TW422945B - Method for feedback control of a controlled variable - Google Patents
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Description
422945 五、發明說明(1) 發明背景 本發明係關於申請專利範圍第1項前序句中受控制變 數之反饋控制方法。 在反饋控制過程中,由對反饋控制行為有影響的反饋 控制系統’和遂行反饋的受控制系統,所形成控制迴路, 用來對受控制變數的實質值(要加以控制的物理量),與 相當於受控制變數的設定值加以比較,借助於對受控制變 數作用的受操縱值,可將受控制變數的設定值與實際值間 之偏差,減至最小。 在第一或更高階控制迴路中’受控制變數的實際值, 由於命令變數的步驟變化,可超越設定值。已知此處缺點 是,控制迴路的暫態行為,視溫度影響和減能現象而定。 如此令導致緩慢安置階段,或不穩定作業點’在此即使稍 微干擾’亦可將受控制變數激發振盡。 發明概述 ^發明之目的,在於特定申請專利範圍第1項前序句 之簡單方法,可以避免上述缺點,並具有比較優良之性能 按照本發明,此目的是由申請專利範圍第丄項特徵句 所述特點解決。有利的變化例和發展,列於申請專 附屬項。 本發明提供一種控制迴路的迴路增益,即控制迴路 二號路徑内之總増益,彳以自動控制,而迴路增益的反饋 控制受到影響,使得命令變數以脈波形變化時利用預設
第6頁 422945 五、發明說明(2) - 容許值,受控制變數的實際值可超越受控制變數的設定值 '控制迴路的控制增益,是利用有功於控制迴路的迴路 增益之控制避路内控制放大器的增益變異加以控制因 以增益控制器加以驅動。 在此方法的有利發展中’調節受控制變數所需控制偏 差’是利設定值比較階段來決定,該階段形成控制偏差變 數’相當於命令變數輿受控制變數的實際值間之差異。在 增益控制器中’控制偏差變數與容許值加以比較,而再按 比較結果調節控制迴路的迴路增益。 容許值最好再利用命令變數特定’在此情況下已知特 別有益的是’按命令變數幅度變化的比例,改變容許值。 本發明方法的優點是: 一迴路增益以及反饋控制的行為,與溫度影響及減 能現象無關; —操作開始或當中’不需人為調節至控制迴路; —可以低成本製作控制迴路,因為不需要組件有小 容許度的組件參變數,又因大部份可以單石積合 * f 一確保受控制變數的最適脈波形狀(即可能最陡的 信號邊緣’導致無不穩定),因而可靠而穩定之 反館控制操作。 本發明方法極佳適用於自動控制以脈波模式操作的光 源’尤其是雷射二極想或光射二極體之輻射功率。 Z945 五、發明說明(3) 凰式簡單說明 附圖中: 第1圏為控制迴路的等效電路圖,具有增益控制器; 可對控制迴路的迴路增益加以反饋控制; 第2圖為脈波圖’表示第1圖所示控制迴路之控制行 為; 第3圖為第1圖所示控制迴路之詳細電路圖。 較佳具體例之铕呷 兹參見附圖基於具體例詳述本發明如下。 按照第1圖,控制迴路丨包括設定值比較階段u和反饋 階段12,有至少二终端連接於其後面。受控制變數X和決
定受控制變數X設定值的命令變數w,在設定值比較階段U 彼此比較。設定值比較階段n供應控制偏差變數 出信號,代表受控制變數x的實際值和受控制變數χ = =間之差異。此即饋至反饋階段12,由此按照增益Α發生 受控制變數X,控制偏差變數d亦饋至增益控制器2,亦供 以預設容許值m,並產生增益控制變數V,作用於反饋階段 12的增益A,即控制迴路i的迴路増益。以增益控制變數v ,反饋階段12的增益A即自動調節至利用容許值瓜賦予之值 。增益控制器2和反饋階段12即形成控制迴路,重置於控 制迴路1上。 、 控制偏差變數d宜以微分信號的型式提供,因為控制 趣路1的控制行為不受直流作業點起伏的影響,或只影 很小程度。
