Способ регулирования физической переменной динамической системы, в особенности микромеханического датчика

Изобретение относится к регулированию физической переменной в динамической системе с приведением этой переменной к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону. Способ регулирования заключается в том, что используют импульсный модулятор, который генерирует последовательность дискретно модулированных сигналов, которые и осуществляют указанное регулирование физической переменной. Способ характеризуется циклическим повторением этапов, на которых определяют точное значение или аппроксимацию девиации между мгновенным заданным и мгновенным реальным значением физической переменной, определяют соответствующее изменение девиации, вызванное сохранением мгновенного модулированного сигнала или переключением на другие модулированные сигналы, и генерируют модулированный сигнал, который обеспечивает наилучшую аппроксимацию мгновенного заданного значения. Техническим результатом является возможность дальнейшей миниатюризации. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 25 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ регулирования физической переменной физической системы, в особенности динамической системы, с приведением этой переменной к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону, путем использования импульсного модулятора (8), посредством которого генерируется последовательность дискретно модулированных сигналов, которые и осуществляют указанное регулирование физической переменной, отличающийся тем, что циклически повторяют этапы, на которых:
a) определяют точное значение или аппроксимацию девиации между мгновенным заданным и мгновенным реальным значением физической переменной,
b) определяют соответствующее изменение девиации, вызванное сохранением мгновенного модулированного сигнала или переключением на другие модулированные сигналы,
c) генерируют модулированный сигнал, который обеспечивает наилучшую аппроксимацию мгновенного заданного значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве системы используют микромеханический датчик 1, имеющий резонатор R.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве физической переменной, подлежащей регулированию, используют резонансную частоту резонатора R.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве физической переменной, подлежащей регулированию, используют амплитуду или фазу колебаний резонатора R.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что
для регулирования резонансной частоты резонатора R моделируют ответные колебания этого резонатора, вызванные воздействием на него последовательности модулированных сигналов, которую выбирают таким образом, чтобы в ходе моделирования обеспечить наиболее точную аппроксимацию заданного закона изменения значений указанного резонатора, а частота изменения значений указанных колебаний по заданному закону представляет собой резонансную частоту, подлежащую регулированию, и
подвергают резонатор R воздействию полученной таким образом последовательности модулированных сигналов.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в процессе моделирования последовательность моделированных сигналов для регулирования резонансной частоты генерируют посредством одновременного регулирования амплитуды и фазы ответных колебаний с приведением их к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону, причем
a) для каждого генерируемого модулированного сигнала эффективную суммарную девиацию (ea, eb) вычисляют путем суммирования девиаций между мгновенными заданными значениями и соответствующими отрегулированными значениями модели, которые возникли бы при сохранении модулированного сигнала или переключении на этот модулированный сигнал,
b) выбирают модулированный сигнал, который обеспечивает наименьшую вычисленную эффективную суммарную девиацию (ea, eb),
c) итеративно повторяют этапы a) и b).

7. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что одновременно моделируют два ответных колебательных процесса резонатора R, вызванные воздействием на него последовательности модулированных сигналов, причем одновременно регулируют амплитуды и фазы обоих ответных колебаний с приведением их к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону, а заданные фазы указанных ответных колебательных процессов сдвинуты относительно друг друга на π/2, причем
a) для каждого генерируемого модулированного сигнала для двух моделей устанавливают эффективную суммарную девиацию (ea1, eb1, ea2, eb2), которую получают посредством суммирования девиаций между мгновенными заданными и соответствующими отрегулированными значениями модели, которые возникли бы при сохранении модулированного сигнала или переключении на этот модулированный сигнал,
b) складывают эффективные суммарные девиации обеих моделей, относящиеся к одному модулированному сигналу,
c) выбирают модулированный сигнал, для которого вычисленная на предыдущем этапе сумма (ea, eb) минимальна, и
d) итеративно повторяют этапы a)-c).

8. Устройство для регулирования физической переменной, в особенности динамической системы, с приведением этой переменной к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону, путем использования импульсного модулятора (8), посредством которого генерируется последовательность дискретно модулированных сигналов, которые и осуществляют указанное регулирование физической переменной, отличающееся тем, что оно содержит:
a) блок (E) сравнения, посредством которого можно определить точное значение или аппроксимацию девиации между мгновенным заданным и мгновенным реальным значением физической переменной,
b) вычислительный блок (20, 22 и 24), соединенный с блоком (E) сравнения, посредством которого можно вычислить значимые изменения девиации, определенной в блоке сравнения, которые возникают при сохранении мгновенного модулированного сигнала или переключении на другие модулированные сигналы,
c) блок (27) принятия решений, соединенный с вычислительным блоком (20, 22 и 24), который в зависимости от вычисленных блоком сравнения изменений девиации принимает решение, какой модулированный сигнал обеспечивает наилучшую аппроксимацию мгновенного заданного значения, причем блок (27) может регулировать последовательность модулированных сигналов, генерируемых импульсным модулятором (8).

