CN107634736A - 具有脉冲密度信号处理功能的反馈控制系统 - Google Patents

Abstract

一种反馈控制系统可以包括用于使用脉冲密度信号控制工厂的反馈控制器。反馈控制器可以包括脉冲密度信号生成器和控制器逻辑。脉冲密度信号生成器可以接收输入命令信号并生成有符号或无符号脉冲密度输入信号。控制器逻辑可以接收来自脉冲密度信号生成器的脉冲密度输入信号以及来自工厂的反馈脉冲密度信号，且可以生成用于基于输入命令信号控制工厂的相应的脉冲密度控制信号。控制器逻辑可以包括符号改变逻辑、加法电路、以及可选的放大器电路。脉冲密度信号生成器还可以包括用于确保脉冲密度输入信号和反馈脉冲密度信号不相关的速率转换电路。

Description

具有脉冲密度信号处理功能的反馈控制系统

本申请要求享受于2017年7月19日提交的美国专利申请No.15/214,310的优先权，在此以引用的方式将其全部并入本申请。

背景技术

包含致动器、传感器、发动机、或其他电子/机械设备的系统经常使用需要调整以确保正确操作的控制信号。设置这样一种系统的常见的方式是将系统配置在反馈回路结构中。这样的一种系统典型地被称为反馈控制系统。

基本的反馈结构包括被控制的主系统过程(有时称为“工厂”)、调整工厂性能的控制器、以及接收输入信号的加法器、来自工厂输出端的反馈信号、以及向控制器输出误差信号的输出端。误差信号典型地通过将反馈信号从输入信号减去产生且可选地被放大增益系数。然后，所产生的误差信号的幅度和极性确定了控制器应该如何调整工厂。这种类型的反馈也被称为负反馈。

实现负反馈的一种常规方式是通过纯模拟的方法。例如，负反馈系统包括模拟放大器和电动机。模拟放大器具有接收模拟输入命令信号的正输入端，从电动机的输出端接收反馈信号的负输入端，以及相应的模拟误差电压在其处产生的输出端。误差电压可以用于直接控制电动机的性能参数，例如电动机的速度或扭矩。虽然系统的模拟反馈控制系统提供了最小的延迟，但是其易遭受电气噪声且难以调整。

在该背景下产生了本申请中描述的实施例。

发明内容

提供了一种基于脉冲密度信号的负反馈控制系统。根据一实施例，反馈控制系统可以包括处于控制之下的动态子系统(有时称为“工厂”)和反馈控制器。可以使用诸如可编程集成电路设备之类的集成电路管芯来实现反馈控制器。

反馈控制器可以接收引导反馈控制器来以一些特定方式调整动态子系统的性能的输入信号。反馈控制器可以包括脉冲密度信号生成器，脉冲密度信号生成器接收输入命令信号并且产生相对应的脉冲密度输入信号。脉冲密度输入信号可以是无符号脉冲密度信号或者可以是有符号脉冲密度输入信号，在是无符号脉冲密度信号的情况下，脉冲密度输入信号将是单比特脉冲流，而在是有符号脉冲密度输入信号的情况下，脉冲密度输入信号将具有额外的符号比特分量。脉冲密度信号生成器可以被实现为∑-Δ转换器(例如)。

反馈控制器还可以包括从脉冲密度信号生成器接收脉冲密度输入信号的控制器逻辑电路。控制器逻辑电路还可以从动态子系统接收反馈脉冲密度信号。然后，控制器逻辑电路可以计算在所接收的信号和输出脉冲密度控制信号之间的差，以动态地调整工厂。控制系统还可以包括在IC管芯之外的摸数转换器，其从受控的动态子系统接收模拟信号并将反馈脉冲密度信号输出回在反馈控制器中的控制器逻辑。

根据一些实施例，脉冲密度信号生成器可以包括用于确保脉冲密度输入信号和反馈脉冲密度信号不相关的一个或多个速率转换电路。假定不同的脉冲密度信号流不相关，则控制器逻辑可以包括使用逻辑或门执行求和功能和使用逻辑与门执行乘法功能的加法逻辑电话。使用简单的数字逻辑门来执行这些计算使得反馈控制器能够以较低的延迟和较低的噪声来处理脉冲密度信号。

