CN114153235B - 一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法 - Google Patents

一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114153235B
CN114153235B CN202111074896.4A CN202111074896A CN114153235B CN 114153235 B CN114153235 B CN 114153235B CN 202111074896 A CN202111074896 A CN 202111074896A CN 114153235 B CN114153235 B CN 114153235B
Authority
CN
China
Prior art keywords
servo
motor
rejection
output speed
control strategy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111074896.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114153235A (zh
Inventor
雷阳
徐静
宋海平
刘斌
门义双
郝强
高云锟
孙玥
马帅
张娜
王宇翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China North Vehicle Research Institute
Original Assignee
China North Vehicle Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China North Vehicle Research Institute filed Critical China North Vehicle Research Institute
Priority to CN202111074896.4A priority Critical patent/CN114153235B/zh
Publication of CN114153235A publication Critical patent/CN114153235A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114153235B publication Critical patent/CN114153235B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，包括：1、计算伺服拒止平台的期望位置和实际位置之间的位置误差，定义为e；2、根据步骤1的计算结果进行判断，在|e|>|e0|、|e1|<|e|≤|e0|、|e2|<|e|≤|e1|、|e|≤|e2|四种情况下，对应采用四种不同的控制策略计算输出速度；其中，e0是电机的最高转速ω0和P控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；e1是图像可识别的最大角度位置；e2是满足图像识别要求的最大速度ω1和PI控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；3、将步骤2中计算得到的输出速度发送给驱动器，驱动器驱动电机以该输出速度旋转，以带动伺服拒止平台运动；4、实时测量伺服拒止平台运动的实际位置，并返回步骤1计算e，直至e达到预设的精度阈值，控制结束。

Description

一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法
技术领域
本发明涉及伺服拒止平台技术领域，具体涉及一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法。
背景技术
基于新的任务载荷的发展，对伺服拒止平台的运动调转性能需求也有所提升。具体表现在：1、高速引导调转模式下，根据上级下发的位置，经过解算计算得到伺服拒止平台运动的角度位置，实时控制器通过控制算法将计算的输出速度量给到驱动器，驱动器根据速度指令驱动伺服电机转动，经减速器带动伺服拒止平台运动；在该模式下，期望的结果即伺服拒止平台能够高速引导调转、精准到位。2、视频图像闭环的跟踪模式下，根据安装到伺服拒止平台上的光电瞄准镜实时采集的图像，运用识别算法进行图像识别与目标跟踪，依据图像像素计算伺服拒止平台偏差的角度，以该角度量作为控制算法输入，经过控制算法计算，得到输出速度量，并将输出速度量发送给驱动器，从而驱动伺服拒止平台带动光电瞄准镜运动，以此来跟踪指定目标；在该模式下，既期望伺服拒止平台运动速度不能太快，从而减少运动震荡次数，以便满足图像识别需要，又期望在图像像素计算角度的低采样率下伺服拒止平台反应迅速，以满足快速跟踪的要求。
伺服拒止平台传统意义上所采用的控制算法是PID控制算法，是根据角度误差进行的一种固定参数和固定结构的控制计算，从而无法避免会出现以下问题，即：1、为了提高伺服拒止平台过渡过程的速度，造成图像容易模糊且震荡次数多；2、为了满足图像识别的要求，拒止运动被限速，在高速引导调转时无法达到要求的快速性，从而，传统意义上的PID运动控制无法同时满足上述两个模式的要求。
为此，需要设计一种伺服拒止平台的运动控制方法，以期能满足新的任务载荷的平台运动调转的性能需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，满足高速引导调转模式和视频图像闭环跟踪模式下，对伺服拒止平台运动的性能要求；能够实现伺服拒止平台高速引导调转、精准到位，以及根据图像识别反馈，驱动伺服拒止平台快速跟踪期望目标。
