CN106462154A - 用于检测物理系统的控制回路的完整性的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在控制回路中，命令信号被应用到物理部件以引起物理部件的移动。物理部件的位置被检测并被用于生成随后的命令信号。在实施方式中，完整性检测系统使得激励信号被注入到命令信号上，以引起物理部件在激励频率处的移动。这种移动在物理系统控制回路中被检测到并被完整性检测系统隔离。如果完整性检测系统未能检测到激励频带中的能量，则推断出控制系统的至少一个部件的故障。

Description

用于检测物理系统的控制回路的完整性的方法和系统

背景技术

本公开涉及控制系统及相关装置和方法，更具体地，涉及用于检测物理系统的控制回路的完整性的方法和系统。

发明内容

以下提及的所有示例和特征可以以任何技术上可行的方式进行结合。

在一个方面，一种用于控制物理系统的装置包括：控制器，其被配置为输出命令信号以控制设备(plant)的状态并接收反馈信号，该反馈信号提供关于设备的状态的信息；以及完整性检测系统。完整性检测系统被配置为向设备输出激励信号，接收反馈信号，确定与激励信号相关联的分量是否存在于反馈信号中，以及基于确定来识别闭环控制系统是否正在经历故障。

在一些实施方式中，激励信号在频谱中具有能量，并且完整性检测系统包括用于在包含激励信号频谱的至少一部分的第一频带中对反馈信号进行滤波的第一滤波器，以及用于测量经滤波的反馈信号电平的电平检测器。

在某些实施方式中，完整性检测系统还包括用于提供反馈信号在第一频带中的噪声电平估计的噪声电平估计器，以及用于计算信号比率的信号比率计算块，其中信号比是经滤波的反馈信号与噪声估计的比率。

在一些实施方式中，完整性检测系统还包括用于将所计算的信号比率与预定阈值进行比较的比较器。

在某些实施方式中，完整性检测系统被配置为当所计算的信号比率小于预定阈值时，使控制系统进入故障保护操作模式。

在一些实施方式中，噪声电平估计器包括用于在第二频带中对反馈信号进行滤波的第二滤波器。

在某些实施方式中，第二频带不同于第一频带，但是足够接近第一频带，以便提供反馈信号在第一频带中的噪声电平的估计。

在一些实施方式中，该装置还包括用于基于噪声电平估计来调整激励信号的增益的可变增益放大器。

在某些实施方式中，激励信号输出与命令信号合并。

在另一方面，一种检测物理系统的闭环控制系统的完整性的方法包括：由控制器输出命令信号以控制设备的状态，以及由控制器接收反馈信号，该反馈信号提供关于设备的状态的信息。该方法还包括将激励信号输出到闭环控制系统中，接收反馈信号，确定与激励信号相关联的分量是否存在于反馈信号中，以及基于该确定来识别闭环控制系统是否正在经历故障。

在一些实施方式中，该方法还包括在包含激励信号频谱的至少一部分的第一频带中对反馈信号进行滤波，以及测量经滤波的反馈信号电平。

在某些实施方式中，该方法还包括估计反馈信号在第一频带中的噪声电平，以及计算信号比率，其中信号比率是经滤波的反馈信号与噪声估计的比率。

在一些实施方式中，该方法还包括将所计算的信号比率与预定阈值进行比较。

在某些实施方式中，该方法还包括当所计算的信号比率小于预定阈值时，使控制系统进入故障保护操作模式。

在一些实施方式中，估计噪声电平包括在第二频带中对反馈信号进行滤波。

在某些实施方式中，第二频带不同于第一频带，但是足够接近第一频带，以便提供反馈信号在第一频带中的噪声电平的估计。

在一些实施方式中，该方法还包括基于噪声电平估计来调整激励信号的幅度。

在某些实施方式中，激励信号输出与命令信号合并。

在另一方面，用于控制物理系统的装置包括用于将激励信号输出到闭环控制系统中的器件，用于接收反馈信号的器件，用于确定与激励信号相关联的分量是否存在于反馈信号中的器件，以及用于基于该确定来识别闭环控制系统是否正在经历故障的器件。

