CN114995260B - 一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法及系统 - Google Patents

一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，包括以下步骤：获取运动模拟器的驱动方案；基于驱动方案，构建两个运动模拟器的控制模型；基于事件驱动机制，获取双驱同步控制，并且设置同步控制误差阈值；基于CAN总线通讯，对两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；基于控制误差及同步控制误差阈值，启动双驱同步控制，基于双驱同步控制对控制模型进行控制。通过以上技术方案，本发明能够考虑事件驱动下的同步控制误差，保证了全向运动模拟器运功过程相对和绝对位置控制精度要求。

Description

一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法及系统
技术领域
本发明属于运动模拟器领域，特别是涉及一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法及系统。
背景技术
十二自由度全向运动模拟器是模拟双星编队飞行的地面仿真验证的重要技术手段。由于双星编队飞行的空间行程及相对距离较大，在进行地面仿真模拟时，全向运动模拟器存在着动载荷、长行程、大跨度的问题，为运动模拟过程中相对速度和位置精度提出了高精度的控制要求。
目前，参见2018年学位论文，公开了“分布式SAR构形优化设计与基于事件驱动机制的构形控制”，但是现有技术在双星编队飞行领域上，针对的是编队构形设计及构形控制，没有涉及地面仿真验证技术。
参见申请号为201510125414.1的中国专利，公开了“基于统计模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法及模型”，但是现有技术在对桁架结构运动部件控制上，采用基于统计模型的动梁式龙门机床双驱进给误差补偿方法及模型，没有考虑事件驱动下的同步控制误差影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，包括：
获取运动模拟器的驱动方案；
基于所述驱动方案，构建两个运动模拟器的控制模型；
基于事件驱动机制，获取双驱同步控制，并且设置同步控制误差阈值；
基于CAN总线通讯，对所述两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
基于所述控制误差及所述同步控制误差阈值，启动所述双驱同步控制，基于所述双驱同步控制对所述控制模型进行控制。
优选地，获取运动模拟器的驱动方案的过程包括：
通过直线电机驱动运动模拟器，获取运动模拟器的驱动方案。
优选地，构建运动模拟器的控制模型的过程包括：
基于所述驱动方案，获取所述直线电机的驱动力，基于所述驱动力获取所述运动模拟器与导轨的摩擦力；
基于所述驱动力、所述摩擦力、运动模拟器的质量及运动模拟器加速度，构建两个运动模拟器的控制模型。
优选地，设置同步控制误差阈值的过程包括：
基于事件驱动设计控制器，基于所述控制器获得两次时间序列间的采样值；
基于所述控制器的状态值与所述采样值，得到运动模拟器的控制误差，基于所述控制误差设置同步控制误差阈值。
优选地，启动所述双驱同步控制的过程包括：
通过CAN总线通讯接口电路，对所述两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
对所述控制误差与所述同步控制误差阈值进行比较，若所述控制误差超过所述同步控制误差阈值，则启动双驱同步控制，若所述控制误差不超过所述同步控制误差阈值，则不启动双驱同步控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于事件驱动机制的双驱同步控制系统，包括：
驱动方案获取模块，用于获取运动模拟器的驱动方案；
模型构建模块，基于所述驱动方案构建两个运动模拟器的控制模型；
阈值设置模块，基于事件驱动机制设置同步控制误差阈值；
信息比较模块，基于CAN总线通讯对所述控制模型的状态信息进行比较，得到两个控制模型的控制误差，基于所述控制误差及所述同步控制误差阈值，启动所述双驱同步控制；
模型控制模块，基于所述双驱同步控制对所述控制模型进行控制。
