CN112683279B - 一种航迹仪的绘笔运动控制方法 - Google Patents

一种航迹仪的绘笔运动控制方法 Download PDF

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本发明涉及航迹仪技术领域，具体涉及一种航迹仪的绘笔运动控制方法，其根据绘笔当前位置和海图零位之间的距离变速控制绘笔的运动速度，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位。包括以下步骤：计算绘笔相对于海图零位的位置增量；根据绘笔相对于海图零位的位置增量分别生成对应于x轴方向的速度控制方案和对应于y轴方向的速度控制方案；以绘笔当前位置为起始位置，再根据速度控制方案对应控制绘笔以相应的速度运动，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位。本发明中的航迹仪绘笔运动控制方法响应及时且能够避免撞击零位，能够提升绘笔的归零准确性和标绘精度。

Description

一种航迹仪的绘笔运动控制方法
技术领域
本发明涉及航迹仪技术领域，具体涉及一种航迹仪的绘笔运动控制方法。
背景技术
航迹仪是舰船导航系统中的主要配套设备之一，它能根据陀螺罗经、计程仪提供的航向和航程信息，或其他导航设备提供的定位信息，在海图上自动连续地绘制出舰船航行的航迹和标记。航迹仪的应用，不仅具有重要的军事作用，而且因为航迹仪的绘制航线导航功能，使航海人员非常直观的了解到己船位置，偏航程度及未来海域的安全程度，航迹仪在远洋运输中也发挥了极大作用。
航迹仪对于舰船航迹的实时标绘，是通过实时接收由导航设备发送的纬度、经度值及各种绘图命令，通过数学模型的解算及直线插补运算后，产生绘图仪绘图电机的控制脉冲序列，经功放电路驱动绘图电机运行，再经机械转换变成绘笔在海图上运动。也就是，航迹仪需经过如下过程：首先接收导航设备发送舰船的实时经纬度坐标(φ,λ)，以计算机为控制中心，经过坐标投影变换得到纸海图的位置坐标(x,y)，再经过进一步转化为绘图电机的控制脉冲，最后通过传动机构控制绘笔绘图。
航迹仪在实际解算过程中，需以海图零位为基准绘制，故绘笔的归零精度直接影响到设备的标绘精度。现有航迹仪的绘笔是由步进电机带动的运动，步进电机具有响应及时、快速的优势。但是，现有步进电机带动绘笔时运动速度很快，一方面，步进电机的快速运动很容易撞击零点，导致绘笔的归零准确性不好；另一方面，步进电机的急停急启很容易造成机械故障或零位误差，同样导致绘笔的归零准确性受到影响。因此，申请人想到提出一种响应及时且能够避免撞击海图零位的航迹仪绘笔运动控制方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种响应及时且能够避免撞击零位的航迹仪绘笔运动控制方法，从而提升绘笔的归零准确性和标绘精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种航迹仪的绘笔运动控制方法，根据绘笔当前位置和海图零位之间的距离变速控制绘笔的运动速度，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位。
优选的，具体包括以下步骤：
S01：计算绘笔相对于海图零位的位置增量(Δx,Δy)；
S02：根据位置增量(Δx,Δy)分别生成对应于x轴方向的速度控制方案Fx和对应于y轴方向的速度控制方案Fy；
S03：以绘笔当前位置为起始位置，再根据速度控制方案Fx和Fy对应控制绘笔以相应的速度运动，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位。
优选的，步骤S01中，计算位置增量(Δx,Δy)时，包括以下步骤：
S11：获取舰船的初始位置(φ1,λ1)和当前位置(φ2,λ2)，并计算舰船的位置增量(Δφ,Δλ)；
S12：根据舰船的位置增量(Δφ,Δλ)计算绘笔相对于海图零位的位置增量(Δx,Δy)，具体过程如下：
根据公式计算得到Δx；
根据公式计算得到Δy；
式中，e表示地球椭球体偏心率，e2＝0.006693421623；a表示地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；φm表示平均纬度；φz表示基准纬度；Mc表示赤道比例尺，Mc＝cosφ2/[Mz(1-e2sin2φz)1/2]，Mz表示海图比例尺分母。