附图说明

图1A是包含完整性检测系统的物理系统的示例控制回路的框图。

图1B是包含完整性检测系统的物理系统的示例控制回路的框图。

图2是示例完整性检测系统的框图。

图3是检测物理系统的控制回路的完整性的示例性方法的流程图。

图4是包括主动悬架的示例物理系统的框图表示。

具体实施方式

本公开至少部分地基于以下认识：存在可能有益于检测物理系统的控制回路的完整性的情况。在控制回路中，控制信号被应用到物理部件以引起物理部件的移动。物理部件的位置被检测并被用于生成随后的控制信号。在实施方式中，完整性检测系统使得激励信号被注入到控制信号上，以引起物理部件在激励频率处的移动。这种移动在物理系统控制回路中被检测到并被完整性检测系统隔离。如果完整性检测系统未能检测到激励频带中的能量，则推断出控制系统的至少一个部件的故障。

系统概览

物理系统可以包含由作为控制系统的一部分的控制器输出的命令信号驱动的有源部件，以控制物理系统的一个或多个状态。被控制的物理系统被称为设备(plant)。该设备还包括由控制系统使用的致动器的动力。在实践中，控制系统控制设备的一个或多个状态。闭环控制系统包括提供至控制器的反馈信号。反馈信号将关于设备的一个或多个状态的信息提供回控制器。控制器使用关于设备的状态的信息来产生命令信号。控制系统还可以获得关于应用到设备的输入的信息，以便产生命令信号。在一些示例中，该输入信息可以以前馈方式应用于控制器。

这种性质的示例性物理系统可以包括相对于托架支撑平台的悬架系统。在这种情况下，平台和由该平台承载的任何有效载荷将包括设备的一部分。在一个非限制性示例中，悬架系统相对于一个或多个车轮支撑车辆。在一个非限制性示例中，悬架系统相对于车辆底盘支撑座椅。在这些示例中，输入信息的一个示例是关于路面的信息。尽管这些是两个示例，但是存在具有使用闭环控制系统控制的有源部件的许多物理系统，因此，这两个示例并不旨在进行限制。

控制系统可以控制设备的一个或多个运动状态。例如，悬置平台的位置和加速度可以相对于可被认为是悬置平台的基座的机械地面参考来控制。在一个示例中，机械地面参考可以是地表。控制系统可以控制设备的部件沿着一个或多个轴线(诸如沿着笛卡尔坐标系中的三个坐标轴中的一个或多个)的平移运动。同样，控制系统可以诸如通过控制侧倾、俯仰和偏转来控制物理部件的旋转运动。通常，控制系统可以被配置为控制旋转和平移运动的任何组合。

在一些示例中，要控制的状态不是运动的。例如，在诸如主动降噪系统的闭环声学系统中，要控制的状态可以是声压。

图4示出了示例物理系统400的框图表示，其包括能够以至少一个自由度(诸如相对于托架420在垂直方向上)移动的平台410。物理系统包括主动悬挂元件430，其可以是在垂直方向上驱动平台410的致动器。物理系统400还包括一个或多个传感器以感测物理系统的一些部分(诸如位置传感器440和加速度计450以及控制系统460)的状态。位置传感器440被布置成感测平台410的垂直位置，加速度计450被布置成感测平台410的垂直加速度。来自位置传感器和加速度计的信号被提供至控制系统460，该控制系统460使用信号来调整主动悬挂元件430以影响对平台410的控制。尽管图4所示的示例性悬架系统仅以一个运动自由度控制设备，但是如上所述，悬架系统可以控制平台相对于托架的任何数量的运动自由度。

主动悬挂元件430例如可以使用诸如致动器之类的部件而被实现。示例致动器包括单相或多相电磁致动器，诸如三相线性致动器、单相线性致动器、旋转致动器和可变磁阻致动器。其他示例致动器本质上可以是液压或气动的。应当理解，本文公开的实施例不限于与任何特定的致动器技术一起使用。

具有足够分辨率和准确性的任何位置传感器440可以用于感测(多个)物理部件的位置和/或运动，并且所选择的特定传感器将取决于特定实施方式。合适的位置传感器的示例可以包括具有电位计的传感器、利用霍尔效应的传感器、以及具有磁致伸缩传感器的传感器。也可以使用其他类型的位置传感器。合适的加速度计的示例包括基于MEMS(微机电)的加速度计以及其他类型的加速度计。还应当理解，某些运动状态可以从其他运动状态的测量中导出，这是众所周知的。例如，可以对从加速度计输出的加速度信号进行积分以提供表示速度的信号，或者双重积分以提供表示位置的信号。本文公开的实施例不限于可以使用的运动传感器的类型。

