[發明專利]一種穩定平臺實時軌跡規劃方法

在審

• 申請號: 202111462097.4
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114265400A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王力航;史乃煜;范麗榮
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種軌跡規劃方法，具體為一種穩定平臺實時軌跡規劃方法；包括如下步驟：步驟一、建立穩定補償控制系統，由上位機和下位機構成，上位機用于監督和產生一系列指令信號，下位機實時地執行控制算法；控制過程以循環的方式進行工作，步驟二、基于貝塞爾曲線的路徑規劃；步驟三、基于變結構狀態濾波器的軌跡規劃；本發明的設計由基于貝塞爾曲線插值的路徑規劃與基于變結構非線性濾波器軌跡規劃算法構成。實驗結果表明，該運動規劃方案可以在線生成光滑曲線有效提高平臺跟蹤補償精度與運動平穩性。對提升穩定平臺補償精度具有積極效果。

技術領域

本發明涉及一種實時軌跡規劃方法，具體為一種穩定平臺實時軌跡規劃方法。

背景技術

艦船穩定平臺是一套實時檢測并補償船體運動的機電設備，為艦載設備提供穩定的工作空間。典型的應用包括艦載武器、艦載雷達、海上吊裝設備、海上直升機安全著艦設備以及海上安全引橋設備等。并聯穩定平臺以其高承載能力以高機動性的得到廣泛關注。穩定平臺系統實時根據載體運動作出相應補償。為了實現穩定平臺高精度補償，實現具有高實時性且滿足機構運動要求的運動規劃具有重要意義。

一般條件下，運動規劃被分為路徑規劃問題和軌跡規劃問題。路徑規劃針對執行器動作要求設計出一條可執行的幾何路徑，而軌跡規劃針對給定執行路徑的設計時間律。與常規機器人系統或自動化機械系統相比，穩定平臺軌跡生成有其特殊性：一般條件下執行機構的路徑規劃過程與軌跡規劃過程是分離的，即機構在軌跡規劃之前就已經得到了待執行路徑的完整信息。穩定平臺實時檢測并補償船體運動，在軌跡規劃之前并聯穩定平臺補償軌跡是未知，即穩定平臺需要在線的完成路徑規劃與軌跡規劃任務。這種工況一方面對軌跡算法生成的實時性做出了更高要求，另一方面對軌跡的時間屬性做出了更強的約束。穩定平臺的運行軌跡取決于船體的運動軌跡，穩定平臺軌跡運行時間相對船體運動中的任何超前與滯后都會造成補償誤差。因此運行時間最短的優化指標就不再適用于并聯穩定平臺的軌跡生成。

實時運動規劃問題是機構智能化發展的關鍵問題之一，相關學者做出了大量研究；面向控制需求，相關學者也提出了一系列系統設計和大量研究。對并聯穩定平臺裝置穩定補償工況做出了詳細分析，指出穩定補償系統具有強實時性并且運動形式復雜。提出穩定補償過程中面臨的兩個問題：上下位機周期協調問題與平臺軌跡光滑性約束問題。

發明內容

針對背景技術中提到的問題，本發明提供一種穩定平臺實時軌跡規劃方法，以解決背景技術提出的技術問題。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種穩定平臺實時軌跡規劃方法，包括如下步驟：

步驟一、建立穩定補償控制系統，由上位機和下位機構成，上位機用于監督和產生一系列指令信號，下位機實時地執行控制算法；控制過程以循環的方式進行工作，并且上位機與下位機使用不同的工作周期，受姿態傳感器性能的限制，上位機采用周期T，下位機使用Ts作為執行周期；實際工作中需要實時地通過軌跡規劃得到每個Ts執行周期的位置與速度以供控制器參考，進而形成跟蹤指令；

在穩定平臺系統實時運動規劃方案整體結構中，上位機按照周期T進行采集船體姿態信息，驅動系統以周期Ts進行閉環控制，為協調控制過程中兩者周期差異，采用基于貝塞爾曲線的插值算法針對姿態信息節點進行插補；然后，將插補后的姿態信息經由運動學反解生成三缸實時軌跡；

步驟二、基于貝塞爾曲線的路徑規劃

m階貝塞爾曲線定義為控制點與伯恩斯坦多項式乘積形式

式中，系數p_j為控制點，基函數為m階伯恩斯坦多項式，定義為

式中，二項式系數定義為

選擇三階貝塞爾曲線進行插值，當m＝3時，貝塞爾曲線可以表示成