优选的，步骤S02中，生成速度控制方案Fx和Fy时，包括以下步骤：
S21：根据位置增量(Δx,Δy)分别计算绘笔对应于x轴方向的移笔脉冲数x1和对应于y轴方向的移笔脉冲数y1；
S22：根据移笔脉冲数x1划分出对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区，每个区以不同的速度控制方式控制绘笔运动速度；然后根据对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区生成对应的速度控制方案Fx；
S23：根据移笔脉冲数y1划分出对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区，每个区以不同的速度控制方式控制绘笔运动速度；然后根据对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区生成对应的速度控制方案Fy。
优选的，步骤S21中：
根据公式计算移笔脉冲数x1；
根据公式计算移笔脉冲数y1；
式中，Mhx为对应于x轴方向的脉冲当量，表示一个脉冲在x轴方向移动的距离；Mhy为对应于y轴方向的脉冲当量，表示一个脉冲在y轴方向移动的距离。
优选的，步骤S22中划分出对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区时，包括以下步骤：
S31：判断x1是否小于或等于设置的第一脉冲数阈值，若是，则速度控制方案Fx仅包括减速区；若否，则进入下一步骤；
S32：判断x1是否小于或等于设置的第二脉冲数阈值，若是，则速度控制方案Fx仅包括减速区和加速区；若否，则进入下一步骤；
S33：速度控制方案Fx包括减速区、匀速区和加速区。
优选的，安全速度为10脉冲当量；第一脉冲数阈值为2530；第二脉冲数阈值为5060。
优选的，步骤S31中，若速度控制方案Fx仅包括减速区，则绘笔以速度V1为初速度进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位；
其中，速度V1通过如下公式计算：
V1＝round(10*sqrt(x1/5))，式中，round表示四舍五入取整，sqrt表示开平方根。
优选的，步骤S32中，若速度控制方案Fx仅包括减速区和加速区，则绘笔以速度V2为初速度进入加速区并逐渐加速运动，当绘笔的速度达到220脉冲当量时进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位；
其中，速度V2通过如下公式计算：
V2＝trunc(10*sqrt((5060-x1)/5))，式中，trunc表示截断小数部分取整，sqrt表示开平方根。
优选的，步骤S33中，若速度控制方案Fx包括减速区、匀速区和加速区，则绘笔以安全速度为初速度进入加速区并逐渐加速运动，当绘笔的速度达到220脉冲当量时进入匀速区并保持匀速运动，最后绘笔以220脉冲当量的速度进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位。
本发明中的航迹仪绘笔运动控制方法与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明中，根据绘笔当前位置和海图零位之间的距离变速控制绘笔的运动速度，能够避免急停急启，并能够有效地保障标绘作业连贯性、可靠性和稳定性，从而能够提升绘笔的归零准确性和标绘精度。
2、本发明中，绘笔以设置的安全速度到达海图零位，能够避免绘笔过速产生机械撞击，即能够避免绘笔撞击零位，不仅有利于保护设备，还能够提升绘笔的归零准确性。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为实施例中绘笔运动控制方法的逻辑框图；
图2为实施例中步骤S02的逻辑框图；
图3为实施例中绘笔运动控制方法实施时的示意图；
图4为实施例中划分减速区、匀速区和加速区时的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例：
本实施例中公开了一种航迹仪的绘笔运动控制方法。
一种航迹仪的绘笔运动控制方法，根据绘笔当前位置和海图零位之间的距离变速控制绘笔的运动速度，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位。