本发明的技术方案为：一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：计算伺服拒止平台的期望位置和实际位置之间的位置误差，定义为e；
步骤二：根据步骤一的计算结果进行判断，在|e|>|e0|、|e1|<|e|≤|e0|、|e2|<|e|≤|e1|、|e|≤|e2|四种情况下，对应采用四种不同的控制策略计算输出速度；
其中，e0是电机的最高转速ω0和P控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；e1是图像可识别的最大角度位置；e2是满足图像识别要求的最大速度ω1和PI控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；
步骤三：将步骤二中计算得到的输出速度发送给驱动器，驱动器驱动电机以该输出速度旋转，以带动伺服拒止平台运动；
步骤四：实时测量伺服拒止平台运动的实际位置，并返回步骤一计算位置误差，直至位置误差e达到预设的精度阈值，控制结束。
其特征在于，所述步骤二中，当|e|>|e0|时，所述控制策略为电机以最高转速ω0旋转。
优选地，当e>e0时，控制策略对应的输出速度为ω0；当e<-e0时，控制策略对应的输出速度为-ω0。
优选地，所述步骤二中，当|e1|<|e|≤|e0|时，所述控制策略为电机以采用P控制器计算的输出速度旋转。
优选地，当e1<e≤e0时，控制策略对应的输出速度为当-e0≤e<-e1时，控制策略对应的输出速度为/>其中，T为电机的额定扭矩，J为电机轴上的总转动惯量。
优选地，所述步骤二中，当|e2|<|e|≤|e1|时，所述控制策略为电机以满足图像识别要求的最大速度ω1旋转。
优选地，当e2<e≤e1时，控制策略对应的输出速度为ω1；当-e1≤e<-e2时，控制策略对应的输出速度为-ω1。
优选地，当|e|≤|e2|时，所述控制策略为电机以采用PI控制器计算的输出速度旋转。
优选地，所述采用PI控制器对应的输出速度为：
fPI(e)＝KP*e(t)+KI∫e(t)dt；
其中，KP和KI分别为PI控制器的比例控制参数和积分控制参数，e(t)为不同时刻的实时位置误差。
优选地，e0的计算方式为：
e2的计算方法为：
其中，T为电机的额定扭矩，J为电机轴上的总转动惯量。
有益效果：
本发明的伺服拒止平台运动控制方法，利用伺服拒止平台的期望位置和伺服拒止平台的实际位置之间的位置误差与设定的开关阈值进行比较，当位置误差大于阈值时，控制电机以最高转速逼近给定位置；当位置误差小于阈值时，控制电机按照位置误差通过位置比例调节器的参考速度提前进行减速；当位置误差继续缩小到图像识别的最大角度位置后，控制电机以最大图像识别要求速度进行运动；当位置误差逼近给定位置时，采用位置差的比例积分控制，消除静差；该方法实现了在大的误差角度的时候以最大能力输出，快到预设位置时提前以最大能力进行减速，同时又抑制了积分饱和现象造成的影响，满足了高速引导调转模式和视频图像闭环的跟踪模式对伺服拒止平台运动的性能需求。
附图说明
图1为本发明的伺服拒止平台运动控制方法的流程图。
图2为本发明中伺服拒止平台运动的控制原理图。
图3为本发明中伺服拒止平台运动的控制效果图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，满足高速引导调转模式和视频图像闭环跟踪模式下，对伺服拒止平台运动的性能要求；能够实现伺服拒止平台高速引导调转、精准到位，以及根据图像识别反馈，驱动伺服拒止平台快速跟踪期望目标。
本实施例中的已知条件如下：
当伺服拒止平台的机械和电机部件装配好，瞄准镜的视场和镜子相机的帧频选择好之后，则伺服拒止平台的电机的最高转速为ω0，电机的额定扭矩为T，电机轴上的总转动惯量为J，满足图像识别要求的最大速度为ω1，图像可以识别的最大角度位置为e1；
需要说明的是，本实施例中的变结构指不同控制策略之间的变化；
如图1所示，该伺服拒止平台运动的控制方法包括以下步骤：
步骤一：计算伺服拒止平台的期望位置和实际位置之差，得到位置误差，定义为e；
步骤二：判断|e|与|e0|之间的关系，当|e|>|e0|时，输出速度为ω0，即驱动器驱动电机以最高转速ω0旋转；其中，e0是电机的最高转速ω0和P控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；当|e|≤|e0|时，转入第三步；
步骤三：判断|e|与|e1|之间的关系，当|e1|<|e|≤|e0|时，采用P控制器的控制思想，输出速度fP(e)成比例递减，其表达式为：
驱动器驱动电机以该输出速度旋转；其中，e1是图像可识别的最大角度位置(同时也是P控制器按对应控制策略计算的输出速度和满足图像识别要求的最大速度ω1之间的切换点)；
当|e|≤|e1|时，转入第四步；
步骤四：判断|e|与|e2|之间的关系，当|e2|<|e|≤|e1|时，驱动器驱动电机以图像识别要求的最大速度ω1旋转；当|e|≤|e2|时，转入第五步；
步骤五：当|e|≤|e2|时，采用标准的PI控制器，驱动器驱动电机以fPI(e)的输出速度旋转，fPI(e)的表达式为：
fPI(e)＝KP*e(t)+KI∫e(t)dt；
其中，KP和KI分别为PI控制器的比例控制参数和积分控制参数，e(t)为不同时刻的实时位置误差，e2是满足图像识别要求的最大速度ω1和PI控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；
步骤六：如图2所示，将步骤二～步骤五中计算得到的输出速度发送给驱动器，驱动器驱动电机以对应的输出速度旋转，从而带动伺服拒止平台进行相应的运动；
步骤七：实时测量伺服拒止平台运动的实际位置，并返回步骤一计算位置误差，直至位置误差e在允许的精度阈值内(例如，e＝0)，控制结束。
