CN107544259B - 一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法及系统，包括：步骤S1采集伺服控制系统的工作模式；步骤S2判断伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；步骤S3当伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；步骤S4调整k和λ值；步骤S5检验伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，若是，则进入步骤S6，若否则返回执行步骤S3～步骤S4；步骤S6结束引导跟踪模式。本发明能够有效的实现伺服控制的快速无超调跟踪。

Description

一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法及系统

技术领域

本发明涉及伺服控制系统技术领域，尤其涉及一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法。

背景技术

近年来，随着光电靶场的建设，光电经纬仪等测量设备或者稳定平台的使用越来越多，在伺服跟踪过程中，既要求设备在很短的时间内快速跟踪目标，又要求设备跟踪目标的过程中跟踪平稳、无超调。

在经典控制理论里，在单位阶跃函数作用下，系统的动态过程随着时间t的推移而发生变化的指标，称为动态性能指标，主要包括上升时间t_r、超调量σ％和调节时间t_s，如图1所示。上升时间t_r指的是响应从终值10％上升到终值90％所需的时间，它是系统响应速度的一种度量，主要用于评价系统的响应速度，上升时间越短，响应速度越快。超调量σ％指的是响应的最大偏离量h(t_p)与终值h(∞)之差的百分比，主要用于评价系统的阻尼程度。调节时间t_s指的是响应到达并保持在终值5％内所需的时间，它是同时反映响应速度和阻尼程度的综合性指标。

上升时间、调节时间和超调量在某种程度上来说是顾此失彼、相互矛盾的，要求上升时间和调节时间快，就很难保证超调量小；要保证超调量小，就很难保证上升时间和调节时间短。因此，如何有效的实现伺服控制的快速无超调跟踪是一项亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法，能够有效的实现伺服控制的快速无超调跟踪。

本发明提供了一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法，包括：

步骤S1：采集伺服控制系统的工作模式；

步骤S2：判断所述伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；

步骤S3：当所述伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；

步骤S4：调整k和λ值，其中所述k为时间迟滞正相关系数，所述λ为时间迟滞负相关系数；

步骤S5：检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，若是，则进入步骤S6，若否则返回执行步骤S3～步骤S4；

步骤S6：结束引导跟踪模式。

优选地，所述调整k和λ值包括：

基于公式调整k和λ值，其中，A₀为引导起始位置值，A_p为引导结束位置值。

优选地，所述检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪包括：

查看记录数据曲线，检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪。

一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的系统，包括：

采集模块，用于采集伺服控制系统的工作模式；

判断模块，用于判断所述伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；

引导跟踪模块，用于当所述伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；

调整模块，用于调整k和λ值，其中所述k为时间迟滞正相关系数，所述λ为时间迟滞负相关系数；

检验模块，用于检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，当所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中未能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，所述引导跟踪模块和调整模块重复上述过程；

结束模块，用于当所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，结束引导跟踪模式。

优选地，所述调整k和λ值时，所述调整模块具体用于：

基于公式调整k和λ值，其中，A₀为引导起始位置值，A_p为引导结束位置值。

优选地，所述检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，所述检验模块具体用于：

查看记录数据曲线，检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪。

从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法，首先通过采集伺服控制系统的工作模式，判断伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式，当伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；然后调整k和λ值，直至检验伺服控制系统在伺服跟踪过程中能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，通过调整k和λ值，使得伺服控制系统能够在要求的调节时间t_s时间内快速跟踪目标，并且在跟踪目标的过程中实现无超调跟踪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为单位阶跃函数作用下动态性能指标示意图；

图2为本发明公开的单位阶跃响应曲线图；

图3为本发明公开的一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法实施例1的方法流程图；

图4为本发明公开的一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的系统实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，为本发明公开的一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法实施例1的流程图，所述方法包括：