本发明中，根据绘笔当前位置和海图零位之间的距离变速控制绘笔的运动速度，能够避免急停急启，并能够有效地保障标绘作业连贯性、可靠性和稳定性，从而能够提升绘笔的归零准确性和标绘精度。其次，本发明的绘笔以设置的安全速度到达海图零位，能够避免绘笔过速产生机械撞击，即能够避免绘笔撞击零位，不仅有利于保护设备，还能够提升绘笔的归零准确性。
具体实施过程中，如图1所示，绘笔运动控制方法具体包括以下步骤：
S01：计算绘笔相对于海图零位的位置增量(Δx,Δy)；
S02：根据位置增量(Δx,Δy)分别生成对应于x轴方向的速度控制方案Fx和对应于y轴方向的速度控制方案Fy；
S03：以绘笔当前位置为起始位置，再根据速度控制方案Fx和Fy对应控制绘笔以相应的速度运动，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位。
本发明中，根据位置增量分别生成了对应于x轴方向的速度控制方案和对应于y轴方向的速度控制方案，通过对x轴方向和y轴方向的分别控制(实际操作时，先控制绘笔完成速度控制方案Fx到达x轴方向的零位，再控制绘笔完成速度控制方案Fy到达y轴方向的零位)，能够有效地保障标绘作业连贯性、可靠性和稳定性，从而能够提升绘笔的归零准确性和标绘精度。其次，本发明的绘笔以设置的安全速度到达海图零位，能够避免绘笔过速产生机械撞击，即能够避免绘笔撞击零位，不仅有利于保护设备，还能够提升绘笔的归零准确性。
具体实施过程中，步骤S01中，计算位置增量(Δx,Δy)时，包括以下步骤：
S11：获取舰船的初始位置(φ1,λ1)和当前位置(φ2,λ2)，并计算舰船的位置增量(Δφ,Δλ)；
S12：根据舰船的位置增量(Δφ,Δλ)计算绘笔相对于海图零位的位置增量(Δx,Δy)，具体过程如下：
根据公式计算得到Δx；
根据公式计算得到Δy；
式中，e表示地球椭球体偏心率，e2＝0.006693421623；a表示地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；φm表示平均纬度；φz表示基准纬度；Mc表示赤道比例尺，Mc＝cosφ2/[Mz(1-e2 sin2φz)1/2]，Mz表示海图比例尺分母。本实施例中，Δφ＝φ2-φ1；Δλ＝λ2-λ1。
本发明中，根据舰船的初始位置和当前位置计算绘笔相对于海图零位的位置增量，使得绘笔和海图零位的位置能够更好的与舰船位置相对应，有利于提升绘笔的归零准确性和标绘精度。其次，通过上述公式能够计算得到更准确的绘笔相对于海图零位的位置增量，同样有利于提升绘笔的标绘精度。
具体实施过程中，如图2和图3所示，步骤S02中生成速度控制方案Fx和Fy时，包括以下步骤：
S21：根据位置增量(Δx,Δy)分别计算绘笔对应于x轴方向的移笔脉冲数x1和对应于y轴方向的移笔脉冲数y1；
S22：根据移笔脉冲数x1划分出对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区，每个区以不同的速度控制方式控制绘笔运动速度；然后根据对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区生成对应的速度控制方案Fx；
S23：根据移笔脉冲数y1划分出对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区，每个区以不同的速度控制方式控制绘笔运动速度；然后根据对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区生成对应的速度控制方案Fy。
本发明中，根据绘笔的移笔脉冲数划分出对应于x轴和y轴方向的减速区、匀速区和加速区的方式，有利于更好的变速控制绘笔的运动速度，能够有效地保障标绘作业连贯性、可靠性和稳定性，从而能够提升绘笔的归零准确性和标绘精度。
具体实施过程中，步骤S21中：
根据公式计算移笔脉冲数x1；
根据公式计算移笔脉冲数y1；
式中，Mhx为对应于x轴方向的脉冲当量，表示一个脉冲在x轴方向移动的距离；Mhy为对应于y轴方向的脉冲当量，表示一个脉冲在y轴方向移动的距离。
本发明中，根据上述公式能够准确的计算绘笔的移笔脉冲数，有利于更好的变速控制绘笔的运动速度，从而能够有效地保障标绘作业连贯性、可靠性和稳定性。
