專利名稱：一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)方法及平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電跟蹤和系統(tǒng)實(shí)物仿真領(lǐng)域，涉及如何在光電跟蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)基于代碼自動(dòng)生成環(huán)境(RTW)即代碼自動(dòng)生成的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)控制器的Simulink模型直接生成可執(zhí)行代碼以及實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整參數(shù)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用于提高光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率，減少開發(fā)成本。
背景技術(shù)：
光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)可以隔離載體運(yùn)動(dòng)對(duì)視軸的擾動(dòng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的捕獲與跟蹤，在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)集慣性導(dǎo)航、微慣性傳感器、數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理、精密機(jī)械動(dòng)力學(xué)建模仿真和設(shè)計(jì)、電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制、圖像處理和光學(xué)儀器應(yīng)用等多項(xiàng)技術(shù)于一身，是以機(jī)電一體化、目標(biāo)識(shí)別自動(dòng)控制技術(shù)為主體，多個(gè)學(xué)科有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。近年來(lái)，隨著精密機(jī)械、微電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、功率電子技術(shù)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越復(fù)雜。
在傳統(tǒng)的光電跟蹤穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，數(shù)字仿真結(jié)束后，需要手工編寫代碼，編譯并下載到控制器中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)又需要重新編寫相應(yīng)的代碼。由于當(dāng)前系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，一些現(xiàn)代控制與智能控制算法實(shí)現(xiàn)較為困難，如:變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、模型參考自適應(yīng)控制等。手工編寫這些算法的代碼存在一定的難度。同時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中，代碼調(diào)試的工作量大，可移植性相對(duì)較差，不方便相關(guān)人員的交流。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)方法及平臺(tái)。為了達(dá)成所述目的，本發(fā)明的第一方面，是提供一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)步驟包括以下:步驟S1:構(gòu)建由計(jì)算機(jī)、控制器、操控臺(tái)、驅(qū)動(dòng)模塊組成的試驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)；步驟S2:基于控制器并利用數(shù)值運(yùn)算仿真軟件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的網(wǎng)口通信協(xié)議或RS232的串口通信協(xié)議的代碼自動(dòng)生成環(huán)境；步驟S3:由計(jì)算機(jī)利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境，將控制算法的Simulink模型編譯成的C代碼并下載至控制器中；步驟S4:控制器執(zhí)行生成的C代碼，執(zhí)行過(guò)程中接收光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)輸出的傳感器信號(hào)，輸出控制電壓與使能信號(hào)；步驟S5:驅(qū)動(dòng)模塊接收控制電壓與使能信號(hào)，生成驅(qū)動(dòng)電壓；步驟S6:光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)接收驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，并輸出傳感器信號(hào)，完成對(duì)控制算法的有效性驗(yàn)證。為了達(dá)成所述目的，本發(fā)明的第二方面，是提供一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，所述試驗(yàn)平臺(tái)包括計(jì)算機(jī)、操控臺(tái)、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊以及光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)，其中:
計(jì)算機(jī)，構(gòu)建利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境，用于將控制算法Simulink模型編譯成的C代碼并下載至控制器并實(shí)時(shí)監(jiān)控控制器運(yùn)行；操控臺(tái)，用于輸出電源開關(guān)電壓信號(hào)及單桿電壓信號(hào)；控制器，與計(jì)算機(jī)和操控臺(tái)的輸出端連接，控制器通過(guò)網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)相互通信，實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)生成環(huán)境，接收操控臺(tái)的單桿電壓信號(hào)與和光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，用于生成并輸出控制電壓信號(hào)與使能信號(hào)；驅(qū)動(dòng)模塊，接收控制電壓信號(hào)與使能信號(hào)，用于生成驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)；光電穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，接收驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，用于生成并輸出傳感器信號(hào)，從而完成對(duì)控制算法的有效性驗(yàn)證。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)方法相比的有益效果是:本發(fā)明在上位機(jī)上搭建基于代碼自動(dòng)生成環(huán)境的光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的代碼自動(dòng)生成環(huán)境；搭建此仿真平臺(tái)的硬件包括控制器部分與驅(qū)動(dòng)模塊；利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境將控制器的仿真模型直接轉(zhuǎn)化為C代碼并下載到控制器中，完成對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定平臺(tái)的仿真。本發(fā)明將代碼自動(dòng)生成環(huán)境應(yīng)用在光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了基于代碼自動(dòng)生成環(huán)境的光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的仿真方法，將自動(dòng)生成代碼代替手工編寫代碼，從而減少了光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的周期與開發(fā)成本。1、本發(fā)明的代碼自動(dòng)生成環(huán)境(RTW)將搭建Simulink控制器的模型直接生成可執(zhí)行的C代碼，這樣，所有開發(fā)人員可以面對(duì)同一種開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)快速原型化設(shè)計(jì)，方便系統(tǒng)的調(diào)試，使開發(fā)人員從 繁雜的編寫代碼的工作中解放出來(lái)，更關(guān)注于系統(tǒng)與方法本身，而不必過(guò)多的考慮代碼實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。2、基于代碼自動(dòng)生成的光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)可以方便的驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，方便同一個(gè)項(xiàng)目組中不同模塊開發(fā)人員的交流，大大縮短開發(fā)周期。3、允許在設(shè)計(jì)的初始階段對(duì)方法的驗(yàn)證，減少設(shè)計(jì)方案中的錯(cuò)誤對(duì)整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)的影響，減少開發(fā)成本。


圖1為本發(fā)明中硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明中硬件平臺(tái)實(shí)施例框圖；圖3為實(shí)測(cè)被控對(duì)象頻率特性和擬合被控對(duì)象頻率特性；圖4為數(shù)字仿真時(shí)PI控制的閉環(huán)特性曲線；圖5本發(fā)明中的試驗(yàn)平臺(tái)測(cè)得的相同PI控制的閉環(huán)特性曲線；圖6試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，而且通過(guò)以下實(shí)施例對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。如圖1所示本發(fā)明的一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，所述試驗(yàn)平臺(tái)由主控計(jì)算機(jī)(PC機(jī))、操控臺(tái)、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊以及被試驗(yàn)的光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)構(gòu)成，其中:計(jì)算機(jī)，構(gòu)建利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境，用于將控制算法Simulink模型編譯成的C代碼并下載至控制器并實(shí)時(shí)監(jiān)控控制器運(yùn)行；操控臺(tái)，用于輸出電源開關(guān)電壓信號(hào)及單桿電壓信號(hào)；控制器，與計(jì)算機(jī)和操控臺(tái)的輸出端連接，控制器通過(guò)網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)相互通信，實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)生成環(huán)境，接收操控臺(tái)的單桿電壓信號(hào)與和光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，用于生成并輸出控制電壓信號(hào)與使能信號(hào)；驅(qū)動(dòng)模塊，接收控制電壓信號(hào)與使能信號(hào)，用于生成驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)；光電穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，接收驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，用于生成并輸出傳感器信號(hào)，從而完成對(duì)控制算法的有效性驗(yàn)證。所述控制器包括:嵌入式處理器、數(shù)據(jù)采集板和串口通信板，嵌入式處理器分別與數(shù)據(jù)采集板和串口通信板連接，其中:嵌入式處理器，接收計(jì)算機(jī)生成的C代碼，接收數(shù)據(jù)采集板發(fā)出的數(shù)字信號(hào)與 、串口通信板發(fā)出的操控臺(tái)單桿信號(hào)與和電源開關(guān)信號(hào)，并經(jīng)過(guò)控制算法處理，生成數(shù)字信號(hào)和生成使能信號(hào)；數(shù)據(jù)采集板，接收光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，接收并對(duì)嵌入式處理器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，生成并輸出控制電壓信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電路；串口通信板，接收操控臺(tái)輸出電源的開關(guān)信號(hào)及操控臺(tái)的單桿信號(hào)并通過(guò)總線輸出給嵌入式處理器，并接收并輸出嵌入式處理器生成的使能信號(hào)。所述嵌入式處理器件是基于x86指令集的處理器。所述控制器利用數(shù)值運(yùn)算仿真軟件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的網(wǎng)口通信協(xié)議或RS232的串口通信協(xié)議的代碼自動(dòng)生成環(huán)境。所述C代碼下載至控制器，控制器用于執(zhí)行C代碼，執(zhí)行C代碼過(guò)程中接收傳感器信號(hào)，輸出控制電壓與使能信號(hào)。所述數(shù)據(jù)采集板采用DMM16T采集板。在本發(fā)明的試驗(yàn)平臺(tái)上，被試驗(yàn)的光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)為光電吊艙或光電經(jīng)緯儀，試驗(yàn)平臺(tái)的采樣頻率為1000Hz，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下:(I)根據(jù)圖2構(gòu)建硬件平臺(tái)的實(shí)施例；(2)所述操控臺(tái)包括電源開關(guān)按鈕，單桿，手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕。(3)針對(duì)PC/104，在PC上利用Matlab/RTW生成操作系統(tǒng)內(nèi)核并拷入到PC/104中，代碼自動(dòng)生成環(huán)境設(shè)置為TCP/IP通信協(xié)議，PC機(jī)通過(guò)網(wǎng)線與PC/104連接。這樣，建立了基于TCP/IP的網(wǎng)口通信協(xié)議的代碼自動(dòng)生成環(huán)境；(4)針對(duì)光電吊艙或光電經(jīng)緯儀，測(cè)試其開環(huán)傳遞函數(shù)，利用Matlab進(jìn)行其控制器的設(shè)計(jì)并進(jìn)行數(shù)字仿真，并得到控制器的Simulink模型；所述步驟(4)中，設(shè)計(jì)的控制器可以是任意的形式，如PID控制器、滑模變結(jié)構(gòu)控制器、魯棒控制器、自適應(yīng)控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊控制等。(5)將搭建的Simulink模型(Simulink為控制領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用的仿真軟件)利用本發(fā)明直接編譯并下載到PC104中，圖3為實(shí)測(cè)被控對(duì)象頻率特性和擬合被控對(duì)象頻率特性，通過(guò)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀測(cè)試系統(tǒng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，實(shí)現(xiàn)為實(shí)測(cè)的對(duì)象頻率特性，虛線代表擬合的曲線，得對(duì)象傳遞函數(shù)Gp(S):
25GAs)=-
p [l/(0.7x27r)].s +l)x([l/(l50x27r)].v -f I)x 丨歷、|>< 卜
sTs -|-其中，s為拉普拉斯算子，€ p € 2為阻尼系數(shù)，Co1為諧振頻率，T為時(shí)間常數(shù)，其具體取值如下:€ i = 0.4 ; € 2 = 0.005 ; CO i = 353 X 2 31 ;T = 0.0Ols ;設(shè)計(jì)PI控制器Ktl表示如下:
權(quán)利要求
1.一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟包括以下: 步驟S1:構(gòu)建由計(jì)算機(jī)、控制器、操控臺(tái)、驅(qū)動(dòng)模塊組成的試驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)； 步驟S2:基于控制器并利用數(shù)值運(yùn)算仿真軟件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的網(wǎng)口通信協(xié)議或RS232的串口通信協(xié)議的代碼自動(dòng)生成環(huán)境； 步驟S3:由計(jì)算機(jī)利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境，將控制算法的Simulink模型編譯成的C代碼并下載至控制器中； 步驟S4:控制器執(zhí)行生成的C代碼，執(zhí)行過(guò)程中接收光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)輸出的傳感器信號(hào)，輸出控制電壓與使能信號(hào)； 步驟S5:驅(qū)動(dòng)模塊接收控制電壓與使能信號(hào)，生成驅(qū)動(dòng)電壓； 步驟S6:光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)接收驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，并輸出傳感器信號(hào)，完成對(duì)控制算法的有效性驗(yàn)證。