优选地，驱动方案获取模块包括：电机驱动单元；
所述电机驱动单元，用于通过直线电机驱动运动模拟器，获取运动模拟器的驱动方案。
优选地，模型构建模块包括：摩擦力获取单元和模型构建单元；
所述摩擦力获取单元，基于所述驱动方案获取所述直线电机的驱动力，基于所述驱动力获取所述运动模拟器与导轨的摩擦力；
所述模型构建单元，基于所述驱动力、所述摩擦力、运动模拟器的质量及加速度，构建两个运动模拟器的控制模型。
优选地，阈值设置模块包括：采样值获取单元和阈值设置单元；
所述采样值获取单元，基于事件驱动设计控制器，基于所述控制器获得两次时间序列间的采样值；
所述阈值设置单元，基于所述控制器的状态值与所述采样值，得到运动模拟器的控制误差，基于所述控制误差设置同步控制误差阈值。
优选地，信息比较模块包括：误差计算单元和误差比较单元；
所述误差计算单元，用于通过CAN总线通讯接口电路，对所述两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
所述误差比较单元，用于对所述控制误差与所述同步控制误差阈值进行比较，若所述控制误差超过所述同步控制误差阈值，则启动双驱同步控制，若所述控制误差不超过所述同步控制误差阈值，则不启动双驱同步控制。
本发明的技术效果为：
本发明基于事件驱动机制设计双边控制误差阈值，通过CAN总线实时通讯，建立双边同时控制的双驱同步控制方法，保证了全向运动模拟器运功过程相对和绝对位置控制精度要求。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的控制系统方框图；
图2为本发明实施例中的控制误差阈值驱动同步控制系统框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，包括：
获取运动模拟器的驱动方案；
基于驱动方案，构建两个运动模拟器的控制模型；
基于事件驱动机制，获取双驱同步控制，并且设置同步控制误差阈值；
基于CAN总线通讯，对两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
基于控制误差及同步控制误差阈值，启动双驱同步控制，基于双驱同步控制对控制模型进行控制。
在一些实施例中，获取运动模拟器的驱动方案的过程包括：通过直线电机驱动运动模拟器，获取运动模拟器的驱动方案。
在一些实施例中，构建运动模拟器的控制模型的过程包括：基于驱动方案，获取直线电机的驱动力，基于驱动力获取运动模拟器与导轨的摩擦力；基于驱动力、摩擦力、运动模拟器的质量及运动模拟器加速度，构建两个运动模拟器的控制模型。
在一些实施例中，设置同步控制误差阈值的过程包括：基于事件驱动设计控制器，基于控制器获得两次时间序列间的采样值；基于控制器的状态值与采样值，得到运动模拟器的控制误差，基于控制误差设置同步控制误差阈值。
在一些实施例中，启动双驱同步控制的过程包括：
通过CAN总线通讯接口电路，对两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
对控制误差与同步控制误差阈值进行比较，若控制误差超过同步控制误差阈值，则启动双驱同步控制，若控制误差不超过同步控制误差阈值，则不启动双驱同步控制。基于双驱同步控制启动判定，启动判定即为驱动事件。
如图2所示，控制误差阈值驱动同步控制系统框图，两运动模拟器分别在自身控制模型下运动，通过CAN总线比较两运动模拟器输出信息，当比较的控制误差没有超过设置的控制误差阈值时，两运动模拟器在各自的控制模型下运动；当比较的控制误差超过设置的控制误差阈值时，即驱动同步控制，将运动模拟器1的控制输出x1O叠加到运动模拟器2的控制输入x2i上，这样既能保证全向运动模拟器的绝对位置精度，又可保证全向运动模拟器的相对位置精度。
一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，具体步骤如下：
步骤一：确定全向运动模拟器控制系统驱动方案。针对全向运动模拟器控制系统对速度和位置精度的要求，采用直线电机作为运动模拟器驱动的执行机构。
其中，所述直线电机为科尔摩根公司生产的直线电机，由AKD-P00606-0000伺服驱动器驱动，驱动器持续输出电流为6A，最大值为18A；驱动器需在三相220V交流电和24V稳压直流电源下工作。
