TWI378328B - Adaptive command filtering for servomechanism control systems - Google Patents

Description

1378328 會最好是合併於-數位電流計控制器内，而熟諸本項技藝 ，人士可即設計以於一利用該型號622〇H電流計之實作裡 提供5 kHz的封閉迴路系統頻帶。 圖2顯示在一較佳具體實施例中該校正性輸入產生器 ^之區塊圖，包含一有限脈衝回應（FIR)濾波器28，此者 可校正該輸出信號少離於理想行為的偏差項。參照於圖2， 該校正性輸人產生H丨6接收動作命令串流“並將此施加 延遲模組30及該FIR渡波器28，以相對於該動作命 令輸入串流M之直接信號路徑而提前其輸出32。該模组扣 之輸出34及該FIR滤波器28的輸出32會在一加總接入 處36被合併，以在其輸出38處產生一改良化輸入串流一， 這對於„由该延遲模組3〇所引入的零延遲可按如下式所表：

U :u+du 其中如係一施用於一動作命令輸入之增量校正因數。 而其中該延遲為非零的一般情況可表示如下： u'*(n) = u(n-m)+du(n) > 其中》為時間指數，w為該命令輸入被相對於該fir 應波為2 8之輸出3 2而延遲的時間步進數。 該目的為藉一組對於所有可能之動作命令輸入，提供 一如值之一般解的濾波器係數建構出一 FIR濾波器Μ , 這可代表不同長度之光束位置動作（即如短 '中及長距離）， 以及不同的動作長度序列(即如短距離動作，隨後為另—短 9 1378328 該迭遞改良化程序結束會產生一改良化串

得該合成輸入ω * = μ + “_ U J座獲對於所欲之輪出宰 佳：配結果 '然而，該改良化串…僅適用於：議 以適配於-特定所欲輸出技…該校正性輸入 « 16將改良化一特定輸入串流轉換成為—可令人 彦：地適用於任意輸入的-般解法。為此，該校正性輸入 流…產生一類似的改良c 輸入串 J人氏、结果办*。在該枋 >+ as 1 /： jla /i. 校正性輸入產 16的貫作上FIR遽波器會為較佳，因為-FIR減波 益提供可保證之穩定性' , 心 ,,屯士―. ，、有限犯圍’且具有藉施用標準 ’、平方凟异法而按直觀方式所計算之係數。 士底下說明一包含各種動作長度之演訓剖析，而可立即 =自此獲得㈣爪係數，無須從不同輸入串流來組合資 枓。在本教示t所採用對於N次實驗性命令動作長度之上 述迭遞改良化可表如下式 N< u'，u2，.，.，11衫—du', du2，..，du 目的是為設計-將“值對映到—相對應之6值的校 正慮波器。而經嵌人於-乘積之總和的函式内t Fm演算 法可表示如下 ^(z) = a〇2m+fl χ zm'' + ...+an2m-n , 其中β ο，<3丨，…，<3 n代表該等滤波哭役垂4二 故咨係數而W代表該fir 預期結杲；亦即m為該FIr滹浊 /愿，皮益信號路徑領先該直接信 12 1378328 號路徑的時間步進次數1號w及w係根據t試錯誤處理 而選擇，〜，…，…’心則是透過一最小平方演算法所計算而 得。所獲最小平方之品質的配適度是藉由觀察該餘值誤差 所評置。如餘值誤差微小，則該控制系統1〇會運作於該hr 濾波器28，以決定執行成效是否良好。如該 不可接受’則會修改…，兩者，並計算新的係= 始該處理程序。

配備於遠Cambridge Technology公司型號622〇H電流 計之控制系統1 〇的最終組態設定校正性輸入產生器16組 成一 320接點濾波器，其令具有一 16〇 更新速率及一

80接點之預期，以在直接動作命令路徑上，但不在該FIR 滤波器28的路徑上，插人〇5 msec的延遲（圖示為延遲模 ‘組30)。砭可供產生一有效n〇n_causa】濾波器個接點 中有8〇個在n=〇之前）。為確保該FIR濾波器28為一零Dc 增益濾波器，其所有係數的總和需為零。一種達到此結果 的方式是解決該前319個係數，然後設定最後一個係數為 這319個係數的負總和，這些前319個係數為如下問題的 最小平方解

