TW422945B - Method for feedback control of a controlled variable - Google Patents

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。

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Claims (1)

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。

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