本发明的另外的特征，其性质和各种优点将从附图和以下具体实施方式更明显。

附图简要说明

图1表示根据一实施例的说明性可编程集成电路的图。

图2表示根据一实施例的说明性反馈控制系统的图。

图3表示根据一实施例的基于脉冲密度信号处理的说明性反馈控制器的图。

图4A表示根据一实施例的示例性模拟输入信号的图。

图4B表示根据一实施例的与图4A的输入命令信号相应的无符号脉冲密度信号的图。

图4C表示根据一实施例的与图4A的输入命令相应的有符号脉冲密度信号的图。

图5表示根据一实施例的包括用于处理脉冲密度信号的逻辑的说明性集成电路。

图6表示根据一实施例的说明性脉冲密度信号符号改变的图。

图7表示根据一实施例的说明性脉冲密度信号求和逻辑电路的图。

图8表示根据一实施例的说明性脉冲信号生成器电路的图。

图9表示根据一实施例的用于操作图8的脉冲信号生成器电路的说明性步骤的流程图。

图10表示根据一实施例的用于操作基于脉冲密度信号的、关于图3-9示出类型的反馈控制系统的说明性步骤的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及集成电路且更具体地，涉及可以在反馈控制系统中使用的集成电路。

根据一实施例，反馈控制系统可以包括受控的动态子系统和用于调整动态子系统的集成电路。该子系统可以具有被转换成单比特脉冲密度信号且通过反馈路径被路由到集成电路的输出。集成电路可以接收模拟输入信号并将该输入信号转换成单比特脉冲密度信号。

集成电路还可以包括用于将反馈脉冲密度信号从输入脉冲密度信号减去以产生可以用于对子系统进行细调的相应的脉冲密度控制信号的逻辑电路。作为一示例，集成电路可以是可编程集成电路，其在以较高的频率处理单比特信号时是高效的。从而，以此方式配置的基于脉冲密度控制的反馈系统可以提供较低的噪声、灵活性、以及还有最小的延迟。

本领域的熟练技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施本示例性实施例。在其他的实例中，未详细描述公知的操作以避免没有必要地混淆本实施例。

图1表示说明性的可编程集成电路10的图。可编程集成电路10可以包括用于将信号驱动离开集成电路10以及用于通过IO管脚14从其他电路或设备接收信号的输入输出(IO)电路12。诸如全局和本地的垂直和水平的导电线路和总线之类的互连资源16可以用于在集成电路10上路由信号。互连资源16包括固定互连(导电线路)和可编程互连(例如，在相应的固定互连之间的可编程连接)。与互连资源16关联的可编程互连可以被认为是可编程逻辑区域18的一部分。

可以使用互补型金属氧化物半导体(CMOS)集成电路技术(作为一示例)形成的存储器元件20。在可编程集成电路设备的背景下，存储器元件20可以存储配置数据且从而有时被称为配置随机存取存储器(CRAM)单元。一般而言，配置随机存取存储器单元20可以以阵列形式布置。用户(例如，逻辑设计者)可以在编程操作期间针对存储器单元的阵列提供配置数据。一旦加载了配置数据，存储器单元20可以选择性地控制(例如，打开和关闭)可编程逻辑区域18中的电路的部分，并从而如所期望的定制其功能。

图1的可编程集成电路10可以在反馈控制系统中使用。图2是诸如系统200之类的说明性反馈控制系统的图。如在图2中所示出的，反馈控制系统200可以包括诸如反馈控制器202之类的反馈控制子系统和诸如受控的动态子系统204之类的受控的子系统。受控的动态子系统204可以是任何电动机驱动器、功率转换器、致动器、传感器、和/或具有由反馈控制器202监控和控制的参数的其他合适的电气/机械子系统。在控制系统的背景下，受控的动态子系统204有时被称为“工厂”。作为示例，参数可以指示速度、距离、地点、位置、方向、力、扭矩、压力、增益、比特误差率、频率响应、电压、电流、阻力、电容、电感和系统的用户200可能感兴趣的任何其他合适的性能参数。

受控的动态子系统204可以生成通过路径206馈送回到反馈控制器202的输出(其与正被监控的参数成比例)。反馈控制器202还可以接收引导反馈控制器202来以特定方式调整子系统204的参数的输入信号(例如，输入命令信号)。反馈控制器202可以将输入命令信号与反馈信号进行比较，以确定其应该如何调整系统204。例如，如果输入命令指定电动机的速度为每分钟1000转(rpm)，而反馈信号指示当前的电动机速度为800rpm，则反馈控制器202将检测到该差异并产生增加回转电动机的速度直到达到目标rpm为止的相应控制信号。但是，如果当前的电动机速度为1100rpm，反馈控制器202将检测到该不同，并产生降低回转电动机速度直到获得目标速度的相应控制信号。