步骤S1：采集伺服控制系统的工作模式；

当需要对伺服控制系统进行快速无超调跟踪控制时，在伺服控制系统工作的过程中，对伺服控制系统的工作模式进行采集。

步骤S2：判断伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；

对采集到的伺服控制系统的工作模式进行判断，判断采集到的伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式。

步骤S3：当伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；

基于公式(1)完成系统在单位阶跃函数作用下的伺服跟踪过程。

假设系统在引导方式下的引导起始位置值为A₀，引导结束位置值为A_p，调节时间为t_s，无超调，则公式(1)可以改进为公式(2)来进行表达。

步骤S4：调整k和λ值，其中所述k为时间迟滞正相关系数，所述λ为时间迟滞负相关系数；

然后对k和λ值进行调整，在调整k和λ值时，可通过公式(2)进行调整。

步骤S5：检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，若是，则进入步骤S6，若否则返回执行步骤S3～步骤S4；

然后对伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪进行检验，在检验过程中，可通过查看记录数据曲线进行检验。

步骤S6：结束引导跟踪模式。

下面以具体的实例对上述实施例进行进一步的详细说明：

确认系统在引导跟踪模式下工作，在系统工作的初始时刻，将引导起始位置值A₀(假设为20°)作为引导数据变量的初始化值，即SY＝20°，伺服跟踪随即会将系统引导至起始位置值。随着t_s调节时间的推进，根据公式(2)调整k和λ值(假设k＝5，λ＝0.22)，计算出一组实时的数据，对引导数据变量进行迭代更新，即伺服跟踪同时也会将系统引导至引导数据变量所更新的位置值。在最后的调节时间t_s＝0.5s时刻，将引导结束位置值A_p(假设为30°)作为引导数据变量的结束值，即SY＝30°。这样系统就完成了一次引导方式下的伺服跟踪。通过记录的跟踪数据曲线可以看出系统实现无超调的成功性，如若未能达到系统跟踪的跟踪要求，继续调整k和λ值，直至系统实现引导方式下的跟踪无超调，直至伺服控制系统在伺服跟踪过程中能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪。

综上所述，传统的引导数据模型是：位置信息为设定的目标值，是一个固定值，速度信息是一个随机的，不受控的速度值；而本发明设计的引导数据模型是：位置信息为以设定的目标值为引导终止位置值、通过公式(1)依据不同时刻计算出来的一组实时变化的数组，该位置信息是曲线平滑的，速度信息也是依据公式(1)求导计算出来的一组符合正态分布的、在其起始和结束阶段趋近于零的速度值。位置信息曲线和速度信息曲线如图2所示。依据系统提出的线性范围内阶跃响应时间t_s(以及上升时间t_r)要求，根据公式(1)调节k，λ的值，最终实现系统在单位阶跃函数作用下的伺服跟踪过程中，既能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，又能够在跟踪目标的过程实现无超调跟踪，即σ％＝0。从图2可以明确地看出，系统在单位阶跃函数作用下的伺服跟踪过程中，在要求的调节时间内，实现了系统的无超调跟踪。

如图4所示，为本发明公开的一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的系统实施例1的结构示意图，所述系统包括：

采集模块401，用于采集伺服控制系统的工作模式；

当需要对伺服控制系统进行快速无超调跟踪控制时，在伺服控制系统工作的过程中，对伺服控制系统的工作模式进行采集。

判断模块402，用于判断伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；

对采集到的伺服控制系统的工作模式进行判断，判断采集到的伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式。

引导跟踪模块403，用于当伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；

基于公式(1)完成系统在单位阶跃函数作用下的伺服跟踪过程。

假设系统在引导方式下的引导起始位置值为A₀，引导结束位置值为A_p，调节时间为t_s，无超调，则公式(1)可以改进为公式(2)来进行表达。

调整模块404，用于调整k和λ值，其中所述k为时间迟滞正相关系数，所述λ为时间迟滞负相关系数；

然后对k和λ值进行调整，在调整k和λ值时，可通过公式(2)进行调整。

检验模块405，用于检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，当所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中未能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，所述引导跟踪模块和调整模块重复上述过程；