具体实施过程中，如图4所示，步骤S22中划分出对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区时(其中，划分出对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区的方式与此相同，将下述内容中的x1替换为y1即可)，包括以下步骤：
S31：判断x1是否小于或等于设置的第一脉冲数阈值，若是，则速度控制方案Fx仅包括减速区；若否，则进入下一步骤；
S32：判断x1是否小于或等于设置的第二脉冲数阈值，若是，则速度控制方案Fx仅包括减速区和加速区；若否，则进入下一步骤；
S33：速度控制方案Fx包括减速区、匀速区和加速区。
本发明中，根据绘笔的移笔脉冲数划分出对应于x轴和y轴方向的减速区、匀速区和加速区的方式，有利于更好的变速控制绘笔的运动速度，能够有效地保障标绘作业连贯性、可靠性和稳定性，从而能够提升绘笔的归零准确性和标绘精度。其次，当移笔脉冲数小于或等于第一脉冲数阈值时，速度控制方案仅包括减速区，目的是避免绘笔撞击零位，能够提升绘笔的归零准确性；当移笔脉冲数大于第一脉冲数阈值小于或等于第二脉冲数阈值时，速度控制方案仅包括减速区和加速区，目的是在避免绘笔撞击零位的基础上尽可能的提升绘笔的运动速度，即保证设备的响应速度；当移笔脉冲数大于第二脉冲数阈值时，速度控制方案包括减速区、匀速区和加速区，目的是在保证响应速度的基础上，避免绘笔运动速度过快，从而能够保护设备。
具体实施过程中，安全速度为10脉冲当量；第一脉冲数阈值为5030；第二脉冲数阈值为5060。本实施例中，按脉冲当量Mhx＝0.06计算，10脉冲当量可表示为0.6mm/s；220脉冲当量可表示为13.2mm/s；脉冲数2530可表示为151.8mm；脉冲数5060可表示为303.6mm。
具体实施过程中，步骤S31中，若速度控制方案Fx仅包括减速区，则绘笔以速度V1为初速度进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位，最终停止在海图零位(即速度为0)。
其中，速度V1通过如下公式计算：
V1＝round(10*sqrt(x1/5))，式中，round表示四舍五入取整，sqrt表示开平方根。
本发明中，当移笔脉冲数小于或等于2530时，速度控制方案仅包括减速区，目的是避免绘笔撞击零位，能够提升绘笔的归零准确性。
具体实施过程中，步骤S32中，若速度控制方案Fx仅包括减速区和加速区，则绘笔以速度V2为初速度进入加速区并逐渐加速运动，当绘笔的速度达到220脉冲当量时(或者移动x1-2530)进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位，最终停止在海图零位(即速度为0)。
其中，速度V2通过如下公式计算：
V2＝trunc(10*sqrt((5060-x1)/5))，式中，trunc表示截断小数部分取整，sqrt表示开平方根。
本发明中，当移笔脉冲数大于2530小于或等于5060时，速度控制方案仅包括减速区和加速区，目的是在避免绘笔撞击零位的基础上尽可能的提升绘笔的运动速度，即保证设备的响应速度；
具体实施过程中，步骤S33中，若速度控制方案Fx包括减速区、匀速区和加速区，则绘笔以安全速度为初速度进入加速区并逐渐加速运动，当绘笔的速度达到220脉冲当量时进入匀速区并保持匀速运动，最后绘笔以220脉冲当量的速度进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位，最终停止在海图零位(即速度为0)。
本发明中，当移笔脉冲数大于5060时，速度控制方案包括减速区、匀速区和加速区，目的是在保证响应速度的基础上，避免绘笔运动速度过快，从而能够保护设备。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于：根据绘笔当前位置和海图零位之间的距离变速控制绘笔的运动速度，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位；
具体包括以下步骤：
S01：计算绘笔相对于海图零位的位置增量(Δx,Δy)；
S02：根据位置增量(Δx,Δy)分别生成对应于x轴方向的速度控制方案Fx和对应于y轴方向的速度控制方案Fy；
S03：以绘笔当前位置为起始位置，再根据速度控制方案Fx和Fy对应控制绘笔以相应的速度运动，并使得绘笔以设置的安全速度到达海图零位；
步骤S02中，生成速度控制方案Fx和Fy时，包括以下步骤：
