复合跟踪微分器在电容式位移传感器中的应用

吴 昊，陈 豫

(1.上海交通大学 自动化系，上海 200240；2.上海维宏电子科技股份有限公司，上海 200241)

电容式位移传感器是一种基于电容极板效应的间接测距装置。由于其具有结构简单、检测精度高、灵敏度高、非接触式等优点[1]，广泛应用于激光随动控制系统测量切割头与加工工件距离。加工过程中，由于喷渣、极板接地不良、气体扰动、工件表面不平整、电容边缘效应等原因，导致电容传感器获取的位置信息中存在较大随机扰动。为获得良好控制品质，在进行控制系统设计过程中，需要对位置微分信号进行有效提取[2-3]。采用直接微分(差分)方法进行微分信号提取，由于噪声扰动导致不能有效提取微分信号[4]，严重情况下引发震颤，机械异响等问题。因此获取高质量原始信号逼近和准确的微分信号对于控制品质的提高有重要意义。

跟踪微分器(DT, differential tracker)，由韩京清提出一种从不连续或者带有随机噪声信号中提取连续信号以及微分信号技术[5]。通过对其频域分析，表明其在含有随机噪声、不连续原始信号逼近、微分信号提取具有较好性能[6]，相较于广泛应用的卡尔曼滤波器[7]计算复杂度更小。跟踪微分器应用于自抗扰控制[2]、信号处理[8]、模式识别等领域。

跟踪微分器中的作用函数对滤波特性、跟踪相位滞后、微分信号估计准确度起决定性作用，因此作用函数被作为重点研究内容。现有文献中，在解决相位滞后，微分信号提取方面许多学者提出了不同形式跟踪函数。……