主动悬挂式平台可用于各种应用中。例如，主动悬挂式平台可以是用于任何移动车辆中的发动机支架、船上的平台、座位、床或驾驶室，该移动车辆诸如为汽车、卡车、船或其他船只、火车、公共汽车、休闲车、救护车，拖拉机，卡车拖车、农业机械、工程机械、武器平台、飞机、直升机或其他飞机、个人运输装置如轮椅或婴儿车。主动悬挂式平台的其他示例包括机床隔离台、干涉仪台、光刻台等。

平台不需要包括座位。例如，它可以是用于睡觉的床，诸如在卡车驾驶室中或在火车上的睡眠轿厢中发现的那些。此外，平台不需要携带人。例如，存在相当脆弱(例如瓷器和水晶)或相当有爆炸性(例如炸药)的货物，这两种货物通常被非常仔细地运输。主动悬挂式平台将提供运输这种货物的合适方式。

此外，平台可以覆盖显着区域。例如，在豪华游轮上，其具有与船运动(诸如侧倾、俯仰和偏航)隔离的理发店或运动-病恢复休息室可能是有用的。

在主动悬架系统中，部件的故障可能导致致动器意外移动。特别地，在使用强力部件的系统(诸如车辆悬架系统或座椅悬架系统)中，由于控制回路故障导致的意外运动可能存在安全问题。因此，部件故障的早期检测对于使得能够在控制系统中发生故障的情况下安全地控制物理系统的响应是重要的。

图1A和图1B示出了包括设置有控制回路完整性检测系统190的基于闭环反馈的控制(控制回路)的物理系统100。在图1A和1B中，控制器110提供输出命令信号115，其由放大器120放大并且提供125到致动器130。致动器130将力135应用到受控系统140。受控系统140可以是悬架系统或具有移动部件的其他系统。受控系统145内的一个或多个部件的运动或其他状态由输出基于位置和/或运动的反馈信号155的传感器150感测。如上所述，传感器可以是加速度计、位置传感器或被设计为检测受控系统的一个或多个状态(即运动状态)的其他传感器。

来自传感器150的信号155被传递到调节电子器件160，并作为(多个)反馈信号165输出到控制器110。控制器110具有控制规则，其试图将受控系统维持在目标状态。简化的目标状态可以是例如最小化悬置平台的垂直加速度。控制器接收指示受控系统140的状态的反馈信号165，并且确定应用到致动器130的输出以最小化所测量的系统状态与期望的系统状态之间的差。确定的输出反映在命令信号115上。

控制器110可以使用微控制器或其他硬件配置来实现。应当理解，结合图1A和图1B描述的功能可以使用许多不同的硬件配置来实现。在一些配置中，多个功能块的功能可以组合成单个硬件部件。类似地，在一些配置中，图1A和图1B中的给定功能块的功能可以使用多个硬件部件而被实现。被描述为在图1A和图1B的功能块之间交换的信号可以是模拟的、数字的、或者一些信号可以是模拟的，并且一些信号在给定的实施方式中可以是数字的。在使用模拟和数字信号的混合的实施方式中，模拟和数字信号之间的转换将以已知的方式被实现，诸如通过使用模拟/数字和/或数字/模拟转换器。

根据实施方式，控制回路包括完整性检测系统190，以检测控制回路的状态。如图1A所示，完整性检测系统190可以被实现为控制回路的部件之一的一部分。例如，完整性检测系统190可以在控制器110内被实现。在其他实施方式中，完整性检测系统190可以在控制回路100的其他部件之一中被实现，或者作为如图1B所示的独立部件被实现。

