伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法及装置与流程

1.本发明属于伺服系统控制领域，尤其涉及一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法及装置。


背景技术：

2.伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便，在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确的跟踪输入的位移(或转角)。
3.伺服控制系统，又称随动系统，是用来精确的跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服控制系统非阶跃跟踪状态是指伺服控制系统跟踪回路在跟踪过程中偏差像素没有阶跃的跳变的状态。在伺服控制系统非阶跃跟踪状态下，有两个环路起作用，速度回路为内环，跟踪回路为外环，这种状态为伺服控制系统正常跟踪的状态。为了使伺服控制系统跟踪目标时具有良好的快速性和稳定性，就需要对伺服控制系统跟踪回路进行参数调试。
4.目前，跟踪回路的调试为采用pi控制方法进行“盲调”，即根据跟踪效果，通过“试验”修正跟踪回路控制参数，直到满足指标要求。这样，增加的工作量，延长了调试时间，调试参数不够准确。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提出了一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法及装置，所述方法及装置，用于解决现有技术的控制算法不明确、参数调试无章可循、系统稳定性差的技术问题。
6.根据本发明的第一方面，提供一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法，所述方法包括以下步骤：
7.步骤s101：伺服控制系统跟踪回路的控制对象是被跟踪目标相对初始跟踪点的偏差，确定所述伺服控制系统处于非阶跃跟踪状态时的待调试的控制参数，所述控制参数包括跟踪比例项和跟踪积分项；
8.步骤s102：初始化跟踪比例项的数值为伺服控制系统跟踪环仿真得出的数据，以一固定步长为增加量，增加跟踪比例项的数值，直到所述被跟踪目标的波门出现抖动，将此时的跟踪比例项的数值作为跟踪比例中间项，跟踪比例项的最终值为所述跟踪比例中间项的值除以2；
9.步骤s103：由跟踪器实时检测所述被跟踪目标在跟踪过程中相对初始跟踪点的相对偏差；初始化跟踪积分项的数值为伺服控制系统跟踪回路仿真得出的数据；通过调试所述跟踪积分项的数值，使所述相对偏差逐渐变小，当满足预设条件时，将伺服控制系统跟踪回路积分项的数值确定为跟踪积分项的数值；
10.所述跟踪积分项的数值的调试包括：增大跟踪积分项的数值，并跟踪静止目标，当跟踪波门距离所述静止目标的中心点出现左右等幅值晃动时，将所述跟踪积分项的数值的0.5倍作为所述跟踪积分项的最终数值；所述预设条件为：在所述跟踪目标为动目标时，所述动目标从启动到跟踪成功，所需时间在2秒以内，且超调次数大于1；超调次数是指伺服控制系统输出达到稳态值之前，系统输出超过稳态值的次数。
11.根据本发明第二方面，提供一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试装置，所述装置包括：
12.参数确定模块：配置为伺服控制系统跟踪回路的控制对象是被跟踪目标相对初始跟踪点的偏差，确定所述伺服控制系统处于非阶跃跟踪状态时的待调试的控制参数，所述控制参数包括跟踪比例项和跟踪积分项；
13.跟踪比例项确定模块：配置为初始化跟踪比例项的数值为伺服控制系统跟踪环仿真得出的数据，以一固定步长为增加量，增加跟踪比例项的数值，直到所述被跟踪目标的波门出现抖动，将此时的跟踪比例项的数值作为跟踪比例中间项，跟踪比例项的最终值为所述跟踪比例中间项的值除以2；
14.跟踪积分项确定模块：配置为由跟踪器实时检测所述被跟踪目标在跟踪过程中相对初始跟踪点的相对偏差；初始化跟踪积分项的数值为伺服控制系统跟踪回路仿真得出的数据；通过调试所述跟踪积分项的数值，使所述相对偏差逐渐变小，当满足预设条件时，将伺服控制系统跟踪回路积分项的数值确定为跟踪积分项的数值；
15.所述跟踪积分项的数值的调试包括：增大跟踪积分项的数值，并跟踪静止目标，当跟踪波门距离所述静止目标的中心点出现左右等幅值晃动时，将所述跟踪积分项的数值的0.5倍作为所述跟踪积分项的最终数值；所述预设条件为：在所述跟踪目标为动目标时，所述动目标从启动到跟踪成功，所需时间在2秒以内，且超调次数大于1；超调次数是指伺服控制系统输出达到稳态值之前，系统输出超过稳态值的次数。
16.根据本发明第三方面，提供一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试系统，包括：
17.处理器，用于执行多条指令；
18.存储器，用于存储多条指令；
19.其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法。
20.根据本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法。