2.如權(quán)利要求1所述對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述控制器包括:嵌入式處理器、數(shù)據(jù)采集板和串口通信板，所述嵌入式處理器為x86指令集的處理器。
3.一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于包括計(jì)算機(jī)、操控臺(tái)、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊以及光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)，其中: 計(jì)算機(jī)，構(gòu)建利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境，用于將控制算法Simulink模型編譯成的C代碼并下載至控制器并實(shí)時(shí)監(jiān)控控制器運(yùn)行； 操控臺(tái)，用于輸出電源開關(guān)電壓信號(hào)及單桿電壓信號(hào)； 控制器，與計(jì)算機(jī)和操控臺(tái)的輸出端連接，控制器通過(guò)網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)相互通信，實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)生成環(huán)境，接收操控臺(tái)的單桿電壓信號(hào)與和光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，用于生成并輸出控制電壓信號(hào)與使能信號(hào)； 驅(qū)動(dòng)模塊，接收控制電壓信號(hào)與使能信號(hào)，用于生成驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)； 光電穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)，接收驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，用于生成并輸出傳感器信號(hào)，從而完成對(duì)控制算法的有效性驗(yàn)證。
4.如權(quán)利要求3所述對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述控制器包括:嵌入式處理器、數(shù)據(jù)采集板和串口通信板，其中: 嵌入式處理器分別與數(shù)據(jù)采集板和串口通信板連接； 嵌入式處理器，接收計(jì)算機(jī)生成的C代碼，接收數(shù)據(jù)采集板發(fā)出的數(shù)字信號(hào)、串口通信板發(fā)出的操控臺(tái)單桿信號(hào)與和電源開關(guān)信號(hào)，并經(jīng)過(guò)控制算法處理，用于生成數(shù)字信號(hào)和生成使能信號(hào)； 數(shù)據(jù)采集板，接收光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的傳感器信號(hào)，接收并對(duì)嵌入式處理器輸出的數(shù)字信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理，用于生成并輸出控制電壓信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電路； 串口通信板，接收操控臺(tái)輸出電源的開關(guān)信號(hào)及操控臺(tái)的單桿信號(hào)并通過(guò)總線輸出給嵌入式處理器，用于接收并輸出嵌入式處理器生成的使能信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述嵌入式處理器件是基于x86指令集的處理器。
6.如權(quán)利要求3所述對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述控制器利用數(shù)值運(yùn)算仿真軟件 Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的網(wǎng)口通信協(xié)議或RS232的串口通信協(xié)議的代碼自動(dòng)生成環(huán)境。
7.如權(quán)利要求3所述對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述C代碼下載至控制器，控 制器用于執(zhí)行C代碼，執(zhí)行C代碼過(guò)程中接收傳感器信號(hào)，用于輸出控制電壓與使能信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明是一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，包括步驟S1構(gòu)建仿真平臺(tái)架構(gòu)；步驟S2基于控制器并利用數(shù)值運(yùn)算仿真軟件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的網(wǎng)口通信協(xié)議或RS232的串口通信協(xié)議的代碼自動(dòng)生成環(huán)境；步驟S3由計(jì)算機(jī)利用代碼自動(dòng)生成環(huán)境，將控制算法的Simulink模型編譯成的C代碼并下載至控制器中；步驟S4控制器執(zhí)行生成的C代碼，執(zhí)行過(guò)程中接收傳感器信號(hào)，輸出控制電壓與使能信號(hào)；步驟S5驅(qū)動(dòng)模塊接收控制電壓與使能信號(hào)，生成驅(qū)動(dòng)電壓；步驟S6光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)接收驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)，并輸出傳感器信號(hào)，完成對(duì)控制算法的有效性驗(yàn)證。本發(fā)明還提供一種對(duì)光電跟蹤穩(wěn)定系統(tǒng)的試驗(yàn)平臺(tái)。
文檔編號(hào)G05B17/02GK103235518SQ20131013857
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者劉子棟, 包啟亮, 劉翔, 夏運(yùn)霞, 熊帥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所