本实施例中，e0的计算方式为：
本实施例中，e2的计算方法为：
本实施例中，上述步骤五中，也可采用标准的反计算积分饱和控制器，这样fPI(e)的表达式为：
fPI(e)＝KP*e(t)+KI∫(e(t)-KC*(u(t-1)-us(t-1)))dt；
其中，KC为反计算抗饱和系数，u(t)为采用PI控制器计算得到的输出速度，us(t)为设置饱和限幅输出后的输出速度。
本实施例中，伺服拒止平台电机轴上的总转动惯量J＝0.0074kg*m2，电机额定扭矩T＝4.48N*m，电机最大转速ω0＝3000r/min，阈值e1＝80mil，图像识别要求的最大速度ω1＝150r/min；控制参数KP＝8，KI＝4，KC＝10；则基于变结构的伺服拒止平台运动的控制效果如图3所示，图中展示在1s时刻输入的期望位置角度为45度，实线和虚线分别对比显示两种控制方法的伺服拒止平台的实际运动过程；从图中可以看到，采用原始的控制方法，伺服拒止平台经过了较大的振荡才缓慢的到达期望位置，然而采用本发明的基于变结构的伺服拒止平台运动的控制，伺服拒止平台的运动控制能够快速的精准的到达期望位置。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：计算伺服拒止平台的期望位置和实际位置之间的位置误差，定义为e；
步骤二：根据步骤一的计算结果进行判断，在|e|>|e0|、|e1|<|e|≤|e0|、|e2|<|e|≤|e1|、|e|≤|e2|四种情况下，对应采用四种不同的控制策略计算输出速度；
其中，e0是电机的最高转速ω0和P控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；e1是图像可识别的最大角度位置；e2是满足图像识别要求的最大速度ω1和PI控制器按对应控制策略计算的输出速度之间的切换点；
步骤三：将步骤二中计算得到的输出速度发送给驱动器，驱动器驱动电机以该输出速度旋转，以带动伺服拒止平台运动；
步骤四：实时测量伺服拒止平台运动的实际位置，并返回步骤一计算位置误差，直至位置误差e达到预设的精度阈值，控制结束；
所述步骤二中，当|e|>|e0|时，所述控制策略为电机以最高转速ω0旋转；
当|e|≤|e0|时，判断|e|与|e1|之间的关系，当|e1|<|e|≤|e0|时，采用P控制器的控制思想，输出速度fP(e)成比例递减；
当|e|≤|e1|时，判断|e|与|e2|之间的关系，当|e2|<|e|≤|e1|时，驱动器驱动电机以图像识别要求的最大速度ω1旋转；
当|e|≤|e2|时，采用标准的PI控制器，驱动器驱动电机以fPI(e)的输出速度旋转。
2.如权利要求1所述的基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，其特征在于，当e>e0时，控制策略对应的输出速度为ω0；当e<-e0时，控制策略对应的输出速度为-ω0。
3.如权利要求1所述的基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，其特征在于，当e1<e≤e0时，控制策略对应的输出速度为当-e0≤e<-e1时，控制策略对应的输出速度为/>其中，T为电机的额定扭矩，J为电机轴上的总转动惯量。
4.如权利要求1所述的基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，其特征在于，当e2<e≤e1时，控制策略对应的输出速度为ω1；当-e1≤e<-e2时，控制策略对应的输出速度为-ω1。
5.如权利要求1所述的基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，其特征在于，所述采用PI控制器对应的输出速度为：
fPI(e)＝KP*e(t)+KI∫e(t)dt；
其中，KP和KI分别为PI控制器的比例控制参数和积分控制参数，e(t)为不同时刻的实时位置误差。
6.如权利要求1-5任意一项所述的基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法，其特征在于，e0的计算方式为：
e2的计算方法为：
其中，T为电机的额定扭矩，J为电机轴上的总转动惯量。
CN202111074896.4A 2021-09-14 2021-09-14 一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法 Active CN114153235B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111074896.4A CN114153235B (zh) 2021-09-14 2021-09-14 一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111074896.4A CN114153235B (zh) 2021-09-14 2021-09-14 一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114153235A CN114153235A (zh) 2022-03-08
CN114153235B true CN114153235B (zh) 2023-08-08

Family

ID=80462311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111074896.4A Active CN114153235B (zh) 2021-09-14 2021-09-14 一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114153235B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1411244A (en) * 1972-09-13 1975-10-22 Aga Ab Servo apparatus