一旦检测到故障，这将在下面更详细地讨论，则完整性检测系统190可以例如通过激活警报105来生成警报。附加地或替代地，完整性检测系统190可以采取动作以使受控系统进入故障保护操作模式。与故障保护操作相关联的特定细节可以根据应用而变化。例如，在一个实施方式中，将物理系统置于故障保护操作模式可以包括正常地使致动器130断电，其根据致动器可以使得致动器130像被动阻尼器那样起作用。在另一个示例中，将物理系统置于故障保护操作模式可以完全从系统中移除主动悬挂元件，并且用被动悬挂元件替换，例如使用离合器等。通常，通过快速检测可能的故障条件，可以正常地改变系统操作，使得物理系统保持稳定，并且不会遇到系统状态中的大震动。

如上所述，提供完整性检测系统190以检测闭环控制系统的故障。在一个实施方式中，完整性检测系统将激励信号210(参见图2)注入到命令信号115上或在另一位置处的控制路径中，并在系统内的各个位置寻找信号的存在。

在一个实施方式中，输入到物理系统的控制回路中的激励信号具有集中在选定频率范围中的能量。完整性检测信号在控制回路内的其他地方寻找激励信号的存在，以确定控制回路是否起作用。完整性检测系统可以尝试在传感器输出155、165处或在闭环控制系统内的任何其他地方检测激励信号的存在。执行检测的信号可以代表位置或一些其他状态变量，这取决于系统中正在进行检测的位置。此外，通过查看回路内的多个位置，不仅可以确定故障发生，而且可以确定哪个部件可能故障。知道哪个部件可能已经故障可以有益于确定系统应如何响应。例如，当使系统进入故障保护操作模式时，该信息可以用于在不同故障响应之间进行选择。作为非限制性示例，当传感器故障时，用于进入故障保护操作模式的过程可以与当致动器故障时或当放大器故障时不同。在许多情况下，有利的是至少试图在激励信号被注入控制回路的点恰好之前的控制回路中的点处检测激励信号的存在，使得激励信号在被检测到之前通过整个控制回路。这确保检测到整个回路的完整性。然而，在控制器的增益在激励频率下低的情况下，可能优选地在控制器之前，例如在信号165上检测环路中激励信号的存在。如前所述，尝试在控制回路内的各个其他点处检测激励信号的存在可以提供用于隔离当发生故障时回路的哪个部件可能已经故障的附加信息。

完整性检测系统监视所接收的信号，以用于指示物理部件正在对所注入的激励信号呈现预期的物理响应。物理系统对注入的激励信号的物理响应的指示的检测指示了系统的完整性；不存在对所注入的激励信号的物理响应的预期指示指示了可能的故障。通过监视来自激励信号的能量所集中的频率范围中的物理响应的指示，完整性检测系统可以确定注入的激励信号是否引起反映在物理系统的部件的物理响应中的移动。因此，完整性检测系统190允许物理系统的控制回路的完整性被快速检测到，使得可以在检测到控制系统的可能故障时实施正常关闭。

图2示出了示例性完整性检测系统190。如图2所示，在该示例中，完整性检测系统包括信号发生器200，该信号发生器200基于在系统内检测到的噪声值273生成由放大器280缩放到选定幅度的激励信号205。激励信号210被注入到物理系统的控制回路中的命令信号115上。虽然此实施方案具有注入到命令信号中的激励信号，但其他实施方案可另外致使激励信号被提供至致动器130。

在所示示例中，激励信号已经被选择为500赫兹(Hz)正弦波，但是也可以使用其他波形和频率。激励信号被选择为使其能量集中在足够低的频带中，使得物理系统的部件能够充分地反应以产生对激励信号的可检测的响应。可检测反应的一个示例是运动反应。同样，激励信号被选择为使其能量集中在选择为足够高的频率范围中，使得有效载荷不会由于将激励信号引入控制回路中而受到负面影响。例如，在座椅悬挂系统中，可以选择激励信号频率，使得物理系统的部件的运动对于坐在座椅上的人可以最小程度地感知。作为另一示例，在悬架系统中，物理部件的运动可以感觉为振动或作为嗡嗡声被听见。选择诸如500Hz的中心频率值被发现在系统的部件能够反应的频率范围内，同时还足够低以便不可闻，并且还足够高以便不会被触觉感知为振动。也可以根据所采用的物理部件的特定实施方式和选择准则来选择其他值。

