通常推荐使用状态观测器而不是额外的物理传感器，因为它们将系统性能与硬件的脆弱性分离开来。在复杂的电动液压伺服系统中，依赖算法而不是物理组件可以显著降低部署成本，并消除在恶劣工业环境中安装敏感电子设备所带来的可靠性风险。
虽然全状态反馈理想情况下需要压力、位移和速度的数据，但通过物理传感器获取这些数据会产生高成本、高维护的故障点。状态观测器通过使用实时算法计算系统状态来绕过这些限制，提供比硬件密集型设置更稳定、更具成本效益的解决方案。
硬件密集型设计的负面影响
不断升级的成本和复杂性
为了实现精确的全状态反馈控制，工程师理论上必须为压力、位移和速度安装特定的传感器。
在复杂的工业环境中，这不仅仅是组件成本；它是一个集成挑战。过多的传感器会极大地增加布线复杂性，形成密集的基础物理设施，安装成本高昂且难以排除故障。
恶劣环境下的可靠性差距
工业环境很少是干净或静态的；它们通常由振动、温度波动和污染物定义。
在这些恶劣条件下，物理传感器的可靠性明显较低。由于环境应力导致的单个传感器故障会损害整个控制回路，导致系统停机时间，这会抵消传感器本身理论上的精度。
状态观测器的战略优势
实时算法计算
状态观测器用计算估计取代了物理测量的需求。
通过利用先进的算法，系统可以实时计算必要的状态（例如内部压力或速度）。这基本上将传感器“虚拟化”，为控制器提供所需的数据，而无需物理占用空间。
增强的稳定性和抗干扰能力
除了简单的成本削减，状态观测器在嘈杂的环境中通常提供更优越的性能特性。
主要参考资料指出，使用观测器可以增强控制系统的抗干扰能力。由于数据来自数学模型而不是原始的、嘈杂的电信号，因此生成的控制回路通常更稳定，并且能抵抗外部干扰。
理解权衡
依赖于模型精度
虽然观测器解决了硬件问题，但它们引入了对系统数学模型的依赖。
如果系统参数（例如液压油粘度或摩擦系数）发生剧烈变化，并且观测器模型没有适应，则计算出的状态可能会偏离实际。
计算负载
用算法替换传感器将负担从机械安装转移到计算处理。
控制单元必须具备足够的处理能力，才能实时运行这些复杂的状态估计算法，而不会引入可能导致伺服系统不稳定的延迟。
为您的项目做出正确选择
在设计电动液压伺服系统时，在添加传感器或实施观测器之间进行选择取决于您的主要限制。
- 如果您的主要关注点是可靠性：优先考虑状态观测器，以消除易在恶劣环境中损坏的物理故障点。
- 如果您的主要关注点是成本效益：使用状态观测器来减少物料清单并简化线束架构。
- 如果您的主要关注点是系统稳定性：实施状态观测器以提高抗干扰能力并平滑嘈杂的反馈回路。
通过将测量负担从硬件转移到软件，您可以创建一个更精简、更坚固、更具经济可行性的系统。
总结表：
| 特性 | 物理传感器 | 状态观测器 |
|---|---|---|
| 成本概况 | 高（硬件+布线） | 低（基于软件） |
| 可靠性 | 易受恶劣环境影响 | 高（无物理磨损） |
| 干扰 | 易受电子噪声影响 | 高抗干扰能力 |
| 维护 | 频繁校准/更换 | 基于模型的更新 |
| 关键限制 | 硬件脆弱性 | 计算负载和模型精度 |
使用 KINTEK 优化您的控制系统
硬件故障和高昂的传感器成本是否影响了您实验室的生产力？KINTEK 专注于全面的实验室压制解决方案，包括手动、自动、加热和多功能型号，专为电池研究等高精度应用而设计。
我们的先进系统可与现代控制策略无缝集成，确保您的操作即使在最苛刻的环境中也能保持稳定高效。不要让硬件的脆弱性阻碍您。立即联系我们，了解我们的坚固压制解决方案和工程专业知识如何简化您的研究和生产工作流程。
参考文献
- Xiaoyu Su, Xinyu Zheng. Sliding mode control of electro-hydraulic servo system based on double observers. DOI: 10.5194/ms-15-77-2024
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
