[发明专利]一种用于指向机构的在线加减速控制方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种用于指向机构的在线加减速控制方法、系统及介质，本发明包括指令预处理、加减速判断和有限行程处理三个部分，指令预处理指获取目标运动状态和当前运动状态等信息；加减速判断是根据跟随误差最小和时间最优的原则判断加减速策略；有限行程处理用于实现限位保护和防止碰撞功能；根据最终的加减速策略确定下一时刻的位置、速度和加速度状态，从而实现指向机构的在线加减速规划。本发明完全考虑了加速度、速度和位置的任意边界，适用于任意的起始和目标运动状态，有助于指向机构响应连续变化的指令，在保证伺服运动准确性的同时，提升运动过程的平稳性。

技术领域

本发明涉及指向机构运动控制及在线运动规划控制技术，具体涉及一种用于指向机构的在线加减速控制方法、系统及介质。

背景技术

指向机构是光电稳瞄系统的关键组成部分，通过高精度动态响应性能实现视轴和瞄准线的空间指向精度，广泛应用于机载光电吊舱、车载光电桅杆、水面舰艇以及航天航空领域。指向机构借助图像跟踪器等传感器件获取视轴和瞄准线的空间指向偏差，将偏差作为指令输入到伺服系统中，通过伺服系统的动态调节消除指向偏差，实现对目标的跟踪。

对于指向机构而言，其伺服系统的带宽是动态响应性能的重要指标，代表了伺服系统响应指令的快速性，但是执行器功率饱和、电流饱和等非线性因素限制了伺服系统的带宽，通过对指令进行在线加减速规划可以在保证指令准确性的条件下，使伺服控制器能更容易设计成高带宽的伺服回路，从而提高系统动态响应能力。

加减速控制是运动控制领域的关键技术，常用的加减速方法有直线加减速、三角函数加减速、指数加减速、S曲线加减速等，主要用于对大行程指令进行匀加速度或者匀加加速度规划，避免系统运动过程造成的振动和噪声现象，而指向机构的光电跟踪过程对指令响应的实时性要求高，常规的静态运动规划方法计算周期长，且仅针对始末速度同号的情形，不适用于跟踪过程中目标指令连续变化和任意变化的情形。

在线加减速控制方法综合考虑了指向机构的动力学特性和伺服性能，具有运动规划周期与伺服周期相等的特点，能够响应连续变化的目标指令，更加适用于指向机构的跟踪过程。

申请号为201810844507.3、名称为“基于梯形求解的任意位移速度下的S曲线加减速规划方法”的中国专利文献公开了一种基于梯形求解的任意位置速度下的S曲线加减速规划方法，针对常规S曲线法只能通过分段规划速度和时间、效率低下的问题，提出了任意位置和速度下进行加减速规划且速度不受零值点的处理办法，解决了位置和始末速度为负值条件下的运动规划，但是不能响应连续变化的目标指令。申请号为201610116683.6、名称为“一种在线改变目标速度和位置的S形加减速控制方法”的中国专利文献公开了一种在线改变目标速度和位置的S形加减速控制方法，主要进行加速段、减速段和匀速段的速度规划，并采用离散化的速度规划方法，依据最大加速度和最大速度是否可达的判据，对规划速度进行修正，允许多次改变目标速度和位置，但是该方法响应变速请求是有条件的，且改变的周期并不能等于伺服周期，不适用于指令连续变化的场合。申请号为201910097753.1、名称为“一种S型加减速轨迹规划中的多轴时间同步方法”的中国专利文献公开了一种可以针对运动约束条件、不同初始状态和结束状态加速度等于零的情形的运动规划，可以实现对多轴进行时间同步轨迹规划，适用于在线实时生成轨迹，能够使机器人在运动状态下，针对未知的事物进行快速反应，但是在加速度接近于零的情形下，加速度连续约束导致速度变化缓慢，且在目标指令连续变化的场合，实时生成轨迹影响了计算效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于指向机构的在线加减速控制方法、系统及介质，本发明适用于指向机构的目标跟踪过程，能够响应实时变化的目标指令，具有计算速度快和精度高的特点，通过对目标指令的预处理，为指向机构伺服动态性能的提高奠定基础。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于指向机构的在线加减速控制方法，实施步骤包括：