Uh = clu 其中h = [h λ2…υτ為獨立FIR係數，而加=[如, 办2…為自一單一演訓剖析所導出或是從多個改良化 執行所組合出的校正序列。 該U矩陣具有319縱行及M個橫列，包含按環狀排列 13 1378328 之初始（理想）輪入序列，亦即

標準最小平方解可為如下獲得

h = (UT *υγ'*υτ *du 可自此導出該FIR濾波器係數之實驗性命令動作長度 的數目為N=2 ’ -個實驗代表一較短長度動作命令，而另 一個代表一較長長度動作命令。 一種確保該FIR濾波器28為零Dc增益濾波器的替代 方式是認知到條件△〇) = 〇, Z=1必為該等式之一根。△⑷的 表示式為 Δ(2) = (1-2_1)·Δ* 5 其中可決定該Δ，的所有係數。圖3顯示一藉如前述般 經重新組態設定之FIR濾波器28’所實作的替代性校正性 輸入產生器16,之區塊圖。 該電流計12的掃描鏡將-雷射光束導引朝向一所欲目 ‘位置。理想上’真實的反射鏡位i z會直接地正比例於 該所測得之掃描器位置少’或2 = c少，其中c為一已知或所 14

Claims (1)

1378328 101年7月10日替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種高速精確伺服機構控制系統，其中包含： • 一封閉迴路控制伺服機構，此係藉由回饋控制及為回 ·· /應於一施加於該控制系統之命令輸入串流以控制一實體設 . 借的輸出狀態之前饋補償所實作；以及 一校正性輸入產生器，此者可回應於該命令輸入串流 以提供-改良化輸入串流’其補償封閉迴路控制飼服機構 不完美性’且該實體設備可對此回應以在一操作容忍度内 矚達到-對應於該命令輸入串流之所欲輸出狀態，該改良化 輪入串流代表一組包含於增量校正性因數所施加A上之該 命令輸入串流，且藉該校正性輪入對映，其適配該組中: 動作命令輸入之-值於-對應之增量校正性因數，且因此 •所實作之校正性輸入產生器可提供一任意命令輸入串流， 令該實體設備以達到對應於該任意命令輪入串流之所欲輸 出狀態的適配解。 2.如申請專利範圍第i項之控制系統，其中該校正性輸 入產生器包含一藉由經計算以描徂兮、& A T异以拉供該適配解之濾波器係數 所實作的FIR濾波器。 3·如申請專利範圍第2項之控制系統，其中該m濟波 器具有-輸出’且其巾該校正性輸人產生器可對經合併於 該FIR滤、波器之輸出的任意命令輸入串流實作一輸入延 遲，以產生該改良化輸入串流。 4.如申請專利範圍第！項之控制系統，其中該輸出狀態 代表動作，且該實體設備代表—光束導^置，而各電力 18 印8328 驅動電子7C件係如一雷射光束定位系統之一部份運作。 5.如申請專利範圍第4項之控制系統，其中該命令輪入 事流代表所欲孓雷射光束位置位移。

6.如申請專利範圍第4項之控㈣統，其中該光束導弓f 裝置在-特定頻率處展現一尖峰振幅值之動態濾波轉移函 數可特徵化該光束導引裝置之操作，且其中在該校正性輪 入產生器中所實作之校正性輸入對映包含一具有一可抵消 在該特定頻率處之突峰的轉移函數之凹口濾波器。 7·如申靖專利n圍第6項之控制系統，其中該校正性輸 產生器包含藉經叶算以提供含該凹口濾波器之適配解 的濾波器係數所實作之FIR濾波器。 、8 ·種用以建立一高速精確伺服機構控制系統之方 、士 “系統包s藉回饋控制，及爲以回應於一命令輸入串 广來控制實體设備之輸出狀態的前饋補償所實作之封閉 迴路控制伺服機構，其中包含：