然后对伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪进行检验，在检验过程中，可通过查看记录数据曲线进行检验。

结束模块406，用于结束引导跟踪模式。

下面以具体的实例对上述实施例进行进一步的详细说明：

确认系统在引导跟踪模式下工作，在系统工作的初始时刻，将引导起始位置值A₀(假设为20°)作为引导数据变量的初始化值，即SY＝20°，伺服跟踪随即会将系统引导至起始位置值。随着t_s调节时间的推进，根据公式(2)调整k和λ值(假设k＝5，λ＝0.22)，计算出一组实时的数据，对引导数据变量进行迭代更新，即伺服跟踪同时也会将系统引导至引导数据变量所更新的位置值。在最后的调节时间t_s＝0.5s时刻，将引导结束位置值A_p(假设为30°)作为引导数据变量的结束值，即SY＝30°。这样系统就完成了一次引导方式下的伺服跟踪。通过记录的跟踪数据曲线可以看出系统实现无超调的成功性，如若未能达到系统跟踪的跟踪要求，继续调整k和λ值，直至系统实现引导方式下的跟踪无超调，直至伺服控制系统在伺服跟踪过程中能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪。

综上所述，传统的引导数据模型是：位置信息为设定的目标值，是一个固定值，速度信息是一个随机的，不受控的速度值；而本发明设计的引导数据模型是：位置信息为以设定的目标值为引导终止位置值、通过公式(1)依据不同时刻计算出来的一组实时变化的数组，该位置信息是曲线平滑的，速度信息也是依据公式(1)求导计算出来的一组符合正态分布的、在其起始和结束阶段趋近于零的速度值。位置信息曲线和速度信息曲线如图2所示。依据系统提出的线性范围内阶跃响应时间t_s(以及上升时间t_r)要求，根据公式(1)调节k，λ的值，最终实现系统在单位阶跃函数作用下的伺服跟踪过程中，既能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，又能够在跟踪目标的过程实现无超调跟踪，即σ％＝0。从图2可以明确地看出，系统在单位阶跃函数作用下的伺服跟踪过程中，在要求的调节时间内，实现了系统的无超调跟踪。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的方法，其特征在于，包括：

步骤S1：采集伺服控制系统的工作模式；

步骤S2：判断所述伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；

步骤S3：当所述伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；

步骤S4：调整k和λ值，其中所述k为时间迟滞正相关系数，所述λ为时间迟滞负相关系数；

步骤S5：检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，若是，则进入步骤S6，若否则返回执行步骤S3～步骤S4；

步骤S6：结束引导跟踪模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整k和λ值包括：

调整k和λ值，其中，A₀为引导起始位置值，A_p为引导结束位置值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪包括：

查看记录数据曲线，检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪。

4.一种引导伺服控制实现快速无超调跟踪的系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集伺服控制系统的工作模式；

判断模块，用于判断所述伺服控制系统的工作模式是否为引导跟踪模式；

引导跟踪模块，用于当所述伺服控制系统的工作模式为引导跟踪模式时，将引导起始位置值P(t)＝A₀作为起始引导值，将作为过程引导值，将引导结束位置值P(t)＝A_p作为结束引导值，并进行引导跟踪；

调整模块，用于调整k和λ值，其中所述k为时间迟滞正相关系数，所述λ为时间迟滞负相关系数；

检验模块，用于检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪，当所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中未能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，所述引导跟踪模块和调整模块重复上述过程；

结束模块，用于当所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，结束引导跟踪模式。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述调整k和λ值时，所述调整模块具体用于：

调整k和λ值，其中，A₀为引导起始位置值，A_p为引导结束位置值。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪时，所述检验模块具体用于：

查看记录数据曲线，检验所述伺服控制系统在伺服跟踪过程中是否能够在调节时间t_s要求的时间内快速跟踪目标，并实现无超调跟踪。