如上所述将激励信号应用到物理系统，并且将物理系统的检测到的一个或多个状态作为反馈信号165返回到完整性检测系统190。在图2所示的实施方式中，反馈信号165并行地传递到噪声隔离电路230和信号隔离电路240。

提供噪声隔离电路230以感测噪声本底电平。信号165中的噪声包括来自传感器150和调节电子器件160的电噪声，以及与感测到的受控系统140的运动相关联的振动噪声。

在所示示例中，噪声隔离电路包括窄带(高Q)带通滤波器，其在频谱的一部分中隔离噪声信号能量的窄带(分量)，该部分不同于但是相对地接近于在频率中激励信号中的能量居中的位置。在所示示例中(使用具有以500Hz为中心的能量的激励信号)，具有以700Hz为中心的通带的带通滤波器232已经被选择用于在噪声隔离电路230中使用，尽管其他频率也可以被使用。检测其中心接近于激励信号能量集中的频带的频带中的噪声电平提供了可能存在于激励信号能量集中在其周围的预期噪声电平的估计。

本文还考虑用于估计存在于激励信号中心频率周围的噪声能量的其他方法。例如，在一个非限制性示例中，由于激励信号通常是已知的，自适应滤波器可以如本领域中已知的那样被配置为作为使用激励信号作为参考的自适应消除器来操作，使得自适应消除器的残余输出是去除了激励信号时存在的剩余信号。该信号可以在激励信号中心频率周围被滤波以提供噪声估计。在另一非限制性示例中，激励信号可以随时间选通开和关，其中以激励信号中心频率为中心的噪声能量在激励信号关断的时间段期间被直接测量。本文考虑的实施例不限于用于获得存在于注入的已知激励信号周围的噪声的测量的方法。

来自带通滤波器232的输出233被传送到全波整流器234以获得输入233的绝对值235。二阶低通滤波器236去除高频分量以在所选噪声比较频率处获得噪声本底电平237。所示示例中的低通滤波器236具有低于50Hz的通带，其用于平滑噪声比较电路的电平输出。

信号隔离器电路240被构造成类似于噪声隔离电路230。具体地，信号隔离器电路240包括带通滤波器242。在一个实施方式中，带通滤波器是隔离以激励信号频率为中心的反馈信号165的分量的窄带(高Q)带通滤波器。在所示示例中，激励频率选择为500Hz，因此，在该实施方式中的带通滤波器242具有以500Hz为中心的通带。

来自带通滤波器242的输出243被传送到全波整流器244以获得输入243的绝对值245。二阶低通滤波器246去除高频分量以获得表示在所选激励频率247处的平均信号电平的值。所示示例中的低通滤波器246具有低于50Hz的通带，其用于平滑信号隔离电路的电平输出。

由信号隔离电路240输出的电平247然后在计算块250中与由噪声隔离电路230输出的本底噪声电平237合并以产生信号比率251。更具体地，由信号隔离电路240隔离的信号包括噪声以及信号，因此计算块250在技术上计算“信号加噪声”与噪声比率——(S+N)/N比率。为了方便起见，本说明书将使用术语“信号比率”来指代由计算块250计算的比率。信号比率251传递通过具有非常低的截止频率的低通滤波器252。在所示的示例中，低通滤波器252的截止频率为5Hz，尽管也可以使用其他值。低通滤波器252的效果是平滑由计算块250提供的计算信号比率的变化。

期望的是减少从激励信号泄漏到噪声比较频带的频谱能量的量。还期望的是具有用于隔离激励信号及隔离噪声的频率选择滤波器(图2中的滤波器242和232)的带宽具有类似的带宽和频率响应形状，使得来自滤波器输出的能量估计可以被更容易地比较。可能期望的是，相邻滤波器的阻带在相对于滤波器通带中心处的滤波器增益至多-20dB附近的某处相交，并且优选地更接近-40dB。这意味着两个滤波器的中心频率彼此越接近，它们的滚降的斜率就需要越高。因此，在一些实施方式中，噪声比较频率的选择将取决于所选激励信号的频谱能量的分布以及用于隔离激励信号和噪声的滤波器的特定特性。然而，期望的是激励信号滤波器中心频率(其通常应与激励信号能量的中心频率对准)与噪声滤波器中心频率相对紧密地间隔，使得噪声滤波器的输出更接近地近似于存在于激励信号的中心频率附近的噪声。

