一种位置滞后补偿装置和方法与流程

本发明涉及一种位置滞后补偿装置和方法，具体而言，是涉及一种用于开环位置控制的位置滞后补偿装置和方法。

背景技术：

在现有位置控制过程中，由于位置控制系统内部的传感器、算法以及电机驱动的延时，导致了位置控制系统总是存在位置滞后现象，大大影响了电机的精准度。传统的位置控制系统中采用闭环PID控制中的微分环节的方式来克服位置滞后的问题，提高系统显示位置的精准度。但是，在某些位置控制系统中，由于成本或实现方法的局限性导致在系统中无法采用闭环位置控制，而只能使用开环位置控制等其它控制方式对位置进行控制，但这样位置滞后的问题很难得到补偿或解决，这是因为在开环位置控制中无法获得位置滞后的反馈信息，不能及时对滞后的位置信息作出调整。所以，传统的位置控制系统中使用性能更加精准和反应更加快速的装置来尽可能减小各个环节的延时时间，从而减小位置滞后误差。但这样又会使位置控制系统整体的制造成本进一步的上升。

因此，人们期待一种可以在开环位置控制过程中补偿位置滞后的装置和方法，其采用预走和位置控制运动过程的线性近似来补偿这种滞后误差。

技术实现要素：

(1)要解决的技术问题

本发明的目的在于针对在开环位置控制过程中位置滞后的技术问题，提供了一种新的位置滞后补偿装置和方法。

(2)技术内容

本发明的一个技术方案提供了一种位置滞后补偿装置，所述装置包括：姿态传感器、计算处理系统、驱动系统、天馈系统、信标采集系统以及PC系统，其中，姿态传感器用于将采集到的车辆姿态信息发送给计算处理系统，计算处理系统接收车辆姿态信息并将其转目标驱动量，发送给驱动系统，驱动系统根据目标驱动量转动天馈系统使其对准卫星，天馈系统将来自卫星的电磁波处理后转化成模拟信标信号并将其发送给信标采集系统，信标采集系统将接收到的模拟信标信号转换成数字化信标信号，并将其发送给计算处理系统，计算处理系统将接收到的数字化信标信号发送给PC系统，PC系统根据数字化信标信号中的电平绘制出信标电平幅值曲线图。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿装置，其中，PC系统根据电平幅值曲线图输入预走时间并由计算处理系统计算出预走量，叠加在目标驱动量中，获得新的目标驱动量，并根据新的目标驱动量转动天馈系统，绘制出新的信标电平幅值曲线图，反复所述过程直至信标电平幅值到达水平恒定值。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿装置，其中，所述姿态信息包括车辆航向、俯仰角度和滚动角度。

本发明的一个技术方案提供了一种位置滞后补偿方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取车辆姿态信息；

步骤2：计算目标驱动量；

步骤3：转动天馈系统使其对准卫星；

步骤4：采集、转换并发送信标信号；

步骤5：绘制信标电平幅值曲线图；

步骤6：判断信标电平幅值是否恒定，如果判断为“是”，则结束本方法；如果判断为“否”，则获取新的目标驱动量并返回步骤3。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，在步骤1中，获取车辆姿态信息是指：通过安装在车辆上的姿态传感器获取车辆运动时的姿态信息，并将该姿态信息发送给计算处理系统。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，所述姿态信息包括车辆航向、俯仰角度和滚动角度。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，在步骤2中，计算目标驱动量是指：计算处理系统通过所述姿态信息计算出目标驱动量，并将其发送给驱动系统。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，在步骤3中，转动天馈系统使其对准卫星是指：驱动系统根据目标驱动量转动天馈系统，使其对准卫星。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，在步骤4中，采集并转换信标信号是指：天馈系统将来自卫星的电磁波处理后转化成模拟信标信号并将其发送给信标采集系统，信标采集系统将接收到的模拟信标信号转换数字化信标信号，发送给计算处理系统，计算处理系统将接收到的数字化信标信号发送给PC系统。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，在步骤5中，绘制信标电平幅值曲线图是指：PC系统将接收到的数字化信标信号中的电平绘制出信标电平幅值曲线图。

根据本发明的所述一个技术方案提供的位置滞后补偿方法，其中，在步骤6中，判断信标电平幅值是否恒定是指：当绘制出的信标电平幅值曲线图为水平直线时，天馈系统与卫星对准时没有滞后现象产生，不用继续补偿，结束本方法；当绘制出的信标电平幅值曲线图具有底峰时，天馈系统与卫星对准时具有滞后现象产生，需要获取新的目标驱动量。输入预走时间并由计算处理系统计算出预走量，再次进行步骤3，同时观察信标电平幅值的下跌情况，反复调整预走量，直到在车辆匀速转动的情况下，信标电平幅值不再下跌直至水平恒定状态。

(3)有益效果

本发明有效地解决了在开环位置控制过程中位置滞后的技术问题，不用苛刻的选择延时小的器件通过减小系统延时减小控制误差，使用简单仪器可测试系统延时，通过本发明所公开的方法，可补偿延时，减小误差。与闭环位置控制相比大大降低了成本。也解决了开环位置控制或跟踪过程中的滞后误差补偿问题。