S21：根据位置增量(Δx,Δy)分别计算绘笔对应于x轴方向的移笔脉冲数x1和对应于y轴方向的移笔脉冲数y1；
S22：根据移笔脉冲数x1划分出对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区，每个区以不同的速度控制方式控制绘笔运动速度；然后根据对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区生成对应的速度控制方案Fx；
S23：根据移笔脉冲数y1划分出对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区，每个区以不同的速度控制方式控制绘笔运动速度；然后根据对应于y轴方向的减速区、匀速区和/或加速区生成对应的速度控制方案Fy；
步骤S22中划分出对应于x轴方向的减速区、匀速区和/或加速区时，包括以下步骤：
S31：判断x1是否小于或等于设置的第一脉冲数阈值，若是，则速度控制方案Fx仅包括减速区；若否，则进入下一步骤；
S32：判断x1是否小于或等于设置的第二脉冲数阈值，若是，则速度控制方案Fx仅包括减速区和加速区；若否，则进入下一步骤；
S33：速度控制方案Fx包括减速区、匀速区和加速区。
2.如权利要求1所述的航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于：步骤S01中，计算位置增量(Δx,Δy)时，包括以下步骤：
S11：获取舰船的初始位置(φ1,λ1)和当前位置(φ2,λ2)，并计算舰船的位置增量(Δφ,Δλ)；
S12：根据舰船的位置增量(Δφ,Δλ)计算绘笔相对于海图零位的位置增量(Δx,Δy)，具体过程如下：
根据公式计算得到Δx；
根据公式计算得到Δy；
式中，e表示地球椭球体偏心率，e2＝0.006693421623；a表示地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；φm表示平均纬度；φz表示基准纬度；Mc表示赤道比例尺，Mc＝cosφ2/[Mz(1-e2 sin2φz)1/2]，Mz表示海图比例尺分母。
3.如权利要求1所述的航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于，步骤S21中：
根据公式计算移笔脉冲数x1；
根据公式计算移笔脉冲数y1；
式中，Mhx为对应于x轴方向的脉冲当量，表示一个脉冲在x轴方向移动的距离；Mhy为对应于y轴方向的脉冲当量，表示一个脉冲在y轴方向移动的距离。
4.如权利要求1所述的航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于：安全速度为10脉冲当量；第一脉冲数阈值为2530；第二脉冲数阈值为5060。
5.如权利要求4所述的航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于：步骤S31中，若速度控制方案Fx仅包括减速区，则绘笔以速度V1为初速度进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位；其中，速度V1通过如下公式计算：
V1＝round(10*sqrt(x1/5))，式中，round表示四舍五入取整，sqrt表示开平方根。
6.如权利要求4所述的航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于：步骤S32中，若速度控制方案Fx仅包括减速区和加速区，则绘笔以速度V2为初速度进入加速区并逐渐加速运动，当绘笔的速度达到220脉冲当量时进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位；其中，速度V2通过如下公式计算：
V2＝trunc(10*sqrt((5060-x1)/5))，式中，trunc表示截断小数部分取整，sqrt表示开平方根。
7.如权利要求4所述的航迹仪的绘笔运动控制方法，其特征在于：步骤S33中，若速度控制方案Fx包括减速区、匀速区和加速区，则绘笔以安全速度为初速度进入加速区并逐渐加速运动，当绘笔的速度达到220脉冲当量时进入匀速区并保持匀速运动，最后绘笔以220脉冲当量的速度进入减速区并逐渐减速运动，直至绘笔的速度降至安全速度时到达海图零位。
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