专利名称：一种对光电跟踪稳定系统的试验方法及平台的制作方法
技术领域：
本发明属于光电跟踪和系统实物仿真领域，涉及如何在光电跟踪系统中实现基于代码自动生成环境(RTW)即代码自动生成的环境，实现控制器的Simulink模型直接生成可执行代码以及实现在线调整参数与实时监测，用于提高光电跟踪稳定系统的设计效率，减少开发成本。
背景技术：
光电跟踪稳定系统可以隔离载体运动对视轴的扰动并实现对目标的捕获与跟踪，在很多领域得到广泛的应用。光电跟踪稳定系统集惯性导航、微惯性传感器、数据采集及信号处理、精密机械动力学建模仿真和设计、电机运动控制、图像处理和光学仪器应用等多项技术于一身，是以机电一体化、目标识别自动控制技术为主体，多个学科有机结合的产物。近年来，随着精密机械、微电子技术、数字信号处理技术、功率电子技术和伺服控制技术的发展，光电跟踪稳定系统越来越复杂，控制系统的设计也越来越复杂。
在传统的光电跟踪稳定控制系统的设计方法中，数字仿真结束后，需要手工编写代码，编译并下载到控制器中，发现问题时又需要重新编写相应的代码。由于当前系统复杂程度的提高，一些现代控制与智能控制算法实现较为困难，如:变结构控制、神经网络、模糊控制、模型参考自适应控制等。手工编写这些算法的代码存在一定的难度。同时，在试验过程中，代码调试的工作量大，可移植性相对较差，不方便相关人员的交流。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种对光电跟踪稳定系统的试验方法及平台。为了达成所述目的，本发明的第一方面，是提供一种对光电跟踪稳定系统的试验方法，实现步骤包括以下:步骤S1:构建由计算机、控制器、操控台、驱动模块组成的试验平台架构；步骤S2:基于控制器并利用数值运算仿真软件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的网口通信协议或RS232的串口通信协议的代码自动生成环境；步骤S3:由计算机利用代码自动生成环境，将控制算法的Simulink模型编译成的C代码并下载至控制器中；步骤S4:控制器执行生成的C代码，执行过程中接收光电跟踪稳定系统输出的传感器信号，输出控制电压与使能信号；步骤S5:驱动模块接收控制电压与使能信号，生成驱动电压；步骤S6:光电跟踪稳定系统接收驱动电压信号，并输出传感器信号，完成对控制算法的有效性验证。为了达成所述目的，本发明的第二方面，是提供一种对光电跟踪稳定系统的试验平台，所述试验平台包括计算机、操控台、控制器、驱动模块以及光电跟踪稳定系统，其中:
计算机，构建利用代码自动生成环境，用于将控制算法Simulink模型编译成的C代码并下载至控制器并实时监控控制器运行；操控台，用于输出电源开关电压信号及单杆电压信号；控制器，与计算机和操控台的输出端连接，控制器通过网口与计算机相互通信，实现代码自动生成环境，接收操控台的单杆电压信号与和光电跟踪稳定系统的传感器信号，用于生成并输出控制电压信号与使能信号；驱动模块，接收控制电压信号与使能信号，用于生成驱动电压信号；光电稳定跟踪系统，接收驱动电压信号，用于生成并输出传感器信号，从而完成对控制算法的有效性验证。本发明与现有的技术方法相比的有益效果是:本发明在上位机上搭建基于代码自动生成环境的光电跟踪稳定系统的代码自动生成环境；搭建此仿真平台的硬件包括控制器部分与驱动模块；利用代码自动生成环境将控制器的仿真模型直接转化为C代码并下载到控制器中，完成对光电跟踪稳定平台的仿真。本发明将代码自动生成环境应用在光电跟踪稳定系统中，实现了基于代码自动生成环境的光电跟踪稳定系统的仿真方法，将自动生成代码代替手工编写代码，从而减少了光电跟踪稳定系统设计的周期与开发成本。1、本发明的代码自动生成环境(RTW)将搭建Simulink控制器的模型直接生成可执行的C代码，这样，所有开发人员可以面对同一种开发平台，实现快速原型化设计，方便系统的调试，使开发人员从 繁杂的编写代码的工作中解放出来，更关注于系统与方法本身，而不必过多的考虑代码实现的过程。2、基于代码自动生成的光电跟踪稳定系统的试验平台可以方便的验证设计方案，方便同一个项目组中不同模块开发人员的交流，大大缩短开发周期。3、允许在设计的初始阶段对方法的验证，减少设计方案中的错误对整个系统开发的影响，减少开发成本。
