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 |
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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 .