9. Способ одновременного регулирования по меньшей мере двух физических переменных физической системы, в особенности динамической системы, с приведением каждой из них к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону, путем использования импульсного модулятора, посредством которого генерируется последовательность дискретно модулированных сигналов, которые и осуществляют указанное регулирование физических переменных, причем
a) для каждого генерируемого модулированного сигнала a, b, c и d вычисляют эффективную суммарную девиацию путем сложения точных значений или аппроксимаций девиаций между мгновенными заданными и соответствующими реальными значениями физических переменных, которые возникли бы при сохранении этого модулированного сигнала или переключении на этот модулированный сигнал,
b) для регулирования используют модулированный сигнал, который обеспечивает наименьшую вычисленную эффективную суммарную девиацию,
c) итеративно повторяют этапы a) и b).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве системы используют микромеханический датчик, имеющий резонатор R.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве физических переменных, подлежащих регулированию, используют резонансные частоты, амплитуды или фазы возбуждающего или считываемого колебания резонатора R.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что при регулировании резонансной частоты резонатора аппроксимации девиации резонансной частоты этого резонатора, определенные на этапе a), устанавливают следующим образом:
моделируют процесс собственных колебаний резонатора, которое бы испытывал этот резонатор при определенных начальных условиях колебаний и при воздействии на него модулированных сигналов, сгенерированных импульсным модулятором, вычисляют эффект от воздействия каждого генерируемого модулированного сигнала на модель процесса собственных колебаний резонатора и гипотетически полученные законы изменения собственных колебаний сравнивают с заданным законом изменения значений собственных колебаний, которые возникают при тех же начальных условиях и частота которых является резонансной частотой, подлежащей регулированию,
причем девиации между гипотетически полученными законами изменения собственных колебаний и заданным законом изменения значений собственных колебаний представляют собой аппроксимации девиации резонансной частоты, которые необходимо определить.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что сравнение гипотетически полученного закона изменения собственных колебаний с заданным законом изменения значений собственных колебаний включает сравнение соответствующих амплитуд и фаз этих законов, причем
для каждого генерируемого модулированного сигнала вычисляют суммарную девиацию путем сложения девиаций между мгновенными заданными значениями амплитуды и фазы и соответствующими значениями амплитуды и фазы согласно модели, которые возникают соответственно при сохранении этого модулированного сигнала или переключении на этот модулированный сигнал,
и эти суммарные девиации представляют собой аппроксимации девиации резонансной частоты, которые необходимо определить.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что одновременно моделируют два процесса собственных колебаний резонатора, каждый из которых сравнивают со значимыми заданными значениями или законами изменения значений в отношении амплитуды и фазы, а фазы этих процессов сдвинуты относительно друг друга на π/2, причем
для каждого генерируемого модулированного сигнала в обеих моделях устанавливают суммарную девиацию посредством сложения девиаций между мгновенными заданными значениями амплитуды и фазы и соответствующими значениями амплитуды и фазы модели, которые возникают при сохранении этого модулированного сигнала или переключении на этот модулированный сигнал соответственно,
складывают суммарные девиации, относящиеся к одному модулированному сигналу и полученные из обеих моделей, причем суммы, вычисленные на предыдущем этапе, представляют собой аппроксимации девиации резонансной частоты, которые необходимо определить.

15. Инструмент (400, 500) для одновременного регулирования по меньшей мере двух физических переменных физической системы, в особенности динамической системы, с приведением каждой из них к одному заданному значению или к значениям, изменяющимся по заданному закону, благодаря использованию импульсного модулятора, посредством которого генерируется последовательность дискретно модулированных сигналов, которые и осуществляют указанное регулирование физических переменных, отличающийся тем, что он содержит:
вычислительный блок (200, 200′, 300 и 300′), который для каждого модулированного сигнала вычисляет эффективную суммарную девиацию, получаемую сложением точных значений или аппроксимаций девиаций между мгновенными заданными или соответствующими реальными значениями физических переменных, которые возникают при сохранении этого модулированного сигнала или переключении на этот модулированный сигнал, и
блок (420) принятия решений, соединенный с вычислительным блоком, который в зависимости от эффективных суммарных девиаций, вычисленных в этом блоке, принимает решение, для какого модулированного сигнала вычисленная эффективная суммарная девиация будет наименьшей, причем блок принятия решений регулирует последовательность модулированных сигналов, генерируемых импульсным модулятором.