图1为本发明中硬件平台结构图；图2为本发明中硬件平台实施例框图；图3为实测被控对象频率特性和拟合被控对象频率特性；图4为数字仿真时PI控制的闭环特性曲线；图5本发明中的试验平台测得的相同PI控制的闭环特性曲线；图6试验平台实现流程图。
具体实施例方式以下结合附图，说明本发明的实施例。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。如图1所示本发明的一种对光电跟踪稳定系统的试验平台，所述试验平台由主控计算机(PC机)、操控台、控制器、驱动模块以及被试验的光电跟踪稳定系统构成，其中:计算机，构建利用代码自动生成环境，用于将控制算法Simulink模型编译成的C代码并下载至控制器并实时监控控制器运行；操控台，用于输出电源开关电压信号及单杆电压信号；控制器，与计算机和操控台的输出端连接，控制器通过网口与计算机相互通信，实现代码自动生成环境，接收操控台的单杆电压信号与和光电跟踪稳定系统的传感器信号，用于生成并输出控制电压信号与使能信号；驱动模块，接收控制电压信号与使能信号，用于生成驱动电压信号；光电稳定跟踪系统，接收驱动电压信号，用于生成并输出传感器信号，从而完成对控制算法的有效性验证。所述控制器包括:嵌入式处理器、数据采集板和串口通信板，嵌入式处理器分别与数据采集板和串口通信板连接，其中:嵌入式处理器，接收计算机生成的C代码，接收数据采集板发出的数字信号与 、串口通信板发出的操控台单杆信号与和电源开关信号，并经过控制算法处理，生成数字信号和生成使能信号；数据采集板，接收光电跟踪稳定系统的传感器信号，接收并对嵌入式处理器输出的数字信号进行处理，生成并输出控制电压信号输出给驱动电路；串口通信板，接收操控台输出电源的开关信号及操控台的单杆信号并通过总线输出给嵌入式处理器，并接收并输出嵌入式处理器生成的使能信号。所述嵌入式处理器件是基于x86指令集的处理器。所述控制器利用数值运算仿真软件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的网口通信协议或RS232的串口通信协议的代码自动生成环境。所述C代码下载至控制器，控制器用于执行C代码，执行C代码过程中接收传感器信号，输出控制电压与使能信号。所述数据采集板采用DMM16T采集板。在本发明的试验平台上，被试验的光电跟踪稳定系统为光电吊舱或光电经纬仪，试验平台的采样频率为1000Hz，本发明的具体实施步骤如下:(I)根据图2构建硬件平台的实施例；(2)所述操控台包括电源开关按钮，单杆，手动/自动切换按钮。(3)针对PC/104，在PC上利用Matlab/RTW生成操作系统内核并拷入到PC/104中，代码自动生成环境设置为TCP/IP通信协议，PC机通过网线与PC/104连接。这样，建立了基于TCP/IP的网口通信协议的代码自动生成环境；(4)针对光电吊舱或光电经纬仪，测试其开环传递函数，利用Matlab进行其控制器的设计并进行数字仿真，并得到控制器的Simulink模型；所述步骤(4)中，设计的控制器可以是任意的形式，如PID控制器、滑模变结构控制器、鲁棒控制器、自适应控制器、神经网络以及模糊控制等。(5)将搭建的Simulink模型(Simulink为控制领域内广泛应用的仿真软件)利用本发明直接编译并下载到PC104中，图3为实测被控对象频率特性和拟合被控对象频率特性，通过动态信号分析仪测试系统被控对象的传递函数，实现为实测的对象频率特性，虚线代表拟合的曲线，得对象传递函数Gp(S):
25GAs)=-
p [l/(0.7x27r)].s +l)x([l/(l50x27r)].v -f I)x 丨歷、|>< 卜
sTs -|-其中，s为拉普拉斯算子，€ p € 2为阻尼系数，Co1为谐振频率，T为时间常数，其具体取值如下:€ i = 0.4 ; € 2 = 0.005 ; CO i = 353 X 2 31 ;T = 0.0Ols ;设计PI控制器Ktl表示如下:
权利要求