如在背景部分所描述的，在提供了最小延迟的同时，基于纯模拟实现的反馈控制系统被电气噪声干扰且不是非常灵活。为了减小噪声并提供增加的灵活性，反馈控制系统已经发展成基于数字多比特实现。

考虑一种场景，在该场景下，反馈控制器包括多比特微处理器、脉宽调制电路、模数转换器(ADC)。反馈控制器可以用于控制输出模拟电压信号的功率转换器，其可以被馈送回ADC。ADC可以将模拟电压信号转换成16比特信号。微处理器可以接收32比特命令信号，将其与16比特反馈信号比较以确定误差并针对脉宽调制电路计算新的16比特的输出信号。然后，脉宽调制电路输出经脉宽调制的信号(即，具有变化的占空比的数字信号)以相应地调整功率转换器。

虽然以此方式实现的数字多比特反馈控制系统提供了较低的噪声和可编程性(由于微处理器可以容易地被配置成支持不同的应用)，但是所产生的延迟比模拟版本高了很多。从而，提供一种改进的提供低噪声、可编程性和最小延迟的反馈控制系统是令人期望的。

根据一实施例，可以使用单比特脉冲密度信号方法而不是多比特方法来实现反馈控制系统以帮助消除与多比特转换、减法和处理关联的延迟。

图3表示诸如基于单比特脉冲密度信号处理的系统300之类的说明性反馈控制系统的图。如在图3中所示出的，反馈控制系统300可以包括使用诸如可编程集成电路设备302之类的实现的反馈控制器、受控的动态子系统304(例如，电动机、致动器、传感器、功率转换器、电压调节器等)、以及诸如模数转换器(ADC)之类的数据转换器314。子系统304(在反馈控制系统的背景下，有时被称为“工厂”)可以输出反映其当前状态的模拟信号Sanalog。转换器314(例如，∑-Δ模数转换器)可以将信号Sanalog转换成单比特脉冲密度信号并将其通过反馈路径316馈送回设备302。

反馈控制器IC管芯可以包括脉冲密度信号生成器310和控制器逻辑312。脉冲密度信号生成器310可以是∑-Δ转换器或接收N比特输入命令信号并输出单比特脉冲密度信号的其他合适的数据转换器。控制器逻辑312可以具有从生成器310接收命令脉冲密度信号的第一输入和通过路径306从ADC 314接收反馈脉冲密度信号的第二输入。控制器逻辑312可以被配置成减去两个输入信号并可选地将所得到的差乘以期望的增益系数。除了将命令信号与反馈信号进行比较并将误差乘以增益之外，控制器逻辑电路312还可以被配置成执行诸如将误差求积分、微分或滤波等之类的其他数学操作。然后，最后的输出信号(在本申请中有时被称为脉冲密度控制信号)可以用于调整动态子系统304。

使用∑-Δ数据转换器作为生成器310仅仅是说明性的且不用于限制本实施例的范围。如果期望的话，可以使用其他类型的脉冲密度生成电路来提供1比特脉冲流。根据一些实施例，可以使用图1中的可编程逻辑设备来实现反馈控制器302，其精通于转换和处理脉冲密度信号。例如，可编程IC管芯可以使用“软”逻辑(可重新配置的逻辑)来实现控制器逻辑312，且所需的逻辑资源使用率将较低，而时钟速率可以较高以最小化延迟。

基于单个反馈信号来调整单个控制信号的图3的示例可以被称为单输入、单输出反馈控制系统且不用于限制本实施例的范围。如果期望的话，本申请中描述的技术还可以被扩展至多输入、多输出(MIMO)反馈控制系统，其可以产生多个反馈信号，控制器逻辑可以使用多个反馈信号来产生若干输出信号(即，MIMO反馈控制心态还可以使用脉冲密度信号来支持)。

图4A表示根据一实施例的示例性模拟输入信号的图。如在图4A中所示出的，输入信号是在1和-1之间振荡的通用正弦波信号。这仅仅是说明性的。一般而言，输入命令信号可以具有任何信号波形。图4A的输入命令信号被示出为连续的模拟信号，但是其实际上可以使用离散的N比特信号来编码(图3)。

如上文所描述的，反馈控制器可以将连续的模拟输入信号转换成相应的脉冲密度信号。脉冲密度信号还可以被表示成无符号或有符号脉冲密度信号。图4B表示与图4A的输入信号对应的无符号脉冲密度信号的图。如在图4B中所示出的，当输入信号接近+1时无符号脉冲密度信号将展示脉冲信号的最高密度，且当输入信号接近-1时展示脉冲信号的最低密度。脉冲的密度将这两个极端之间按线性梯度变化。

图4C表示根据一实施例的与图4A的输入信号对应的有符号脉冲密度信号的图。相比于图4B，图4C的脉冲密度信号可以是正值或负值。如在图4C中所示出的，当输入信号是正的时，仅将产生正脉冲；当输入信号是负的时，仅将产生负脉冲。当输入信号的幅度接近一时，脉冲信号将展示最高密度，且当输入信号接近零时，展示最低密度。脉冲的密度将在这两个极端之间按线性梯度变化。使用有符号脉冲密度信号将需要另外的符号比特。换句话说，在反馈控制系统中的电路将需要能够支持有符号脉冲密度流。对于有符号脉冲密度信号，第一个比特可以用于表示符号(例如，“0”表示正值且“1”表示负值)，而第二个比特表示脉冲的幅度。

图3的系统300可以使用有符号或无符号脉冲信号来实现。图5表示示出了集成电路302的细节的图。在图3中与先前讨论的元件相同或类似的元件具有相同的附图标记。从而，图5的讨论可以省略并限制在仅与先前已经解释的显著差异上。

如在图5中所示出的，控制器逻辑312可以包括诸如加法逻辑500之类的求和电路、诸如符号改变逻辑502之类的符号改变电路，以及诸如可以用于选择性地将期望的增益应用于加法逻辑500的输出的乘法器之类的可选的乘法器电路。使用符号改变逻辑502有效地将逻辑500转变成减法电路(由于反馈信号的符号使用逻辑502来反转)。在使用可编程集成电路来实现反馈控制器302的布置中(图1)，可以使用在可编程IC管芯上的逻辑来实现至少加法逻辑500和符号改变逻辑502。

为了使控制器逻辑312正确操作，将不相关的脉冲密度信号进行组合是令人期望的。换句话说，在逻辑500的第一(x)输入处接收的命令信号不应用与在逻辑500的第二(y)输入处接收的反馈信号相关联。为了确保不同的脉冲密度信号流不相关，则可以使用随机化函数来产生不均匀间隔但是随机分布(例如，可以改变脉冲密度信号的模式)的脉冲密度信号，随机抖动可以被引入以对信号进行时移，和/或可以用于不同脉冲密度流的多个时间基(例如，图3中的生成器310和反馈变换器314可以被时钟控制在不同的频率)。这些用于确保不同的脉冲密度信号流的不同方法是不相关的仅仅是说明性的。如果想要的话，可以使用使不同的脉冲流不相关的其他方式。

假定不同的脉冲流是不相关的，则用于处理这些不相关的脉冲信号的逻辑变得非常简单。例如，可以使用逻辑或门来支持加法操作。作为另一示例，可以使用逻辑与门来支持乘法操作。作为又一示例，可以对输入s使用简单的非函数来计算1-s或估计1/s。

根据一实施例，有符号脉冲密度信号k可以具有符号分量kNeg和脉冲幅度分量kPulse。信号k等于﹛kNeg，kPulse﹜，其可以按照如下进行编码：

﹛0，0﹜＝0

﹛0，1﹜＝+1

﹛1，1﹜＝-1

﹛1，0﹜＝NaN(不是一个数)

以此方式进行编码，符号比特为1以及脉冲幅度为零可以用于为了误差检查目的而指定特殊的错误情况。但是，如果期望的话，﹛1，0﹜也可以用于表示k＝0。在以下图中示出的逻辑实现利用在其中除了在错误的情况之外从不使用﹛1，0﹜的编码，以帮助避免在﹛0，0﹜和﹛1，0﹜之间的任何混淆。

图6表示说明性的脉冲密度信号符号改变逻辑电路502的图。如在图6中所示出的，符号改变逻辑502可以接收有符号脉冲信号α且可以将该符号分成第一符号分量602和第二脉冲分量604。可以使用逻辑异或(“XOR”)电路600将符号分量与脉冲分量结合以生成反转的符号分量非(αNeg)。脉冲幅度分量作为αpulse直接通过。所产生的分量非(αNeg)和αpulse表示输入信号α的相反版本。

图7表示说明性脉冲密度信号加法逻辑500的图。如在图7中所示出的，逻辑500可以具有从脉冲密度信号生成器310接收第一脉冲密度信号x的第一输入和通过反馈路径306(参见，例如，图5)接收第二脉冲密度信号y的第二输入。第一输入信号x可以被分成其符号分量xNeg和脉冲分量xPulse。类似地，第二输入信号y可以被分成其符号分量yNeg和脉冲分量yPulse。信号x的两分量都可以使用非电路700和702来反转，以分别生成非(xNeg)和非(xPulse)。类似地，信号y的两个分量都可以使用非电路704和706来反转以分别生成非(yNeg)和非(yPulse)。这些信号可以被传递通过下文描述的逻辑500的第二阶段。

可以根据以下的表达式来计算针对全部加起来的输出z的符号比特分量zNeg：

zNeg＝(xNeg AND NOT(xPulse))OR

(yNeg AND NOT(yPulse))OR

(xNeg AND yNeg)OR

(NOT(xPulse)AND yNeg)OR

(xNeg AND NOT(yPulse))(1)

可以使用图7中的逻辑与门708-712和逻辑或门722来实现表达式(1)。逻辑与门709接收信号xNeg和NOT(xPulse)。逻辑与门711接收信号yNeg和NOT(yPulse)。逻辑与门708接收信号xNeg和yNeg。逻辑与门710接收信号NOT(xPulse)和yNeg。逻辑与门712接收信号xNeg和NOT(yPulse)。门708-712的输出可以使用逻辑或门722来组合，这在其输出处生成信号zNeg。

针对输出z的脉冲分量zPulse可以使用以下表达式来计算：

zPulse＝(NOT(xNeg)AND NOT(xPulse)AND yPulse)OR

(xPulse AND NOT(yNeg)AND NOT(yPulse))OR

(NOT(xNeg)AND xPulse AND NOT(yNeg))OR

(xNeg AND xPulse AND yNeg AND yPulse)(2)

表达式(2)可以使用图7中的逻辑与门714、716、718和720以及逻辑或门724来实现。逻辑与门714可以被配置成接收信号NOT(xNeg)、NOT(xPulse)、和yPulse。逻辑与门716可以被配置成接收信号xPulse、NOT(yNeg)、和NOT(yPulse)。逻辑与门718可以被配置成接收信号NOT(xNeg)、xPulse、和NOT(yNeg)。逻辑与门720可以被配置成接收xNeg、xPulse、yNeg和yPulse。门714、716、718和720的输出可以使用逻辑或门724来组合，这在其输出处生成了信号zPulse。

包括分量zNeg和zPulse的、以此方式生成的脉冲密度控制信号z可以可选地放大增益系数且可以用于控制所测试的动态子系统。根据另一实施例，可以如下来计算关于有符号脉冲密度信号的增益或乘法操作。为了计算乘积p，其等于脉冲密度信号z乘以脉冲密度信号g，z被分成{zNeg,zPulse}，而g可以被分成{gNeg,gPulse}。然后，可以通过对zNeg和pNeg取异或(即，pNeg＝XOR(zNeg,pNeg))来计算新的符号比特pNeg。换句话说，如果zNeg和gNeg具有相反的极性，则pNeg等于1，或者当这两者具有相同的值时，pNeg等于零。通过将zPulse和gPulse与在一起(即，pPulse＝AND(zPulse,gPulse))可以计算信号pPulse。为了将脉冲密度信号乘以超过1的增益，可以将信号乘以一整数并且如果需要的话，乘以另一个分数值。通过设计用于将每一输入脉冲保持高n个周期而不是仅仅一个周期的逻辑可以完成将脉冲密度信号乘以整数n(作为一示例)。

图7的示例仅仅示出了实现逻辑加功能的一种方式。如果需要的话，也可以利用实现快速有符号/无符号求和电路的其他方式。使用简单的数字逻辑门来执行这些技术使得反馈控制系统能够以较低的延迟和较低的噪声来处理各种脉冲密度信号流。

图8表示根据一实施例的脉冲信号生成器310的图。如在图8中所示出的，脉冲信号生成器310可以包括减法电路800、加法器电路802、单元延迟电路804、控制第一切换电路808的第一阈值比较电路806、控制第二切换电路814的第二阈值比较电路816、逻辑或门818、和速率转换电路820和822。脉冲信号生成器310具有接收输入端口和输出端口，输入端口接收诸如输入信号In之类的输入命令信号，在输出端口处提供输出信号Out。信号In可以被馈送通过第一速率转换电路820，其将时钟速率改变了一些整数以帮助避免在不同的脉冲密度信号流之间的关联。在图8的示例中，符号In可以是多比特有符号值。

减法电路800可以具有从速率转换电路820接收输入信号的第一(+)输入、通过路径812接收第一反馈信号的第二(-)输入、以及输出。加法器802可以具有从减法电路800接收信号的第一输入、通过路径810接收第二反馈信号的第二输入、以及耦合到单元延迟电路804的输出。单元延迟电路804具有馈送到阈值比较电路806的输出。阈值比较电路806可以被配置成将在单元延迟电路804的输出处的值与预定的阈值1进行比较(作为一示例)。阈值比较电路806可以具有可以用于控制反馈开关808的输出。根据电路806的结果，开关808可以或者通过零或开关814的阈值(Th)1。

单元延迟电路804的输出也可以馈送到第二阈值比较电路816。阈值比较电路816可以被配置成将在单元延迟电路804的输出处的值与预定的阈值-1进行比较(作为一示例)。仅当整数值超过电路806中的正阈值时，电路806才发送正脉冲，而仅当整数值小于电路816中的负阈值时，电路816才发送负脉冲。阈值比较电路816可以具有可以用于控制反馈开关814的输出。根据电路816的结果，开关814可以或者通过-1或者通过从开关808路由的值。开关814的输出可以通过路径812耦合到电路800的第二(-)输入。

可以在阈值比较电路816的输出处提供信号Out的符号分量。信号Out的脉冲分量可以通过对电路806和816的输出求或(例如，使用逻辑或门818)来获得。有符号分量和脉冲分量两者可以被合并到单个总线中，并且然后被馈送通过第二速率转换电路822到生成器310的输出端口。与第一速率转换电路820类似，第二速率转换电路822还帮助确保不同的脉冲密度信号不相关。

图9表示用于操作图8中示出的类型的脉冲信号生成器电路310的说明性步骤的流程图。在步骤900处，输出信号Out可以被初始化为零，且反馈开关808可以被配置成通过逻辑“0”至反馈逻辑812。

在输入信号的每一新时间步骤处，通过将新的输入信号加到在电路804的输出保持的先前的值可以计算新的积分值(步骤902)。因此，由电路802和804组成的内部循环和反馈循环810用于提供积分功能。

在步骤904，可以将新计算的值与预定的正阈值和负阈值(例如，与+1和-1)比较。如果新计算的积分值在阈值之内(例如，如果积分值小于1且大于-1)，则信号Out可以被设置为零，且积分值维持保持在电路804的输出处(在步骤906)。

否则，如果积分值大于或等于正阈值(例如，如果正值超过+1)，则信号Out可以被设置成1且积分值可以被减1(在步骤908)。否则，如果积分值小于或等于负阈值(例如，如果积分值降到低于-1)，则信号Out可以被设置成-1且积分值可以被增加1(在步骤910)。然后，处理可以被循环回步骤902，如由路径912所指示的。

以此方式操作和安排，脉冲信号生成器310可以用于在每当输入比特累积达到超过预定阈值的值时就生成有符号脉冲密度信号。这些技术还可以被简化为支持无符号脉冲密度操作。

根据另一实施例，脉冲密度信号k还可以如下编码：

{0,0}＝0

{0,1}＝+1

{1,0}＝-1

{1,1}＝NaN(Not a Number，不是数字)

以此方式编码，k被表示为{NegPulse,PosPulse}。该编码将导致由于编码的对称本质所产生的更简单的逻辑操作。可以由本领域的普通技术人员在没有过度实验的情况下，导出对控制器逻辑312的改变以支持该类型的编码。

图10表示根据一实施例的用于操作关于图3-9示出的类型的基于脉冲密度信号的反馈控制系统的说明性步骤的流程图。

在步骤1000，脉冲密度信号生成器310可以接收多比特输入命令信号并将该输入命令信号转换成脉冲密度信号(例如，0和1流)。在步骤1002，控制器逻辑312可以从脉冲密度信号生成器310接收脉冲密度信号流以及也从受控的动态子系统(例如，从工厂)接收反馈脉冲密度信号。

在步骤1004，然后，控制器逻辑312可以将反馈脉冲密度信号从输入脉冲密度信号减去，且可选地将差放大预定的增益。在步骤1006，所产生的脉冲密度控制误差信号可以用于动态地控制受控的目标子系统。反馈控制系统可以继续以此方式操作以确保受控的动态子系统如由输入命令信号所指定的展示期望的性能参数。