步骤二：构建运动模拟器单轴独立伺服控制系统模型。采用直线电机驱动方案的运动模拟器在12m行程、4m跨度上运行时，模拟器各向主要运动为刚体受力线性运动。在此过程中，直线电机驱动力F，运动模拟器与导轨件相对运动的滑动摩擦力FT，运动模拟器与导轨间的粘滞摩擦力Fb，运动模拟器质量为m，运动模拟器加速度为a，则运动模拟器的控制模型为：
F＝ma+Fb+Ft (1)
控制系统方框图如图1所示。
其中，所述滑动摩擦力为干扰力，与导轨滑动摩擦系数μ、导轨面上承受的正压力N有关，满足FT＝μN；所述的粘滞摩擦力Fb为干扰力，与运动模拟器速度v成正比，比例系数为常值f，满足Fb＝fv，但粘滞摩擦力一般较小，可忽略。
步骤三：设置基于事件驱动的十二自由度全向运动模拟器的同步控制误差。设计全向运动模拟器基于事件驱动的控制器：
Figure BDA0003724227280000071
式中：i＝1,2为双六自由度运动模拟器编号；六自由度运动模拟器转动惯量Ji＝diag(Jix,Jiy,Jiz)；Fi∈R3×6为增益矩阵；yi(t)为六自由度运动模拟器位置信息。bi≥0，aij≥0为权重系数，分别代表两个六自由度运动模拟器自身权重、以及相互协同关系的权重。
定义
Figure BDA0003724227280000081
为第i个运动模拟器触发第k(k＝1,2,...)次事件的时间序列，则两次时间序列间模拟器状态si(t)的采样值为：
Figure BDA0003724227280000082
则基于无关时间驱动的全向运动模拟器控制误差为：
Figure BDA0003724227280000083
其中，所述运动模拟器位置信息yi(t)由其姿态动力学状态模型确定：
Figure BDA0003724227280000084
式中M由模拟器欧拉角决定，即
Figure BDA0003724227280000085
且有Ω1＝[03×3]，Ω2＝[I3×3]，
Figure BDA0003724227280000086
Figure BDA0003724227280000087
所述基于事件驱动的触发条件为：
Figure BDA0003724227280000088
式中εi＞0，0＜γi＜-max{Re(λi)/2}。表明，基于事件驱动的运动模拟器测量误差将以指数形式衰减到一个极小区域内。
步骤四：实现控制误差的全向运动模拟器的实时通讯。通过采用CAN总线通讯，将两六自由度模拟器的状态信息进行实时比较，结合控制误差阈值对两运动模拟器进行运动控制，以达到高精度的位置精度控制要求。
其中，所述的CAN总线通讯由通讯接口电路实现。
本实施例有益效果：
通过采用直线电机驱动，解决了全向运动模拟器相对速率和位置精度不足的问题，取得了全向运动模拟器直线运动速度和行程长度不受限制的效果。
通过采用基于事件驱动机制的控制误差阈值设计方法，解决了运动模拟器测量误差发散的问题，取得了全向运动模拟器位置和速度误差控制快速收敛的效果。
通过采用CAN总线通讯接口，解决了单边伺服控制系统不能实现位置信息交互的问题，取得了运动模拟器双边实时位置信息交互的主从跟踪双驱同步控制。
实施例二
为实现上述目的，本实施例提供了一种基于事件驱动机制的双驱同步控制系统，包括：
驱动方案获取模块，用于获取运动模拟器的驱动方案；
模型构建模块，基于驱动方案构建两个运动模拟器的控制模型；
阈值设置模块，基于事件驱动机制设置同步控制误差阈值；
信息比较模块，基于CAN总线通讯对控制模型的状态信息进行比较，得到两个控制模型的控制误差，基于所述控制误差及所述同步控制误差阈值，启动所述双驱同步控制；
模型控制模块，基于所述双驱同步控制对所述控制模型进行控制。
在一些实施例中，驱动方案获取模块包括：电机驱动单元；电机驱动单元，用于通过直线电机驱动运动模拟器，获取运动模拟器的驱动方案。
在一些实施例中，模型构建模块包括：摩擦力获取单元和模型构建单元；摩擦力获取单元，基于驱动方案获取直线电机的驱动力，基于驱动力获取运动模拟器与导轨的摩擦力；模型构建单元，基于驱动力、摩擦力、运动模拟器的质量及加速度，构建两个运动模拟器的控制模型。
在一些实施例中，阈值设置模块包括：采样值获取单元和阈值设置单元；采样值获取单元，基于事件驱动设计控制器，基于控制器获得两次时间序列间的采样值；阈值设置单元，基于控制器的状态值与采样值，得到运动模拟器的控制误差，基于控制误差设置同步控制误差阈值。
在一些实施例中，信息比较模块包括：误差计算单元和误差比较单元；