21.根据本发明的上述方案，为了缩短调试时间，提高调试参数的准确性，减少调试过程中出现“盲调”，为伺服控制系统跟踪回路的调试提供参考，提出一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法及装置。本发明将跟踪回路控制参数调试，进行调试优化，缩短跟踪回路调试时间，提高跟踪回路调试精度，减少调试工作量，使其能够有步骤，有方法可遵循，对伺服稳定平台的批生产具有重要意义。本发明具有下列优点：在跟踪回路调试无章可循的前提下，提出一种跟踪回路的调试方法，缩短跟踪回路调试时间，提高跟踪回路调试精度，减少调试工作量，对伺服稳定平台的批生产具有重要意义。
22.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
23.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：
24.图1为本发明一个实施方式的伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法流程图；
25.图2为本发明一个实施方式的一种基于相关滤波的目标跟踪方法细节实现流程图；
26.图3为本发明一个实施方式的非阶跃状态下的俯仰控制参数调度流程图；
27.图4为本发明一个实施方式的伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试装置结构框图；
具体实施方式
28.首先结合图1-3说明本发明一个实施方式的一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法流程，所述方法包括以下步骤：
29.步骤s101：伺服控制系统跟踪回路的控制对象是被跟踪目标相对初始跟踪点的偏差，确定所述伺服控制系统处于非阶跃跟踪状态时的待调试的控制参数，所述控制参数包括跟踪比例项和跟踪积分项；
30.步骤s102：初始化跟踪比例项的数值为伺服控制系统跟踪环仿真得出的数据，以一固定步长为增加量，增加跟踪比例项的数值，直到所述被跟踪目标的波门出现抖动，将此时的跟踪比例项的数值作为跟踪比例中间项，跟踪比例项的最终值为所述跟踪比例中间项的值除以2；
31.步骤s103：由跟踪器实时检测所述被跟踪目标在跟踪过程中相对初始跟踪点的相对偏差；初始化跟踪积分项的数值为伺服控制系统跟踪回路仿真得出的数据；通过调试所述跟踪积分项的数值，使所述相对偏差逐渐变小，当满足预设条件时，将伺服控制系统跟踪回路积分项的数值确定为跟踪积分项的数值；
32.所述跟踪积分项的数值的调试方法为：增大跟踪积分项的数值，并跟踪静止目标，当跟踪波门距离所述静止目标的中心点出现左右等幅值晃动时，将所述跟踪积分项的数值的0.5倍作为所述跟踪积分项的最终数值；所述预设条件为：在所述跟踪目标为动目标时，所述动目标从启动到跟踪成功，所需时间在2秒以内，且超调次数大于1。其中超调是指，超调是衡量调节品质的一个量。当系统输出超过稳态值时，输出的最大值减去稳态值的差除以稳态值乘以百分之百的数值；超调反映的是控制系统在达到稳态前控制作用最糟糕的结果。超调次数是指：伺服控制系统输出达到稳态值之前，系统输出超过稳态值的次数。
33.本实施例中，伺服控制系统处于非阶跃跟踪状态时的系统控制量为
34.sout0＝serror*skpout0+serror*skiout0
35.其中，sout0为系统控制量；serror为偏差像素；skpout0为跟踪比例项；skiout0为跟踪积分项。
36.所述步骤s101，所述控制参数包括跟踪比例项和跟踪积分项，其中，所述待跟踪比例项为俯仰跟踪比例项，所述跟踪积分项为俯仰跟踪积分项。所述跟踪比例项和跟踪积分项可以根据使用场景的需求进行调整，例如，所述待跟踪比例项为航向跟踪比例项，所述跟踪积分项为航向跟踪积分项。
37.所述步骤s102中，在伺服控制系统非阶跃跟踪状态下，有两个环路起作用，分别是速度回路和跟踪回路。所述速度回路为内环，所述跟踪回路为外环。以一固定步长为增加量，增加跟踪比例项的数值，例如，所述跟踪比例项的数值的初始值为0.1，步长为0.1，则先将所述跟踪比例项的数值增加到0.2，若跟踪目标的波门未出现抖动，则将所述跟踪比例项的数值增加到0.3，以此类推，直至跟踪目标的波门出现抖动。
38.本实施例中，调试结果为：
39.xkpout0＝xerror*22；
40.其中xkpout0为航向跟踪比例项，xerror为航向偏差像素，
41.ykpout0＝yerror*33；
42.其中ykpout0为俯仰跟踪比例项，yerror为俯仰偏差像素。
43.本实施例中，经过调试，对航向跟踪积分、俯低跟踪积分进行调试。调试的结果为：
44.xkiout1＝xerror+xkiout1；//航向跟踪积分项
45.if(xkiout1》4000)xkiout1＝4000；//积分限幅
46.else if(xkiout1《-4000)xkiout1＝-4000；
47.xkiout0＝(int)(xkiout1/2.2)；//积分系数0.45
48.其中xkiout1：航向跟踪积分中间项；
49.xkiout0：航向跟踪积分项。
50.俯仰调试最终值如下：
51.ykiout1＝yerror+ykiout1；
52.if(ykiout1》2000)ykiout1＝2000；
53.else if(ykiout1《-2000)ykiout1＝-2000；