迄今为止，已经针对集成电路描述了实施例。在本申请中描述的方法和装置可以并入到任何适当的电路。例如，其可以并入到多种类型的设备，仅举几例，例如可编程逻辑设备、专用标准产品(ASSP)、以及专用集成电路(ASIC)。可编程逻辑设备的示例包括可编程阵列逻辑(PAL)、可编程逻辑阵列(FPLA)、电可编程逻辑设备(EPLD)、电可擦除可编程逻辑设备(EEPLD)、逻辑单元阵列(LCA)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、以及现场可编程门阵列(FPGA)。

在本申请中在一个或多个实施例中描述的可编程逻辑设备可以是数据处理系统的一部分，其包括以下组件中的一个或多个：处理器；存储器；IO电路；以及外围设备。数据处理可以在各种各样的应用中使用，里计算机联网、数据联网、仪表化、视频处理、数字信号处理、或在其中使用可编程或可重新编程的逻辑的优点是令人满意的任何适当的其他应用。可编程逻辑设备可以用于执行各不同的逻辑功能。例如，可编程逻辑设备可以被配置为与系统处理器合作的处理器或控制器。可编程逻辑设备还可以被用作用于在数据处理系统中仲裁对共享资源的访问的仲裁器。在又一示例中，可编程逻辑设备可以被配置为在处理器和在系统中的其他组件之一之间的接口。在一实施例中，可编程逻辑设备可以是由ALTERA/INTEL公司所拥有的系列设备中的一个。

虽然以特定的顺序描述了操作的方法，但是应该理解的是，可以在所描述的操作之间执行其他的操作，可以调整所描述的操作，以便其在稍微不同的时间发生，或所描述的操作可以分布在系统中，该系统允许处理操作以与处理关联的各种时间间隔发生，只要以期望的方式执行覆盖操作的处理。

示例：

以下示例涉及另外的实施例。

示例1是一种反馈控制系统，包括：

受控的动态子系统；以及

反馈控制器，通过向受控的动态子系统发送脉冲密度控制信号来控制受控的动态子系统以及从受控的动态子系统接收反馈信号。

示例2是示例1的反馈控制系统，其中反馈控制器可选地包括集成电路管芯。

示例3是示例1的反馈控制系统，其中反馈控制器可选地包括输出脉冲密度输入信号的脉冲密度信号生成器。

示例4包括示例3的反馈控制系统，其中脉冲密度信号生成器可选地包括数据转换器。

示例5是示例4的反馈控制系统，其中数据转换器可选地包括∑-Δ转换器。

示例6是示例3的反馈控制系统，其中反馈控制器可选地还包括接收来自脉冲密度信号生成器的脉冲密度输入信号和来自受控的动态子系统的反馈信号的控制器逻辑电路。

示例7是示例6的反馈控制系统，其中控制器逻辑电路可选地包括：加法逻辑电路；以及符号改变逻辑电路。

示例8是示例7的反馈控制系统，其中加法逻辑电路可选地使用逻辑或门执行求和功能。

示例9是示例7的反馈控制系统，其中加法逻辑电路可选地使用逻辑与门执行乘法功能。

示例10是示例3的反馈控制系统，其中反馈控制器可选地包括确保脉冲密度输入信号和反馈信号不相关的速率转换电路。

示例11是示例1的反馈控制系统，可选地还包括：∑-Δ模数转换器，从受控的动态子系统接收模拟信号以及通过反馈逻辑向反馈控制器输出反馈信号。

示例12是一种用于操作反馈系统的方法，包括：利用反馈控制器，接收输入命令信号；利用反馈控制器，通过从反馈控制器向受控的动态子系统发送脉冲密度控制信号来基于输入命令信号控制动态子系统；以及利用反馈控制器，从受控的动态子系统接收反馈信号。

示例13是示例12的方法，可选地还包括：利用模数转换器，从受控的动态子系统接收模拟信号并向反馈控制器输出反馈信号。

示例14是示例13的方法，可选地还包括：利用在反馈控制器中的脉冲密度信号生成器，接收输入命令信号并输出脉冲密度输入信号。

示例15是示例14的方法，可选地还包括：利用反馈控制器中的控制器逻辑电路，接收来自脉冲密度信号生成器的输入命令信号和来自模数转换器的反馈信号，以及向受控的动态子系统输出脉冲密度控制信号。

示例16是一种集成电路管芯，包括：接收输入命令信号的输入部；接收输入命令信号并产生相应脉冲密度输入信号的脉冲密度信号生成器；以及控制器逻辑，接收来自脉冲密度生成器的脉冲密度输入信号，接收来自受控的外部动态子系统的反馈信号，以及输出用于控制受控的动态子系统的相应的脉冲密度控制信号。

