消除n個不同頻率的重復(fù)性的擾動，如 圖1所示。對擾動頻率為《1的信號7 1_1(*)和71(*)，^71_1(*)做輸入、71(*)做輸出，輸 出yi(t)經(jīng)同相增益單元石片)和正交增益單元馬(0后分別經(jīng)同相乘法器M郝正交乘法器MBi與同相載波sin(?1t)和正交載波cos(c〇it)相乘，然后經(jīng)加法器SUM對同相補(bǔ)償子 支路Ai(由同相增益單元^(0串聯(lián)同相乘法器Ml組成）和正交補(bǔ)償子支路Bi(由正交增 益單元兩叫串聯(lián)正交乘法器MBi組成）的結(jié)果求和得到誤差信號d1 (t)，即，同相補(bǔ)償子支 路Ai、正交補(bǔ)償子支路Bi與加法器SUM1組成自適應(yīng)前饋控制器AFC1，該誤差信號di(t)再 經(jīng)減法器SUBi和輸入信號y1 _ 1 (t)相減得到補(bǔ)償后的信號(t)。
[0003] 具體地說，在t時刻，使用如下公式（2)來估算出系數(shù)，將估算出來的兩個系數(shù)作 為增益單元分別串聯(lián)于同相補(bǔ)償子支路Ai和正交補(bǔ)償子單元Bi，然后分別和對應(yīng)擾動頻率 的載波sin(?it)和cos(?it)相乘，然后將兩路補(bǔ)償子單元的輸出相加得到誤差信號 di(t)，誤差信號di(t)與輸入信號做減法運(yùn)算得到經(jīng)過補(bǔ)償?shù)男盘杫i(t);依次串 聯(lián)n個運(yùn)樣的自適應(yīng)前饋控制器AFCi和減法器SUB1，最終得到經(jīng)過補(bǔ)償?shù)男盘杫。(t)。
[0004] y〇(。里包含n個頻率已知幅度跟相位未知的正弦波信號，良口 陽0化]
…
[0006] 其中《記知，a1和bi未知。通過簡單的自適應(yīng)算法可W估算出未知參數(shù)： 陽007] ^7；(〇二;',,1-,(/)8虹(辭巧
[0008] 哀約="',.(〇。〇8(巧〇，/ = 1，2，,..，巧（2)
[0009] 其中，丫為已知系數(shù)。
[0010] 然而上述方法卻存在如下缺點(diǎn)： W11] (1)在信號yi(t)中，第i+1到n的諧波沒有被消減，所W應(yīng)用公式似來估算曰1 和bi時計算出來的數(shù)值會有很大的波動，而不是近似常數(shù)；
[0012] (2)估算過程不收斂或收斂很慢。 陽01引 W上缺點(diǎn)很容易在圖2中看出來。在圖2中用了 3級串聯(lián)AFC來消除90Hz，180Hz 和270化S個頻率的擾動信號。很明顯，因?yàn)?80監(jiān)和270監(jiān)擾動信號的干擾，曰1和b1的 估計值中有很大的波動；同樣，由于270監(jiān)擾動信號的干擾，曰2和b2的估計值中也有很大的 波動。同時可W看出在圖2中，曰1和b1W及曰2和b2的估計值是不收斂的。
[0014] 缺點(diǎn)（1)目前通常用另一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的AFC來解決，如圖3所示，也就是把n個自 適應(yīng)前饋控制（AFC)器并聯(lián)起來，將n個自適應(yīng)前饋控制器AF。的誤差信號di(t)在一加 法器SUM中進(jìn)行求和得到總誤差信號d(t)，然后將總誤差信號d(t)與輸入信號y。(t)在一 減法器SUB進(jìn)行求差運(yùn)算得到輸出信號yi(t)。
[0015] 從圖4中可W看出在運(yùn)用并聯(lián)結(jié)構(gòu)之后，圖2中存在的al和bl化及曰2和b2的 估計值不收斂問題得到了有效地解決，但是收斂速度很慢。在本例中參數(shù)收斂到一個近似 常量大概要0.05秒W上。
[0016] 由此，可W看出兩種不同結(jié)構(gòu)的AFC具有不同的特點(diǎn)：串聯(lián)結(jié)構(gòu)的AFC在處理某一 頻率的重復(fù)性擾動時會對周邊頻率范圍產(chǎn)生嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致在其他頻率點(diǎn)的參數(shù)估計 不收斂；而并聯(lián)結(jié)構(gòu)AFC對周圍頻率影響相對較小，但參數(shù)估計收斂速度較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種擾動諧波自適應(yīng)估 計與補(bǔ)償電路及其實(shí)現(xiàn)方法，其通過采用串并聯(lián)混合的AFC實(shí)現(xiàn)方法，可W更靈活的處理 不同環(huán)境下的諧波擾動，能有效減少不同頻率諧波之間的相互干擾，極大減少自適應(yīng)估計 的過渡過程時間。
[0018] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路，所述電 路包括自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián)組與自適應(yīng)前饋控制器并聯(lián)組，所述自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián) 組包括m個W串聯(lián)形式實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)前饋控制器，所述自適應(yīng)前饋控制器并聯(lián)組包括n-m 個W并聯(lián)形式實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)前饋控制器，所述自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián)組的輸出信號為所述 自適應(yīng)前饋控制器并聯(lián)組的輸入信號。