性輸入產生 體設備可對 制伺服機構 增量校正性 輸入；以及 命令輪入改 流，以實作 入之一值於 提供一校正 流，產生一該實 補償封閉迴路控 代表一組包含於 串流之動作命令 執行一迭遞 改該命令輸入串 中各動作命令輸 此可提供予一任意命令輸入 以在一操作容忍度内達到一 器’其可回應於該命令輸入串 此回應之改良化輸入串流，其 不完美性’該改良化輸入串流 因數所施加其上之該命令輸入 良化程序，其以一迭遞方式修 校正性輪入對映，其適配該組 一對應之增量校正性因數且因 串流’一適配解令該實體設備 對應於該任意命令輸入串流之 1378328 換頁 所欲輸出狀態。 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該執行一 令輸入改良化程序包含： 、命 測詈良化輸入命令施用於該词服機構控制系統並 量』出串流’該改良化輸入命令包含-動作命令輸入 及一增量校正性因數； η入 差值=·—:表於該動作命令輪入與所測輸"流間之 ⑷比較該誤差串流於一操作容忍度，且每當該誤差串 ；:超過該操作容忍度時’時間反轉該誤差串流以構成-經 為=轉之誤差串流；將該經時間反轉之誤差串流施用作 服機構控制系統之一命令，並測量其輸出串流； 轉該所測得輸出串流’以構成所測輸出串流之經時 間反轉版本；以及次一改良化輸入命令，其 量权正性因數以及一動態調整校正性增益與該經時間反轉 版本之所測輪出串流的乘積之總和；以及 (:重複該前述步驟⑷、（b)及⑷，一直到該誤差串流在 該操作容忍度之内為止。 10.如申請專利範圍第8項之方法，其中該執行一迭遞 命令輸入改良化程序包含： (a) 將-改良化輸入命令施用於該伺服機構控制系統並 讲其輸出串流，該改良化輸入命令包含一動作命令輸入 及一增量校正性因數； (b) 冽量代表該動作命令輸入與所計算輸出串流差 值的誤差串流； 20 1378328 101年7月10日替換頁 (c)比較該所測誤差串流於一操作容忍度，且每當該誤 差串流超過該操作容忍度時，藉數學模擬將該所測誤差串 流施用作為對該封閉迴路控制词服機構之一模型化伴隨矩 陣的一命令，並計算一輸出串流；以及決定次-改良化輸 入命令’其代表該增量校正性因數以及—動態調整校正性 增益與所計算之輸出串流的乘積之總和；以及 ⑷重複該前述步驟⑷、(b)及⑷，一直到該所測得誤差 串流在該操作容忍度之内為止。 ^如申請專利範圍第8項之方法，其中該校正性輸入 產生益包含-按經計算以提供該適配解之遽波器係數 作的FIR濾波器。 貝 1右一Γ申。"專㈣圍第11項之方法，其巾該FIR遽波器 F m清^ A ’且其中該校正性輸人產生器可對經合併於該 波^之輸出的任意命令輸人串流實作-輸人延遲，以 產生該改良化輸入串流。 表動Ζ如中請專利範圍第8項之方法，其中該輸出狀態代 表動作，且該實體設備代表一 動電子元件運作如一雷射：二導引裝置’而各電力驅 W射光束疋位系統之一部份。 14 ·如申請專利範圍第 V, * ..弟3之方法，其中該命令輸入串流 代表所欲之雷射光束位置位移。 15.如申請專利範圍第13項之大土 ^ . 置在一胜a# 項之方法，其中該光束導引裝 在特疋頻率處展現一突峰之動離墙、，由哭Μ令 化兮 # * -首 ’一、’慮波器轉移函數特徵 化該先束導引裝置之操 令所實作夕分 且’、中在该校正性輸入產生器 乍之校正性輸入對映包含 叮& 4 + 匕3具有一可抵消在該特定頻 21 1378328 101年7月10日替換頁 率處之突峰的轉移函數之凹口濾波器。 ，其中該校正性輸入 4慮波器之適配解的 16.如申請專利範圍第15項之方法 產生器包含一藉經計算以提供含該凹c 濾波器係數所實作之FIR濾波器。 十一、圖式： 如次頁。

22 1378328 101年7月10日替換頁 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 10 伺服機構控制系統

12 實體設備（G) 13 動態轉移函數（S) 14 前饋控制器（F) 16 校正性輸入產生器（P) 18 回饋控制器（H) 20 伺服機構迴路 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：