示例17是示例16的集成电路管芯，其中控制器逻辑可选地使用在集成电路管芯中的可重配置逻辑电路来实现。

示例18是示例16的集成电路管芯，其中脉冲密度信号生成器可选地包括∑-Δ数据转换器。

示例19是示例16的集成电路管芯，其中脉冲密度信号生成器可选地输出有符号脉冲密度输入信号。

示例20是示例16的集成电路管芯，其中脉冲密度信号生成器可选地包括确保脉冲密度输入信号和反馈信号不相关的速率转换电路。

例如，上文所描述的装置的所有可选特征还可以利用针对本申请中描述的方法或过程来实现。前述内容仅仅对本发明原理的说明性描述且本领域的普通技术人员可以进行各种修改。前述的实施例可以单独地或以任何组合来实现。

Claims (20)

1.一种反馈控制系统，包括：

受控的动态子系统；以及

反馈控制器，其通过向所述受控的动态子系统发送脉冲密度控制信号来控制所述受控的动态子系统并且从所述受控的动态子系统接收反馈信号。

2.根据权利要求1所述的反馈控制系统，其中所述反馈控制器包括集成电路管芯。

3.根据权利要求1-2中的任何一项所述的反馈控制系统，其中所述反馈控制器包括输出脉冲密度输入信号的脉冲密度信号生成器。

4.根据权利要求3所述的反馈控制系统，其中所述脉冲密度信号生成器包括数据转换器。

5.根据权利要求4所述的反馈控制系统，其中所述数据转换器包括∑-Δ转换器。

6.根据权利要求3所述的反馈控制系统，其中所述反馈控制器还包括接收来自所述脉冲密度信号生成器的所述脉冲密度输入信号和来自所述受控的动态子系统的所述反馈信号的控制器逻辑电路。

7.根据权利要求6所述的反馈控制系统，其中所述控制器逻辑电路包括：

加法逻辑电路；以及

符号改变逻辑电路。

8.根据权利要求7所述的反馈控制系统，其中所述加法逻辑电路使用逻辑或门执行求和功能。

9.根据权利要求7所述的反馈控制系统，其中所述加法逻辑电路使用逻辑与门执行乘法功能。

10.根据权利要求3所述的反馈控制系统，其中所述反馈控制器包括确保所述脉冲密度输入信号和所述反馈信号不相关的速率转换电路。

11.根据权利要求1所述的反馈控制系统，还包括：

∑-Δ模数转换器，其从所述受控的动态子系统接收模拟信号并且通过反馈路径向所述反馈控制器输出反馈信号。

12.一种用于操作反馈控制系统的方法，包括：

利用反馈控制器，接收输入命令信号；

利用所述反馈控制器，通过从所述反馈控制器向受控的动态子系统发送脉冲密度控制信号来基于所述输入命令信号而控制所述受控的动态子系统；以及

利用所述反馈控制器，从所述受控的动态子系统接收反馈信号。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

利用模数转换器，从所述受控的动态子系统接收模拟信号并向所述反馈控制器输出所述反馈信号。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

利用在所述反馈控制器中的脉冲密度信号生成器，接收所述输入命令信号并输出脉冲密度输入信号。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

利用所述反馈控制器中的控制器逻辑电路，接收来自所述脉冲密度信号生成器的所述输入命令信号和来自所述模数转换器的所述反馈信号，并且向所述受控的动态子系统输出所述脉冲密度控制信号。

16.一种集成电路管芯，包括：

接收输入命令信号的输入部；

接收所述输入命令信号并生成相应的脉冲密度输入信号的脉冲密度信号生成器；以及

控制器逻辑，其接收来自所述脉冲密度信号生成器的所述脉冲密度输入信号，接收来自受控的外部动态子系统的反馈信号，并且输出用于控制所述受控的动态子系统的相应的脉冲密度控制信号。

17.根据权利要求16所述的集成电路管芯，其中使用在所述集成电路管芯内的可重配置逻辑电路来实现所述控制器逻辑。

18.根据权利要求16所述的集成电路管芯，其中所述脉冲密度信号生成器包括∑-Δ数据转换器。

19.根据权利要求16所述的集成电路管芯，其中所述脉冲密度信号生成器输出有符号脉冲密度输入信号。

20.根据权利要求16-19中的任何一项所述的集成电路管芯，其中所述脉冲密度信号生成器包括确保所述脉冲密度输入信号和所述反馈信号不相关的速率转换电路。