五、發明說明(4) 受控制變數X反饋至設定值比較階段Π,造成控制偏 差變數d減至最小,使受控制變數X被校正至命令變數w決 定的設定值。所需或寄生電容或電感的結果,反饋階段12 的增益A和控制迴路i内的相移’即視頻率而定。由於例如 溫度變化或減能現象引起迴路增益A變化,即會導致控制 迴路1暫態行為的變化。然而,此舉可以避免,即調節迴 路增益A至由容許值所決定,且與溫度影響或減能現象之 值。 如第2圖所示,命令變數w的步進上升或下降,會造成 受控制變數X的實際值超越受控制變數义的設定值S。發生 此事時,實際值先是超過或降到設定值s以下,超過代表 最大可允許值的容許值,例如為設定值8的1〇%,再在減幅 下安置於設定值S。 在此例中,評估由命令變數步進上升造成受控制變數 X實際值的超越。為對抗過度超越,即超越超過容許值m, 控制偏差變數d即在増益控制器2内與容許值比較,而一旦 受控制變數X的實際值超過設定值s在容許值111以上,控& 迴路1的迴路增益A,即利用增益控制器2的增益控制變數v 輪出,在超越的相反作用方向變化,即減少。若受控制變 數X的實際值超過設定值s在容許值111以下’或絲毫未超 ,則迴路增益A增加,因而超越會更大,如此,迴路增益a 的調節方式是,使受控制變數又的實際值超越設定值sa有容 許值m之多。控制迴路丨的脈波響應即以最大可允許的超越 最適化到最大邊緣陡度,所以可使控制迴路i的作業點轉 4229 45
、控制迴路1的迴路增益A可因增益控制變數v而異例 如以刀級步驟。如果受控制變數χ的實際值超越設定值$分 別大於或小於容許值m,則迴路增益Α減或增一級例如命 令變數W的各脈波’直至到達所需值。 如第3圖所示,控制迴路1包括反饋控制系統10,有設 定值比較階段Η和控制放大器12Α ;以及受控制系統⑽, 有雷射二極體120和光檢波器121。控制放大器l2A和受控 制系統12B ’相當於扪圖所示的反饋階段12。控制放大器 12A從控制偏差變數d產生受操縱變數y,受控制系統ΐ2β由 此而產生受控制變數X,以及相當於受控制變數义的信號 xhv做為又一受控制變數,此信號、是由雷射二極趙12〇 發射,由光檢波器121所檢波,與光學信號Xhv成比例的又 一光學信號xhvl,在受控制系統12 B處耦合,做為受調整 的有用信號,其功率軸發射至光檢波器121的光學信號 為大,在本例中代表要調整的信號。 設定值比較階段!〗設計成^異放大器,形成控制偏差 d ,做為命令變數讲和反饋控制變數X間的差異,必要 時’同時將此差異放大。&外,控制放大器12A設計成帶 限放大器階段’例如低通或積分階段,因此主要決定控制 迴路1的頻率響應和相響應。 控制迴路1的迴路增益A等於控制迴路1的信號路徑内 之總增I ’即等於控制迴路1的信號路徑内電路元件增益 之乘積。在本具體例中,即等於設定值比較階段u、控制
第10頁 422945 放大器12A和受控制系統12B的轉移函數(即增益)的乘積 ,以控制放大器1 2A的增益變化加以調節。增益控制器2為 此目的包含比較器階段20 ,控制偏差變數d和容許值^輸入 於此,並由此產生受控制變數a,相當於容許值扭和控制偏 差變數d間之差異符號,增益控制器2在比較器階段2〇的輸 出侧包含伺服單位21,驅動控制放大器12 A。伺服單位21 設計成例如積合階段,並由受控制變數3產生增益控制變 數v ’為調整控制放大器12A的增益所需。 增益控制器2由觸發信號同步活化,以評估控制偏差 變數d ^透過觸發信號同步(可為命令變數*或由此衍生的 信號)’在本具體例十,在命令變數w的上升和其次下信號 邊緣間之時窗t a ,即在時點tQ和七之間,是以其中増益控 制器2活性的評估窗為定義。