CN111722648A - 一种快速控制反射镜的控制方法、装置和***及控制器 - Google Patents

一种快速控制反射镜的控制方法、装置和***及控制器 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种快速控制反射镜的控制方法，包括：根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号；给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；发送控制信号至快速控制反射镜控制器，以使快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到下一时刻的给定信号对应的位置。本申请中提供的给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号，当该给定信号输入反射镜闭环***时，给定信号的线性度大于标准三角波信号，稳像精度更高，减少难度和加工成本。本申请同时还提供了一种快速控制反射镜的控制装置、控制器和快速控制反射镜的控制***，均具有上述有益效果。

Description

一种快速控制反射镜的控制方法、装置和***及控制器
技术领域
本申请涉及快速控制反射镜技术领域，特别涉及一种快速控制反射镜的控制方法、装置和***及控制器。
背景技术
快速控制反射镜作为稳像设备广泛应用于全景红外雷达、成像激光雷达等成像设备。目前，在快速控制反射镜的位置闭环控制中，普遍采用如图1所示的标准三角波信号作为位置闭环控制的给定信号，使得快速控制反射镜稳像区间(ab段)位置线性度差，因此造成稳像精度差。为了快速控制反射镜在稳像区间的位置线性度，相关技术普遍是通过增加柔性组件刚度或减小反射镜转动惯量来增加闭环***带宽来减小高频段信号失真，提高快速控制反射镜稳像区间(ab段)的位置线性度。然而增加柔性组件刚度会增加***功耗，减小反射镜转动惯量会增加反射镜加工难度及加工成本。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种快速控制反射镜的控制方法、快速控制反射镜的控制装置、控制器和快速控制反射镜的控制***，能够提高稳像精度，减少难度和加工成本。其具体方案如下：
本申请提供了一种快速控制反射镜的控制方法，包括：
根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；所述给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；
发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器，以使所述快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到所述下一时刻的所述给定信号对应的给定位置。
优选地，发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器，以使所述快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到所述下一时刻的给定信号对应的给定位置之后，还包括：
接收所述快速控制反射镜传感器反馈的第一位置信号，将所述第一位置信号代替所述当前时刻位置信号；
获取新的下一时刻的所述给定信号，并替代所述下一时刻的所述给定信号，执行所述根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。
优选地，所述给定信号为：
Figure BDA0002566924930000021
其中，r(t)为给定信号，A0为第一常数，n取值为n＝0,1,2,…,∞，ω为第二常数，t为时间。
优选地，所述标准三角波信号的频率为20HZ，对应的，所述给定信号是将所述标准三角波信号的除稳像区间之外的其他部分的频率替换为40HZ而得到的正弦波组合的信号。
本申请提供了一种快速控制反射镜的控制装置，包括：
控制信号获得模块，用于根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；所述给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；
控制信号发送模块，用于发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器，以使所述快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到所述下一时刻的所述给定信号对应的给定位置。
优选地，还包括：
第一位置信号获取模块，用于接收所述快速控制反射镜传感器反馈的第一位置信号，将所述第一位置信号代替所述当前时刻位置信号；
执行模块，用于获取新的下一时刻的所述给定信号，并替代所述下一时刻的所述给定信号，执行所述根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。
本申请提供了一种控制器，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述快速控制反射镜的控制方法的步骤。
本申请提供了一种快速控制反射镜的控制***，包括：
反射镜；
快速控制反射镜传感器，用于控制反射镜运动到给定位置；
控制器，用于根据下一时刻的给定信号和所述快速控制反射镜传感器反馈的所述当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；所述给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器；
所述快速控制反射镜控制器，用于根据所述控制信号控制所述反射镜转动到所述下一时刻的所述给定信号对应的所述给定位置。
优选地，所述快速控制反射镜***的-3dB带宽为120HZ。