[0019] 進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián)組的m個自適應(yīng)前饋控制器與m個減法器 依次串聯(lián)得到所述自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián)組的輸出信號。
[0020] 進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)前饋控制器并聯(lián)組的各自適應(yīng)前饋控制器輸出的誤差信號 利用一加法器進(jìn)行求和運(yùn)算得到總誤差信號，將總誤差信號與所述自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián) 組的輸出信號利用一減法器進(jìn)行求差運(yùn)算得到所述自適應(yīng)前饋控制器并聯(lián)組的輸出信號。
[0021] 進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)前饋控制器串聯(lián)組的m個自適應(yīng)前饋控制器要處理的擾動 應(yīng)滿足W下條件：
[0022] (1)各自適應(yīng)前饋控制器具有較寬的噪聲抑制帶寬W抑制附近其他擾動；
[0023] (2)該擾動相對其它頻率的擾動幅度大。
[0024] 進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)前饋控制器并聯(lián)組的n-m個自適應(yīng)前饋控制器要處理的擾 動應(yīng)滿足W下條件：
[00巧](1)各該自適應(yīng)前饋控制器不需寬的噪聲抑制帶寬；
[00%] (2)該n-m個自適應(yīng)前饋控制器擾動的幅度差異不明顯，若用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的話各自 適應(yīng)前饋控制器之間會有較大的相互干設(shè)。
[0027] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路的實(shí)現(xiàn)方 法，包括如下步驟：
[002引步驟一，將m個自適應(yīng)前饋控制器和m個減法器依次串聯(lián)得到輸出信號；
[0029] 步驟二，將n-m個自適應(yīng)前饋控制器輸出的誤差信號利用一加法器進(jìn)行求和運(yùn)算 得到總誤差信號；
[0030] 步驟=，將該總誤差信號與步驟一的輸出信號利用一減法器進(jìn)行求差運(yùn)算，得到 最終的輸出信號。
[0031] 進(jìn)一步地，步驟一中，該m個自適應(yīng)前饋控制器要處理的擾動應(yīng)滿足W下條件：
[0032] (1)各自適應(yīng)前饋控制器具有較寬的噪聲抑制帶寬W抑制附近其他擾動；
[0033] (2)該擾動相對其它頻率的擾動幅度大。
[0034] 進(jìn)一步地，步驟二中，該n-m個自適應(yīng)前饋控制器要處理的擾動應(yīng)滿足W下條件：
[0035] (1)各該自適應(yīng)前饋控制器不需寬的噪聲抑制帶寬；
[0036] (2)該n-m個自適應(yīng)前饋控制器擾動的幅度差異不明顯，如果用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的話各 自適應(yīng)前饋控制器AFC之間會有較大的相互干設(shè)。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明本發(fā)明一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路及其實(shí)現(xiàn)方 法通過采用串并聯(lián)混合的AFC結(jié)構(gòu)，可W更靈活的處理不同環(huán)境下的諧波擾動，有效地減 少了不同頻率諧波之間的相互干擾，并極大減少了自適應(yīng)估計的過渡過程時間。
【附圖說明】
[003引圖1為現(xiàn)有技術(shù)串聯(lián)AFC結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2為應(yīng)用串聯(lián)AFC結(jié)構(gòu)的參數(shù)估計示意圖； W40]圖3為現(xiàn)有技術(shù)并聯(lián)AFC結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖4為應(yīng)用并聯(lián)AFC結(jié)構(gòu)的參數(shù)估計示意圖；
[0042]圖5為本發(fā)明一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0043] 圖6為本發(fā)明一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路的實(shí)現(xiàn)方法的步驟流程圖；
[0044] 圖7為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的AFC頻率響應(yīng)比較示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]W下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所掲示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實(shí)例加W施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0046] 圖5為本發(fā)明一種擾動諧波自適應(yīng)估計與補(bǔ)償電路的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示，