在此評估窗之外,增益控制 器2為惰性,故只有在命令變數ν内以正級造成的受控制變 數x之實際值超越,才被評估供迴路增益A之調整。 以控制迴路1可補償雷射二極體120發射功率之起伏, 而此等起伏造成控制迴路1脈波響應的變化’由於控制放 大器12A増益的調節而校正,得以防止控制迴路1作業點移 入不良區内。在本具體例内,為此評估受控制變數X的 際值超越受控制變數w的設定值5 (此項超越是由命令變 w田的正級變化所造成)》以調整迴路增益A。然而,亦可構 思評估由命令變數w的負級變化所造成受控制變數欠之超越 :在此情況下,容許值的符號必須顛倒,而透過觸發信 同步’位於受控制變數χ的下降和其次上升信號邊緣間,
422945 五、發明說明(7) 即時點t5和t2間之時窗t b,必須定義為評估窗,以評估控 制偏差變數d。 本發明電路配置最適用於光學儲存碟片,尤其是所謂 (重寫性)「數位式多元化碟片」(DVD)用之驅動器。
第12頁
Claims (1)
- 422945 六、申請專利範圍 1. 一種受控制變數(X)之調整方法,利用控制迴路) ’於此供應命令變數〇)倣為輸入值,決定受控制變數(χ) 的設定值(s) ’其中控制迴路(1)之迴路增益(A),由於命 令變數(w)的脈波形變化結果,調整至一數值,在此受控 制變數(X)之實際值超越設定值(s)為預定容許值(m)者。 2. 如申請專利範園第1項之方法,其中控制迴路(1)的 迴路增益’是利用自動控制由增益控制器(2 )賦予的控制 放大器(12A)之增益,而調整者。 3‘如申請專利範圍第2項之方法,其中容許值(jq)是利 用命令變數(w)決定者。 4.如申請專利範圍第3項之方法,其令當命令變數 有變化時,容許值(m)即以對命令變數的變化值成比例 之值而異者。 5.如申請專利範圍第2項之方法,其中相當於受控制 變數(X)設定值(s)和實際值間差異之控制偏差變數, ,由設定比較階段(u)形成,又其中控制偏差變數((1)是 增益控制器(2)内與容許值(m)比較,而控制迴路的 迴路增益是按照此試驗結果加以控制者。 金^ &如申請專利範圍第5項之方法,其中位於受控制變 步接續信號邊緣間的時t(ta),是由觸發信號(同 # M評估窗,在其中評估控制偏差變數(d),以自動 控制迴路增益(A)者D 曰初 中/右Si實施巾請專利範圍第6項方法之電路配置,其 又又制系統(12β),以產生受控制變數(X),並設有4229 45_ 六、申請專利範圍 含設定值比較階段(11)和控制放大器(12A)之反饋控制系 统(10) ’以驅動受控制系統(12 B ),設定值比較階段(11) 係經控制放大器(12A)與受控制系統(12B)連接,且其中增 益控制器(2)具有比較器階段(2〇),以產生受控制變數(a) ,相當於容許值(m)和控制偏差變數間的差異符號,以 及在比較器階段(20)輸出側之伺服單位(21 ),藉此驅動控 制放大器(1 2 A ),以控制增益者。 8. 如申請專利範圍第7項之電路配置,其中控制放大 器(12A)設計成帶限放大器階段者。 9. 如申請專利範圍第8項之電路配置,其中控制放大 器(12A)設計成低通或積分器階段者。 10·如申請專利範圍第7項之電路配置,其中受控制系 統(12B)具有由控制放大器(12八)驅動之光源(12〇),以產 生光學信號(xhv) ’以及光檢波器(121),以產生相當於光 學信號(xhv)之受控制變數者。 11·如申請專利範圍第10項之電路配置,其中光源(:12〇 )設計成雷射二極體者。 12·如申請專利範圍第1項之方法,用於自動控制脈波 操作之光源的發射功率者。 13·如申請專利範圍第1項之方法,用於自動控制脈波 操作之雷射二極體(120)或光射二極體之發射功率者。第14頁
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