如果控制回路正确地操作，则可以预期由信号隔离电路240检测到的信号247所表示的激励信号频谱能量的值将显着大于由噪声隔离电路230检测到的信号237所表示的噪声频谱能量。因此，通过比较器254进行比较以确定由低通滤波器252输出的信号比率253是否大于预定阈值信号比率。例如，阈值可以被设置为5倍，尽管也可以使用其他值。如果信号比率253超过阈值，则假定系统正常。比较器254的输出260用于指示系统是否可能经历故障。如果来自比较器254的输出260为高，则信号比率高于阈值并且系统正常。如果来自比较器254的输出260为低，则信号比率253低于阈值，并且系统可能经历故障。可替代地，如果需要，可以反转比较器的高状态和低状态。在检测到系统故障时可以产生警报或其他指示，并且如上所述，可以实现一个或多个动作以通过将系统置于故障保护操作模式来使系统能够正常关闭。在2012年10月31日提交的美国申请号13/664,540中描述了提供正常关闭的主动悬架系统，其内容通过引用并入本文。

由噪声隔离电路230输出的噪声电平237也用于设置激励信号210的电平。具体地，噪声隔离电路230输出的噪声电平237被输入到放大器270，该放大器270缩放噪声电平。来自放大器270的输出271由限幅器272限制并且被提供为缩放因子273，其被输入到可变增益放大器280以控制从信号发生器200输出的激励参考信号205的增益，以形成用于注入到控制回路的激励信号210。通过将缩放因子273应用于基于检测到的噪声电平的激励参考信号205，可以将激励信号210设置在以下电平，该电平将使得反馈信号165中的激励频率处的信号在物理系统的控制回路的正常操作期间以至少该阈值超过已知噪声电平。

在图2所示的实施方式中，信号205的幅度足够大，使得在使用缩放因子缩放之前不需要放大信号。如果信号205的幅度不足够大以在正常操作期间实现超过阈值的信号比率253，则可以应用可变增益电路以进一步放大信号205以调整信号210的幅度。

图3示出了检测物理系统的控制回路的完整性的示例性方法。如图3所示，该方法包括向物理系统的控制系统提供激励信号(300)。在控制回路内的一个或多个位置处监测物理系统的状态以获得一个或多个反馈信号(310)。

确定以激励信号中心频率附近为中心的传感器信号中存在的频谱能量的量(320)。还例如通过如上面结合图2所讨论的在噪声比较频率处测量反馈信号165中存在的频谱能量，来确定激励信号中心频率处的噪声能量水平的估计(330)。

噪声电平估计以两种方式使用。首先，噪声电平估计用于缩放激励信号(340)。这允许将激励信号的幅度设置为当与反馈信号的噪声电平相比时在正常操作期间在系统内的各个监视点处可感知的水平。第二，噪声电平估计与激励信号中心频率周围的测量到的频谱能量一起使用以形成信号比率(350)。将信号比率与阈值信号比率(360)进行比较。如果信号比率超过阈值(370)，则假设激励信号存在于反馈信号中，其指示控制回路正在工作。

相反，如果信号比率没有超过阈值，则控制回路可能正在经历故障(380)。在确定潜在故障时，可以触发警报和/或可以采取一个或多个动作以使系统能够进入故障保护操作模式或以其他方式正常关闭。所采取的具体行动将取决于实施方式。

以上描述的这些系统和方法的实施方式包括计算机部件和计算机实施的步骤，其对本领域技术人员而言将是明显的。例如，应当被本领域技术人员所理解的是，计算机实施的步骤可以作为计算机可读介质上的计算机可执行指令被存储，该计算机可读介质诸如举例而言是软盘、硬盘、光盘、闪存ROMS、非易失性ROM以及RAM。此外，应当由本领域的技术人员理解的是，该计算机可执行指令可以在诸如举例为微处理器、数字信号处理器、门阵列等的各种处理器上被执行。另外，指令可以在高层程序和/或面向对象的编程语言和/或汇编/机器语言中被实施。为了便于说明，不是上述系统和方法的每一个步骤或元件均被本文描述为计算机系统的一部分，但本领域技术人员将认识到，每个步骤或元件可以具有对应的计算机系统或软件组件。因此，这样的计算机系统和/或软件构件通过描述其对应的步骤或元件(即，它们的功能)而被启用，并且处于本公开的范围之内。