【附图说明】

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制，其中：

图1为本发明位置滞后补偿的装置的结构框图；

图2为根据本发明进行位置滞后补偿的方法的流程图；

图3为带有滞后时间的信标电平幅值与时间的曲线视图；以及

图4为补偿滞后时间后的信标电平幅值与时间的曲线视图。

【具体实施方式】

图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

为了解决在车辆中由于导航系统所带来的滞后问题，本发明公开了一种位置滞后补偿的装置。如图1所示，该位置滞后补偿装置包括姿态传感器1、计算处理系统2、驱动系统3、天馈系统4、信标采集系统5以及PC系统6，其中，姿态传感器1用于将采集到的车辆姿态信息发送给计算处理系统2，计算处理系统2接收车辆姿态信息并将其转目标驱动量，发送给驱动系统3，驱动系统3根据目标驱动量转动天馈系统使其对准卫星，天馈系统4将来自卫星的电磁波处理后转化成模拟信标信号并将其发送给信标采集系统5，信标采集系统5将接收到的模拟信标信号转换成数字化信标信号，并将其发送给计算处理系统2，计算处理系统2将接收到的数字化信标信号发送给PC系统6，PC系统6根据数字化信标信号中的电平绘制出信标电平幅值曲线图，通过PC系统6输入预走时间并由计算处理系统2计算出预走量，叠加在目标驱动量中，获得新的目标驱动量，并根据新的目标驱动量转动天馈系统4，绘制出新的信标电平幅值曲线图，反复所述过程直至信标电平幅值到达水平恒定值，其中，信标电平幅值到达水平恒定值中包含高斯噪声波动。

图2示出了根据本发明进行位置滞后补偿的方法的流程图。如图2所示，本方法包括以下步骤：

步骤1：获取车辆姿态信息；

步骤2：计算目标驱动量；

步骤3：转动天馈系统使其对准卫星；

步骤4：采集、转换并发送信标信号；

步骤5：绘制信标电平幅值曲线图；

步骤6：判断信标电平幅值是否恒定，如果判断为“是”，则结束本方法；如果判断为“否”，则获取新的目标驱动量并返回步骤3。

在步骤1中，获取车辆姿态信息是指：通过安装在车辆上的姿态传感器获取车辆运动时的姿态信息，并将该姿态信息发送给计算处理系统，其中，该姿态信息包括但不限于：车辆航向、俯仰角度和滚动角度。

在步骤2中，计算目标驱动量是指：计算处理系统通过所述姿态信息计算出目标驱动量，并将其发送给驱动系统。

在步骤3中，转动天馈系统使其对准卫星是指：驱动系统根据目标驱动量转动天馈系统，使其对准卫星。

在步骤4中，采集、转换并发送信标信号是指：天馈系统将来自卫星的电磁波处理后转化成信标信号并将其发送给信标采集系统，信标采集系统将接收到的信标信号转换数字化信标信号，发送给计算处理系统，计算处理系统将接收到的数字化信标信号发送给PC系统。

在步骤5中，绘制信标电平幅值曲线图是指：PC系统将接收到的数字化信标信号中的电平绘制出信标电平幅值曲线图。

在步骤6中，判断信标电平幅值是否恒定，如果判断为“是”，则结束本方法；如果判断为“否”，则获取新的目标驱动量并返回步骤3是指：如图4所示，当绘制出的信标电平幅值曲线图为水平直线时，说明天馈系统与卫星对准时并没有滞后现象产生，因此不用继续补偿，结束本方法。如图3所示，当绘制出的信标电平幅值曲线图具有底峰时，说明天馈系统与卫星对准时具有滞后现象产生，此时需要获取新的目标驱动量。PC系统根据电平幅值曲线图输入预走时间并由计算处理系统计算出预走量。

其中，计算处理系统是由以下方式计算出预走量：

在一定采集周期T中的前一个周期k-1和当前周期k的角速度可以分别表示为：

ω_k-1＝θ_k-1/T (1)

ω_k＝θ_k/T (2)

其中，θ_k-1表示前一个周期k-1角位移，θ_k表示当前周期k角位移，ω_k-1表示前一个周期k-1角速度，ω_k表示当前周期k角速度以及T表示采集周期。

根据上述计算出的前一个周期k-1角速度ω_k-1和当前周期k线速度ω_k，从而得出在采集周期T内车辆的角加速度Ψ，即：

ψ＝(ω_k-ω_k-1)/T (3)

其中，Ψ表示角加速度。

根据牛顿运动定律：在旋转运动条件下，角位移计算公式为：

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表示输入时间，Ψ表示角加速度。

因此，所获得的角位移为由计算处理系统计算出预走量。

本发明的有益效果：

本发明有效地解决了在开环位置控制过程中位置滞后的技术问题，不用苛刻的选择延时小的器件通过减小系统延时减小控制误差，使用简单仪器可测试系统延时，通过本发明所公开的方法，可补偿延时，减小误差。与闭环位置控制相比大大降低了成本。也解决了开环位置控制或跟踪过程中的滞后误差补偿问题。

在此提供的方法不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

根据本发明的位置控制中的校准方法可以通过计算机程序产品来实施，该计算机程序产品包括用于当在计算机上运行所述计算机程序产品时执行以实施本发明的位置控制中的校准方法的软件代码部分。

可以通过在计算机可读记录介质中记录一种计算机程序来实施本发明，该计算机程序包括用于当在计算机上运行所述计算机程序时执行以实施本发明的位置控制中的校准方法的软件代码部分。即根据本发明的位置控制中的校准方法能够以计算机可读介质中的指令的形式和各种其他形式分发，而不管实际来执行分发的信号承载介质的特定类型。计算机可读介质的例子包括诸如EPROM、ROM、磁带、纸、软盘、硬盘驱动器、RAM和CD-ROM的介质以及诸如数字和模拟同心链路的传输型介质。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。