所述误差计算单元，用于通过CAN总线通讯接口电路，对所述两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
所述误差比较单元，用于对所述控制误差与所述同步控制误差阈值进行比较，若所述控制误差超过所述同步控制误差阈值，则启动双驱同步控制，若所述控制误差不超过所述同步控制误差阈值，则不启动双驱同步控制。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取运动模拟器的驱动方案；
基于所述驱动方案，构建两个运动模拟器的控制模型；
基于事件驱动机制，获取双驱同步控制，并且设置同步控制误差阈值；
基于CAN总线通讯，对两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
基于所述控制误差及所述同步控制误差阈值，启动所述双驱同步控制，基于所述双驱同步控制对所述控制模型进行控制；
设置同步控制误差阈值的过程包括：
基于事件驱动设计控制器，基于所述控制器获得两次时间序列间的采样值；
基于所述控制器的状态值与所述采样值，得到运动模拟器的控制误差，基于所述控制误差设置同步控制误差阈值。
2.根据权利要求1所述的基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，其特征在于，获取运动模拟器的驱动方案的过程包括：
通过直线电机驱动运动模拟器，获取运动模拟器的驱动方案。
3.根据权利要求2所述的基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，其特征在于，构建运动模拟器的控制模型的过程包括：
基于所述驱动方案，获取所述直线电机的驱动力，基于所述驱动力获取所述运动模拟器与导轨的摩擦力；
基于所述驱动力、所述摩擦力、运动模拟器的质量及运动模拟器加速度，构建两个运动模拟器的控制模型。
4.根据权利要求1所述的基于事件驱动机制的双驱同步控制方法，其特征在于，启动所述双驱同步控制的过程包括：
通过CAN总线通讯接口电路，对所述两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
对所述控制误差与所述同步控制误差阈值进行比较，若所述控制误差超过所述同步控制误差阈值，则启动双驱同步控制，若所述控制误差不超过所述同步控制误差阈值，则不启动双驱同步控制。
5.一种基于事件驱动机制的双驱同步控制系统，其特征在于，包括：
驱动方案获取模块，用于获取运动模拟器的驱动方案；
模型构建模块，基于所述驱动方案构建两个运动模拟器的控制模型；
阈值设置模块，基于事件驱动机制，获取双驱同步控制且设置同步控制误差阈值；
阈值设置模块包括：采样值获取单元和阈值设置单元；
所述采样值获取单元，基于事件驱动设计控制器，基于所述控制器获得两次时间序列间的采样值；
所述阈值设置单元，基于所述控制器的状态值与所述采样值，得到运动模拟器的控制误差，基于所述控制误差设置同步控制误差阈值；
信息比较模块，基于CAN总线通讯对所述控制模型的状态信息进行比较，得到两个控制模型的控制误差，基于所述控制误差及所述同步控制误差阈值，启动所述双驱同步控制；
模型控制模块，基于所述双驱同步控制对所述控制模型进行控制。
6.根据权利要求5所述的基于事件驱动机制的双驱同步控制系统，其特征在于，驱动方案获取模块包括：电机驱动单元；
所述电机驱动单元，用于通过直线电机驱动运动模拟器，获取运动模拟器的驱动方案。
7.根据权利要求6所述的基于事件驱动机制的双驱同步控制系统，其特征在于，模型构建模块包括：摩擦力获取单元和模型构建单元；
所述摩擦力获取单元，基于所述驱动方案获取所述直线电机的驱动力，基于所述驱动力获取所述运动模拟器与导轨的摩擦力；
所述模型构建单元，基于所述驱动力、所述摩擦力、运动模拟器的质量及加速度，构建两个运动模拟器的控制模型。
8.根据权利要求5所述的基于事件驱动机制的双驱同步控制系统，其特征在于，信息比较模块包括：误差计算单元和误差比较单元；
所述误差计算单元，用于通过CAN总线通讯接口电路，对所述两个控制模型的状态信息进行实时比较，得到两个控制模型的控制误差；
所述误差比较单元，用于对所述控制误差与所述同步控制误差阈值进行比较，若所述控制误差超过所述同步控制误差阈值，则启动双驱同步控制，若所述控制误差不超过所述同步控制误差阈值，则不启动双驱同步控制。
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