復(fù)合跟蹤微分器在電容式位移傳感器中的應(yīng)用

吳 昊，陳 豫

(1.上海交通大學(xué) 自動(dòng)化系，上海 200240；2.上海維宏電子科技股份有限公司，上海 200241)

電容式位移傳感器是一種基于電容極板效應(yīng)的間接測(cè)距裝置。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高、靈敏度高、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于激光隨動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)量切割頭與加工工件距離。加工過(guò)程中，由于噴渣、極板接地不良、氣體擾動(dòng)、工件表面不平整、電容邊緣效應(yīng)等原因，導(dǎo)致電容傳感器獲取的位置信息中存在較大隨機(jī)擾動(dòng)。為獲得良好控制品質(zhì)，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)位置微分信號(hào)進(jìn)行有效提取[2-3]。采用直接微分(差分)方法進(jìn)行微分信號(hào)提取，由于噪聲擾動(dòng)導(dǎo)致不能有效提取微分信號(hào)[4]，嚴(yán)重情況下引發(fā)震顫，機(jī)械異響等問(wèn)題。因此獲取高質(zhì)量原始信號(hào)逼近和準(zhǔn)確的微分信號(hào)對(duì)于控制品質(zhì)的提高有重要意義。

跟蹤微分器(DT, differential tracker)，由韓京清提出一種從不連續(xù)或者帶有隨機(jī)噪聲信號(hào)中提取連續(xù)信號(hào)以及微分信號(hào)技術(shù)[5]。通過(guò)對(duì)其頻域分析，表明其在含有隨機(jī)噪聲、不連續(xù)原始信號(hào)逼近、微分信號(hào)提取具有較好性能[6]，相較于廣泛應(yīng)用的卡爾曼濾波器[7]計(jì)算復(fù)雜度更小。跟蹤微分器應(yīng)用于自抗擾控制[2]、信號(hào)處理[8]、模式識(shí)別等領(lǐng)域。

跟蹤微分器中的作用函數(shù)對(duì)濾波特性、跟蹤相位滯后、微分信號(hào)估計(jì)準(zhǔn)確度起決定性作用，因此作用函數(shù)被作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。現(xiàn)有文獻(xiàn)中，在解決相位滯后，微分信號(hào)提取方面許多學(xué)者提出了不同形式跟蹤函數(shù)。……