Контур сервоуправления использует обратную связь с датчиком для определения того, соответствует ли фактическое состояние системы (положение, скорость или крутящий момент) заданному состоянию. Но обратная связь с датчиками не идеальна — даже высококачественные энкодеры и сенсоры могут создавать шумы, запаздывание по фазе и другие ошибки в измерениях. Одним из способов улучшить обратную связь системы сервоуправления является дополнение входного сигнала датчика входным сигналом от наблюдателя.

Наблюдатель — это алгоритм, который объединяет обратную связь от датчика с другой информацией о системе управления для получения наблюдаемых сигналов обратной связи, которые являются более точными и надежными, чем базовые сигналы обратной связи.

Распространенной моделью наблюдателя, используемой в управлении движением, является Наблюдатель из Люнбергера, который использует модели установки и датчика параллельно с физический установкой и датчиком.

В теории управления, Объект управления это система, которая принимает входные данные и выдает выходные. В сервосистемах это, как правило, серводвигатель, приводящий в действие компонент механической передачи, такой как исполнительный механизм.

То выходные данные модели установки и датчика — это наблюдаемые выходные данные. Но даже тот наблюдаемый выходные данные содержат ошибку, поскольку модели не являются идеальным отображением реальной установки и датчика. Таким образом, сигнал ошибки, генерируемый наблюдаемым выходом, направляется обратно в модель через регулятор наблюдателя, который обычно является обычным ПИ или ПИД-регулятором — для дальнейшего уменьшения погрешности в наблюдаемом сигнале. Таким образом, исправляются даже небольшие ошибки в модели, и наблюдаемое состояние объекта управления становится хорошим представлением о фактический объекте управления. Теперь наблюдаемое состояние может быть использовано для замыкания контура управления реальной установкой.

Модель наблюдателя может быть создана с помощью таблиц поиска (сравнение известных входных значений с известным поведением на выходе) или с помощью алгоритма, описывающего входные данные в сравнении с выходными данными. Во время автоматической настройки наблюдатель вносит коррективы в модель, а во время нормальной работы с замкнутым контуром наблюдатель использует модель для внесения корректив в контур управления.

Наблюдатель может использоваться для обеспечения более точного позиционирования, контроля скорости, ускорения или даже для компенсации рывков (резкое изменение ускорения, часто вызываемое трением или залипанием в системе). Аналогичным образом, наблюдатели за нагрузкой могут оценить механическую нагрузку на двигатель, включая такие помехи, как внезапные изменения крутящего момента или инерции, и компенсировать эту нагрузку. Это позволяет контуру управления обращаться с двигателем так, как если бы он был ненагружен, что значительно облегчает сервосистеме управление двигателем. Датчик нагрузки также может компенсировать изменения в поведении из-за механического износа с течением времени, поэтому производительность остается неизменной без повторной настройки системы.

Другие методы управления, такие как PIV-контроль или прямое управление, также могут улучшить производительность сервосистем, но управление с наблюдателем часто используется, когда требуется высокоточное управление, несмотря на широко варьирующиеся нагрузки, или когда требуется чрезвычайно быстрое время настройки.

Автор изображения: Паркер