1.一种对光电跟踪稳定系统的试验方法，其特征在于，步骤包括以下: 步骤S1:构建由计算机、控制器、操控台、驱动模块组成的试验平台架构； 步骤S2:基于控制器并利用数值运算仿真软件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的网口通信协议或RS232的串口通信协议的代码自动生成环境； 步骤S3:由计算机利用代码自动生成环境，将控制算法的Simulink模型编译成的C代码并下载至控制器中； 步骤S4:控制器执行生成的C代码，执行过程中接收光电跟踪稳定系统输出的传感器信号，输出控制电压与使能信号； 步骤S5:驱动模块接收控制电压与使能信号，生成驱动电压； 步骤S6:光电跟踪稳定系统接收驱动电压信号，并输出传感器信号，完成对控制算法的有效性验证。
2.如权利要求1所述对光电跟踪稳定系统的试验方法，其特征在于，所述控制器包括:嵌入式处理器、数据采集板和串口通信板，所述嵌入式处理器为x86指令集的处理器。
3.一种对光电跟踪稳定系统的试验平台，其特征在于包括计算机、操控台、控制器、驱动模块以及光电跟踪稳定系统，其中: 计算机，构建利用代码自动生成环境，用于将控制算法Simulink模型编译成的C代码并下载至控制器并实时监控控制器运行； 操控台，用于输出电源开关电压信号及单杆电压信号； 控制器，与计算机和操控台的输出端连接，控制器通过网口与计算机相互通信，实现代码自动生成环境，接收操控台的单杆电压信号与和光电跟踪稳定系统的传感器信号，用于生成并输出控制电压信号与使能信号； 驱动模块，接收控制电压信号与使能信号，用于生成驱动电压信号； 光电稳定跟踪系统，接收驱动电压信号，用于生成并输出传感器信号，从而完成对控制算法的有效性验证。
4.如权利要求3所述对光电跟踪稳定系统的试验平台，其特征在于，所述控制器包括:嵌入式处理器、数据采集板和串口通信板，其中: 嵌入式处理器分别与数据采集板和串口通信板连接； 嵌入式处理器，接收计算机生成的C代码，接收数据采集板发出的数字信号、串口通信板发出的操控台单杆信号与和电源开关信号，并经过控制算法处理，用于生成数字信号和生成使能信号； 数据采集板，接收光电跟踪稳定系统的传感器信号，接收并对嵌入式处理器输出的数字信号并对其进行处理，用于生成并输出控制电压信号输出给驱动电路； 串口通信板，接收操控台输出电源的开关信号及操控台的单杆信号并通过总线输出给嵌入式处理器，用于接收并输出嵌入式处理器生成的使能信号。
5.如权利要求4所述对光电跟踪稳定系统的试验平台，其特征在于，所述嵌入式处理器件是基于x86指令集的处理器。
6.如权利要求3所述对光电跟踪稳定系统的试验平台，其特征在于，所述控制器利用数值运算仿真软件 Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的网口通信协议或RS232的串口通信协议的代码自动生成环境。
7.如权利要求3所述对光电跟踪稳定系统的试验平台，其特征在于，所述C代码下载至控制器，控 制器用于执行C代码，执行C代码过程中接收传感器信号，用于输出控制电压与使能信号。
全文摘要
本发明是一种对光电跟踪稳定系统的试验方法，包括步骤S1构建仿真平台架构；步骤S2基于控制器并利用数值运算仿真软件Matlab/RTW，建立起基于TCP/IP的网口通信协议或RS232的串口通信协议的代码自动生成环境；步骤S3由计算机利用代码自动生成环境，将控制算法的Simulink模型编译成的C代码并下载至控制器中；步骤S4控制器执行生成的C代码，执行过程中接收传感器信号，输出控制电压与使能信号；步骤S5驱动模块接收控制电压与使能信号，生成驱动电压；步骤S6光电跟踪稳定系统接收驱动电压信号，并输出传感器信号，完成对控制算法的有效性验证。本发明还提供一种对光电跟踪稳定系统的试验平台。
文档编号G05B17/02GK103235518SQ20131013857
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者刘子栋, 包启亮, 刘翔, 夏运霞, 熊帅 申请人:中国科学院光电技术研究所