JP2005006435A (ja) * 2003-06-12 2005-01-06 Sony Corp 同軸二輪車
CN102540880A (zh) * 2012-02-03 2012-07-04 中国科学院光电技术研究所 一种伺服转台系统中快速平稳跟踪控制方法
CN109358507A (zh) * 2018-10-29 2019-02-19 东北大学 一种时变性能边界约束的视觉伺服自适应跟踪控制方法
CN109754368A (zh) * 2019-01-23 2019-05-14 郑州工程技术学院 一种桥梁质量检测中的裂缝拼接方法
CN111360827A (zh) * 2020-03-06 2020-07-03 哈尔滨工业大学 一种视觉伺服切换控制方法及系统
CN112462797A (zh) * 2020-11-30 2021-03-09 深圳技术大学 一种利用灰色预测模型的视觉伺服控制方法及系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1411244A (en) * 1972-09-13 1975-10-22 Aga Ab Servo apparatus
JP2005006435A (ja) * 2003-06-12 2005-01-06 Sony Corp 同軸二輪車
CN102540880A (zh) * 2012-02-03 2012-07-04 中国科学院光电技术研究所 一种伺服转台系统中快速平稳跟踪控制方法
CN109358507A (zh) * 2018-10-29 2019-02-19 东北大学 一种时变性能边界约束的视觉伺服自适应跟踪控制方法
CN109754368A (zh) * 2019-01-23 2019-05-14 郑州工程技术学院 一种桥梁质量检测中的裂缝拼接方法
CN111360827A (zh) * 2020-03-06 2020-07-03 哈尔滨工业大学 一种视觉伺服切换控制方法及系统
CN112462797A (zh) * 2020-11-30 2021-03-09 深圳技术大学 一种利用灰色预测模型的视觉伺服控制方法及系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
装片机晶片台运动控制系统的分析;徐品烈;任绍彬;郝靖;;电子工业专用设备(第05期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114153235A (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107223220A (zh) 云台控制方法、装置及云台
US8831777B2 (en) Robot program changing device
JP5727103B2 (ja) ロボット装置およびその制御方法
EP3882736A1 (en) Method for controlling handheld gimbal, and handheld gimbal
CN106060380A (zh) 一种联动相机控制系统及控制方法
CN108762117B (zh) 一种伺服驱动器控制方法及装置
CN105955328B (zh) 云台摄像头的速度控制方法和装置
CN114153235B (zh) 一种基于变结构的伺服拒止平台运动的控制方法
Suluh et al. Spatial navigation principles: Applications to mobile robotics
CN206224153U (zh) 一种适用于不平衡转矩伺服系统的控制装置
CN104897156A (zh) 一种旋转调制惯性导航系统的旋转控制方法
CN109031950B (zh) 基于俯仰角反转和角度平滑的跟踪转台程序导引过顶方法
CN208384428U (zh) 基于反向位移补偿的稳定转台系统
CN112847373A (zh) 一种机器人轨迹同步控制方法、计算机可读存储介质
Sun et al. The study of ball and plate system based on non-linear PID
JP2014218192A (ja) 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法
CN112865627B (zh) 一种步进电机的控制方法及装置
CN111427386B (zh) 一种结合bang-bang控制与无超调预测控制的光电设备快速调转方法
CN108616744A (zh) 一种仿生双眼视觉校准系统及校准方法
Stern et al. Hypersonic Pitching Control Model Development
Zhou et al. Design of rolling ball control system based on OpenMV
CN105983966B (zh) 机器手臂的控制装置及方法
KR101066037B1 (ko) 이동 로봇의 좌/우휠 크기 오차 보정장치 및 방법
Alizadeh et al. Optimal error-clamping design for position-based visual servoing of a 2-DOF model helicopter
CN116828310A (zh) 一种水下动态无线光通信激光光斑捕获系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant