一種位置滯後補償裝置和方法與流程
2023-04-24 11:48:06 3
本發明涉及一種位置滯後補償裝置和方法，具體而言，是涉及一種用於開環位置控制的位置滯後補償裝置和方法。
背景技術：
在現有位置控制過程中，由於位置控制系統內部的傳感器、算法以及電機驅動的延時，導致了位置控制系統總是存在位置滯後現象，大大影響了電機的精準度。傳統的位置控制系統中採用閉環PID控制中的微分環節的方式來克服位置滯後的問題，提高系統顯示位置的精準度。但是，在某些位置控制系統中，由於成本或實現方法的局限性導致在系統中無法採用閉環位置控制，而只能使用開環位置控制等其它控制方式對位置進行控制，但這樣位置滯後的問題很難得到補償或解決，這是因為在開環位置控制中無法獲得位置滯後的反饋信息，不能及時對滯後的位置信息作出調整。所以，傳統的位置控制系統中使用性能更加精準和反應更加快速的裝置來儘可能減小各個環節的延時時間，從而減小位置滯後誤差。但這樣又會使位置控制系統整體的製造成本進一步的上升。
因此，人們期待一種可以在開環位置控制過程中補償位置滯後的裝置和方法，其採用預走和位置控制運動過程的線性近似來補償這種滯後誤差。
技術實現要素：
(1)要解決的技術問題
本發明的目的在於針對在開環位置控制過程中位置滯後的技術問題，提供了一種新的位置滯後補償裝置和方法。
(2)技術內容
本發明的一個技術方案提供了一種位置滯後補償裝置，所述裝置包括：姿態傳感器、計算處理系統、驅動系統、天饋系統、信標採集系統以及PC系統，其中，姿態傳感器用於將採集到的車輛姿態信息發送給計算處理系統，計算處理系統接收車輛姿態信息並將其轉目標驅動量，發送給驅動系統，驅動系統根據目標驅動量轉動天饋系統使其對準衛星，天饋系統將來自衛星的電磁波處理後轉化成模擬信標信號並將其發送給信標採集系統，信標採集系統將接收到的模擬信標信號轉換成數位化信標信號，並將其發送給計算處理系統，計算處理系統將接收到的數位化信標信號發送給PC系統，PC系統根據數位化信標信號中的電平繪製出信標電平幅值曲線圖。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償裝置，其中，PC系統根據電平幅值曲線圖輸入預走時間並由計算處理系統計算出預走量，疊加在目標驅動量中，獲得新的目標驅動量，並根據新的目標驅動量轉動天饋系統，繪製出新的信標電平幅值曲線圖，反覆所述過程直至信標電平幅值到達水平恆定值。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償裝置，其中，所述姿態信息包括車輛航向、俯仰角度和滾動角度。
本發明的一個技術方案提供了一種位置滯後補償方法，所述方法包括以下步驟：
步驟1：獲取車輛姿態信息；
步驟2：計算目標驅動量；
步驟3：轉動天饋系統使其對準衛星；
步驟4：採集、轉換並發送信標信號；
步驟5：繪製信標電平幅值曲線圖；
步驟6：判斷信標電平幅值是否恆定，如果判斷為「是」，則結束本方法；如果判斷為「否」，則獲取新的目標驅動量並返回步驟3。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，在步驟1中，獲取車輛姿態信息是指：通過安裝在車輛上的姿態傳感器獲取車輛運動時的姿態信息，並將該姿態信息發送給計算處理系統。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，所述姿態信息包括車輛航向、俯仰角度和滾動角度。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，在步驟2中，計算目標驅動量是指：計算處理系統通過所述姿態信息計算出目標驅動量，並將其發送給驅動系統。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，在步驟3中，轉動天饋系統使其對準衛星是指：驅動系統根據目標驅動量轉動天饋系統，使其對準衛星。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，在步驟4中，採集並轉換信標信號是指：天饋系統將來自衛星的電磁波處理後轉化成模擬信標信號並將其發送給信標採集系統，信標採集系統將接收到的模擬信標信號轉換數位化信標信號，發送給計算處理系統，計算處理系統將接收到的數位化信標信號發送給PC系統。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，在步驟5中，繪製信標電平幅值曲線圖是指：PC系統將接收到的數位化信標信號中的電平繪製出信標電平幅值曲線圖。
根據本發明的所述一個技術方案提供的位置滯後補償方法，其中，在步驟6中，判斷信標電平幅值是否恆定是指：當繪製出的信標電平幅值曲線圖為水平直線時，天饋系統與衛星對準時沒有滯後現象產生，不用繼續補償，結束本方法；當繪製出的信標電平幅值曲線圖具有底峰時，天饋系統與衛星對準時具有滯後現象產生，需要獲取新的目標驅動量。輸入預走時間並由計算處理系統計算出預走量，再次進行步驟3，同時觀察信標電平幅值的下跌情況，反覆調整預走量，直到在車輛勻速轉動的情況下，信標電平幅值不再下跌直至水平恆定狀態。
(3)有益效果
本發明有效地解決了在開環位置控制過程中位置滯後的技術問題，不用苛刻的選擇延時小的器件通過減小系統延時減小控制誤差，使用簡單儀器可測試系統延時，通過本發明所公開的方法，可補償延時，減小誤差。與閉環位置控制相比大大降低了成本。也解決了開環位置控制或跟蹤過程中的滯後誤差補償問題。
【附圖說明】
參照附圖，本發明的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是：這些附圖僅僅用於舉例說明本發明的技術方案，而並非意在對本發明的保護範圍構成限制，其中：
圖1為本發明位置滯後補償的裝置的結構框圖；
圖2為根據本發明進行位置滯後補償的方法的流程圖；
圖3為帶有滯後時間的信標電平幅值與時間的曲線視圖；以及
圖4為補償滯後時間後的信標電平幅值與時間的曲線視圖。
【具體實施方式】
圖1-4和以下說明描述了本發明的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本發明。為了教導本發明技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將落在本發明的保護範圍內。本領域技術人員應該理解下述特徵能夠以各種方式組合以形成本發明的多個變型。由此，本發明並不局限於下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。
為了解決在車輛中由於導航系統所帶來的滯後問題，本發明公開了一種位置滯後補償的裝置。如圖1所示，該位置滯後補償裝置包括姿態傳感器1、計算處理系統2、驅動系統3、天饋系統4、信標採集系統5以及PC系統6，其中，姿態傳感器1用於將採集到的車輛姿態信息發送給計算處理系統2，計算處理系統2接收車輛姿態信息並將其轉目標驅動量，發送給驅動系統3，驅動系統3根據目標驅動量轉動天饋系統使其對準衛星，天饋系統4將來自衛星的電磁波處理後轉化成模擬信標信號並將其發送給信標採集系統5，信標採集系統5將接收到的模擬信標信號轉換成數位化信標信號，並將其發送給計算處理系統2，計算處理系統2將接收到的數位化信標信號發送給PC系統6，PC系統6根據數位化信標信號中的電平繪製出信標電平幅值曲線圖，通過PC系統6輸入預走時間並由計算處理系統2計算出預走量，疊加在目標驅動量中，獲得新的目標驅動量，並根據新的目標驅動量轉動天饋系統4，繪製出新的信標電平幅值曲線圖，反覆所述過程直至信標電平幅值到達水平恆定值，其中，信標電平幅值到達水平恆定值中包含高斯噪聲波動。
圖2示出了根據本發明進行位置滯後補償的方法的流程圖。如圖2所示，本方法包括以下步驟：
步驟1：獲取車輛姿態信息；
步驟2：計算目標驅動量；
步驟3：轉動天饋系統使其對準衛星；
步驟4：採集、轉換並發送信標信號；
步驟5：繪製信標電平幅值曲線圖；
步驟6：判斷信標電平幅值是否恆定，如果判斷為「是」，則結束本方法；如果判斷為「否」，則獲取新的目標驅動量並返回步驟3。
在步驟1中，獲取車輛姿態信息是指：通過安裝在車輛上的姿態傳感器獲取車輛運動時的姿態信息，並將該姿態信息發送給計算處理系統，其中，該姿態信息包括但不限於：車輛航向、俯仰角度和滾動角度。
在步驟2中，計算目標驅動量是指：計算處理系統通過所述姿態信息計算出目標驅動量，並將其發送給驅動系統。
在步驟3中，轉動天饋系統使其對準衛星是指：驅動系統根據目標驅動量轉動天饋系統，使其對準衛星。
在步驟4中，採集、轉換並發送信標信號是指：天饋系統將來自衛星的電磁波處理後轉化成信標信號並將其發送給信標採集系統，信標採集系統將接收到的信標信號轉換數位化信標信號，發送給計算處理系統，計算處理系統將接收到的數位化信標信號發送給PC系統。
在步驟5中，繪製信標電平幅值曲線圖是指：PC系統將接收到的數位化信標信號中的電平繪製出信標電平幅值曲線圖。
在步驟6中，判斷信標電平幅值是否恆定，如果判斷為「是」，則結束本方法；如果判斷為「否」，則獲取新的目標驅動量並返回步驟3是指：如圖4所示，當繪製出的信標電平幅值曲線圖為水平直線時，說明天饋系統與衛星對準時並沒有滯後現象產生，因此不用繼續補償，結束本方法。如圖3所示，當繪製出的信標電平幅值曲線圖具有底峰時，說明天饋系統與衛星對準時具有滯後現象產生，此時需要獲取新的目標驅動量。PC系統根據電平幅值曲線圖輸入預走時間並由計算處理系統計算出預走量。
其中，計算處理系統是由以下方式計算出預走量：
在一定採集周期T中的前一個周期k-1和當前周期k的角速度可以分別表示為：
ωk-1＝θk-1/T (1)
ωk＝θk/T (2)
其中，θk-1表示前一個周期k-1角位移，θk表示當前周期k角位移，ωk-1表示前一個周期k-1角速度，ωk表示當前周期k角速度以及T表示採集周期。
根據上述計算出的前一個周期k-1角速度ωk-1和當前周期k線速度ωk，從而得出在採集周期T內車輛的角加速度Ψ，即：
ψ＝(ωk-ωk-1)/T (3)
其中，Ψ表示角加速度。
根據牛頓運動定律：在旋轉運動條件下，角位移計算公式為：
θ＝ω0×t+0.5×ψ×t2 (4)
其中，θ表示角位移，ω0表示初始角速度，t表示輸入時間，Ψ表示角加速度。
因此，所獲得的角位移為由計算處理系統計算出預走量。
本發明的有益效果：
本發明有效地解決了在開環位置控制過程中位置滯後的技術問題，不用苛刻的選擇延時小的器件通過減小系統延時減小控制誤差，使用簡單儀器可測試系統延時，通過本發明所公開的方法，可補償延時，減小誤差。與閉環位置控制相比大大降低了成本。也解決了開環位置控制或跟蹤過程中的滯後誤差補償問題。
在此提供的方法不與任何特定計算機、虛擬系統或者其它設備固有相關。各種通用系統也可以與基於在此的示教一起使用。根據上面的描述，構造這類系統所要求的結構是顯而易見的。此外，本發明也不針對任何特定程式語言。應當明白，可以利用各種程式語言實現在此描述的本發明的內容，並且上面對特定語言所做的描述是為了披露本發明的實施方式。
在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本發明的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。
類似地，應當理解，為了精簡本公開並幫助理解各個發明方面中的一個或多個，在上面對本發明的示例性實施例的描述中，本發明的各個特徵有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，並不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本發明要求比在每個權利要求中所明確記載的特徵更多的特徵。更確切地說，如下面的權利要求書所反映的那樣，發明方面在於少於前面公開的單個實施例的所有特徵。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地併入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發明的單獨實施例。
本領域那些技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變並且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中。可以把實施例中的模塊或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特徵和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以採用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特徵以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特徵可以由提供相同、等同或相似目的替代特徵來代替。
根據本發明的位置控制中的校準方法可以通過電腦程式產品來實施，該電腦程式產品包括用於當在計算機上運行所述電腦程式產品時執行以實施本發明的位置控制中的校準方法的軟體代碼部分。
可以通過在計算機可讀記錄介質中記錄一種電腦程式來實施本發明，該電腦程式包括用於當在計算機上運行所述電腦程式時執行以實施本發明的位置控制中的校準方法的軟體代碼部分。即根據本發明的位置控制中的校準方法能夠以計算機可讀介質中的指令的形式和各種其他形式分發，而不管實際來執行分發的信號承載介質的特定類型。計算機可讀介質的例子包括諸如EPROM、ROM、磁帶、紙、軟盤、硬碟驅動器、RAM和CD-ROM的介質以及諸如數字和模擬同心鏈路的傳輸型介質。
此外，本領域的技術人員能夠理解，儘管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特徵而不是其它特徵，但是不同實施例的特徵的組合意味著處於本發明的範圍之內並且形成不同的實施例。例如，在本發明的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。