若干实施方式已经被描述。然而，将理解的是，可以做出附加的修改而不偏离本文描述的发明构思的范围，并且相应地，其他实施方式也处于以下权利要求书的范围以内。

Claims (19)

1.一种用于控制物理系统的装置，包括：

控制器，被配置为输出命令信号以控制设备的状态并接收反馈信号，所述反馈信号提供关于所述设备的所述状态的信息；以及

完整性检测系统，其中所述完整性检测系统被配置为：

向所述设备输出激励信号；

接收所述反馈信号；

确定与所述激励信号相关联的分量是否存在于所述反馈信号中；以及

基于所述确定来识别闭环控制系统是否正在经历故障。

2.根据权利要求1所述的用于控制物理系统的装置，其中所述激励信号具有频谱中的能量，

其中所述完整性检测系统包括：

第一滤波器，用于在包含所述激励信号频谱的至少一部分的第一频带中对所述反馈信号进行滤波；以及

电平检测器，用于测量经滤波的反馈信号电平。

3.根据权利要求2所述的用于控制物理系统的装置，其中所述完整性检测系统还包括：

噪声电平估计器，用于提供所述反馈信号在所述第一频带中的噪声电平估计；以及

信号比率计算块，用于计算信号比率，其中所述信号比率是经滤波的反馈信号与所述噪声估计的比率。

4.根据权利要求3所述的用于控制物理系统的装置，还包括用于将所计算的信号比率与预定阈值进行比较的比较器。

5.根据权利要求4所述的用于控制物理系统的装置，其中所述完整性检测系统被配置为当所计算的信号比率小于所述预定阈值时，致使所述控制系统进入故障保护操作模式。

6.根据权利要求3所述的用于控制物理系统的装置，其中所述噪声电平估计器包括用于在第二频带中对所述反馈信号进行滤波的第二滤波器。

7.根据权利要求6所述的用于控制物理系统的装置，其中所述第二频带不同于所述第一频带，但是足够接近所述第一频带，以便提供所述反馈信号在所述第一频带中的所述噪声电平的估计。

8.根据权利要求3所述的用于控制物理系统的装置，还包括可变增益放大器，用于基于所述噪声电平估计来调整所述激励信号的增益。

9.根据权利要求1所述的用于控制物理系统的装置，其中所述激励信号输出与所述命令信号合并。

10.一种检测物理系统的闭环控制系统的完整性的方法，所述方法包括：

由控制器输出命令信号以控制设备的状态；

由所述控制器接收反馈信号，所述反馈信号提供关于所述设备的所述状态的信息；

将激励信号输出到所述闭环控制系统中；

接收所述反馈信号；

确定与所述激励信号相关联的分量是否存在于所述反馈信号中；以及

基于所述确定来识别所述闭环控制系统是否正在经历故障。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

在包含激励信号频谱的至少一部分的第一频带中对所述反馈信号进行滤波；以及

测量经滤波的反馈信号电平。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

估计所述反馈信号在所述第一频带中的噪声电平；以及

计算信号比率，其中所述信号比率是经滤波的反馈信号与所述噪声估计的比率。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括将所计算的信号比率与预定阈值进行比较。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括当所计算的信号比率小于所述预定阈值时，使所述控制系统进入故障保护操作模式。

15.根据权利要求12所述的方法，其中估计所述噪声电平包括在第二频带中对所述反馈信号进行滤波。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二频带不同于所述第一频带，但是足够接近所述第一频带，以便提供所述反馈信号在所述第一频带中的所述噪声电平的估计。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括基于所述噪声电平估计来调整所述激励信号的幅度。

18.根据权利要求10所述的方法，其中所述激励信号输出与所述命令信号合并。

19.一种用于控制物理系统的装置，包括：

用于将激励信号输出到所述闭环控制系统中的器件；

用于接收反馈信号的器件；

用于确定与所述激励信号相关联的分量是否存在于所述反馈信号中的器件；以及

用于基于所述确定来识别所述闭环控制系统是否正在经历故障的器件。