54.ykiout0＝(int)(ykiout1/2.2)；//积分系数0.45
55.其中：ykiout1：俯仰跟踪积分中间项；
56.ykiout0：俯仰跟踪积分项。
57.进一步地，步骤s103之后，还包括步骤s104，所述步骤s104包括：
58.基于所述跟踪比例项及所述跟踪积分项，确定误差控制量，所述误差控制量为xdyxh1＝(xkpout0+xkiout0)*k，其中xdyxh1为前一时刻导引信号，xkpout0为跟踪比例项，xkiout0为跟踪积分项，k为跟踪系数。
59.本实施例中，以确定方位控制量为例，
60.方位控制量输出：
61.ax＝xkpout0+xkiout0；//比例+积分
62.if(ax》3000)ax＝3000；//输出限幅
63.else if(ax《-3000)ax＝-3000；
64.else ax＝ax；
65.xout0＝ax*10；
66.xdyxh1＝(int)(xout0/11)；
67.其中：ax:航向控制量中间项；
68.xkpout0：航向跟踪比例项；
69.xkiout0：航向跟踪积分项；
70.xout0：航向控制量；
71.xdyxh1：航向前一时刻导引信号；
72.俯仰控制量输出：
73.bx＝ykpout0+ykiout0；
74.if(bx》3000)bx＝3000；
75.else if(bx《-3000)bx＝-3000；
76.else bx＝bx；
77.yout0＝-(bx*10)；
78.ydyxh1＝(int)(-yout0/11)；
79.其中：bx:俯仰控制量中间变量；
80.yout0：俯仰控制量；
81.ydyxh1：俯仰前一时刻导引信号；
82.ykpout0：俯仰跟踪比例项；
83.ykiout0：俯仰跟踪积分项。
84.进一步地，所述步骤s104之后，还包括步骤s105，所述步骤s105，包括：
85.由性能指标和实际使用中的使用效果进行跟踪回路参数验证。
86.具体地，由测试跟踪回路幅频特性和稳定平台隔离度指标，进行跟踪回路参数验证。
87.本实施例中，跟踪回路幅频特性实测值为：跟踪回路的带宽:2.5hz；谐振峰值：1.25；方位隔离度：7％；俯仰隔离度：6％；跟踪回路幅频特性和稳定平台隔离度指标满足光学舱任务书指标要求，跟踪回路调试完成。
88.本发明实施例进一步给出一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试装置，如图4所示，所述装置包括：
89.参数确定模块：配置为伺服控制系统跟踪回路的控制对象是被跟踪目标相对初始跟踪点的偏差，确定所述伺服控制系统处于非阶跃跟踪状态时的待调试的控制参数，所述控制参数包括跟踪比例项和跟踪积分项；
90.跟踪比例项确定模块：配置为初始化跟踪比例项的数值为伺服控制系统跟踪环仿真得出的数据，以一固定步长为增加量，增加跟踪比例项的数值，直到所述被跟踪目标的波门出现抖动，将此时的跟踪比例项的数值作为跟踪比例中间项，跟踪比例项的最终值为所述跟踪比例中间项的值除以2；
91.跟踪积分项确定模块：配置为由跟踪器实时检测所述被跟踪目标在跟踪过程中相对初始跟踪点的相对偏差；初始化跟踪积分项的数值为伺服控制系统跟踪回路仿真得出的数据；通过调试所述跟踪积分项的数值，使所述相对偏差逐渐变小，当满足预设条件时，将伺服控制系统跟踪回路积分项的数值确定为跟踪积分项的数值；
92.所述跟踪积分项的数值的调试包括：增大跟踪积分项的数值，并跟踪静止目标，当
跟踪波门距离所述静止目标的中心点出现左右等幅值晃动时，将所述跟踪积分项的数值的0.5倍作为所述跟踪积分项的最终数值；所述预设条件为：在所述跟踪目标为动目标时，所述动目标从启动到跟踪成功，所需时间在2秒以内，且超调次数大于1；超调次数是指伺服控制系统输出达到稳态值之前，系统输出超过稳态值的次数。
93.本发明实施例进一步给出一种伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试系统，包括：
94.处理器，用于执行多条指令；
95.存储器，用于存储多条指令；
96.其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法。
97.本发明实施例进一步给出一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的伺服控制系统非阶跃跟踪状态下控制参数调试方法。
98.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
99.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
100.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
101.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
102.上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装windows或者windows server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
103.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。