本申请提供一种快速控制反射镜的控制方法，包括：根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；发送控制信号至快速控制反射镜控制器，以使快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到下一时刻的给定信号对应的位置。
可见，本申请中提供的给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号，当该给定信号输入反射镜闭环***时，给定信号的线性度大于标准三角波信号，稳像精度更高，减少难度和加工成本。
本申请同时还提供了一种快速控制反射镜的控制装置、控制器和快速控制反射镜的控制***，均具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的闭环框图；
图2为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的一种闭环传递函数幅频响应曲线；
图4为本申请实施例提供的一种标准三角波信号的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种标准三角波信号频域曲线；
图6为本申请实施例提供的一种放大的标准三角波信号频域曲线；
图7为本申请实施例提供的一种定信号的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种频率为20HZ的标准三角波信号和给定信号(近似三角波信号)频域曲线对比图；
图9为本申请实施例提供的一种放大的频率为20HZ的标准三角波信号和给定信号(近似三角波信号)频域曲线对比图；
图10为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制***的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了快速控制反射镜在稳像区间的位置线性度，相关技术普遍是通过增加柔性组件刚度或减小反射镜转动惯量来增加闭环***带宽来减小高频段信号失真，提高快速控制反射镜稳像区间(ab段)的位置线性度。然而增加柔性组件刚度会增加***功耗，减小反射镜转动惯量会增加反射镜加工难度及加工成本。
请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的闭环框图，主要包括：控制器100、控制对象200、比较器300、快速控制反射镜传感器400；根据快速控制反射镜的控制***的框图可知，其闭环传递函数为：
Figure BDA0002566924930000051
其中C(t)表征控制器对应的第一计算公式、G(t)表征控制对象对应的第二计算公式，R(t)为下一时刻的给定信号，Y(t)为输出信号即当前时刻位置信号，快速控制反射镜传感器400控制反射镜运动到给定位置并采集输出信号，发送至比较器300。
具体的，本实施例中给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号。
本实施例提供一种快速控制反射镜的控制方法，本申请提供的给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号，当该给定信号输入反射镜闭环***时，给定信号的线性度大于标准三角波信号，稳像精度更高，减少难度和加工成本，具体请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制方法的流程图，具体包括：
S101、根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；
本实施例中在当前时刻时，根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的快速控制反射镜的当期时刻位置信号两者进行作差，得到控制信号。
在本实施例中，根据闭环传递函数，将相关参数代入，得到闭环传递函数幅频响应曲线如图3所示，图3为本申请实施例提供的一种闭环传递函数幅频响应曲线，在一种可实现的实施方式中，闭环***-3dB带宽为120HZ，即频率低于120HZ的单频正弦信号可以无失真的通过闭环***，而频率高于120HZ的单频正弦信号通过闭环***将出现失真。请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种标准三角波信号的示意图，基于标准三角波信号，根据傅里叶变换：任何周期性的信号都可展开为含有许多正弦分量或余弦分量的组合，因此，本实施例中的给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号。
进一步的，快速控制反射镜闭环控制所用的给定信号为：
Figure BDA0002566924930000061
其中，r(t)为给定信号，A0为第一常数，n取值为n＝0,1,2,…,∞，ω为第二常数，t为时间。
S102、发送控制信号至快速控制反射镜控制器，以使快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到下一时刻的给定信号对应的给定位置；
本步骤是基于控制信号控制反射镜转动，以实现快速控制反射镜转动，实现光束的控制，稳定光束的指向。当快速控制反射镜控制器接收到控制信号后，会控制反射镜转动，转动完成后，快速控制反射镜传感器会得到反射镜的一个反馈信号即当前时刻位置信号，快速控制反射镜传感器将当前时刻位置信号发送至控制器。可以理解的是，在一次快速控制反射镜的稳像控制中，当开启稳像控制指令后，会一直执行稳定控制，直到接收到停止指令。
进一步的，发送控制信号至快速控制反射镜控制器，以使快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到下一时刻的给定信号对应的位置之后，还包括：接收快速控制反射镜传感器反馈的第一位置信号，将第一位置信号代替当前时刻位置信号；获取新的下一时刻的给定信号，并替代下一时刻的给定信号，执行根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。其中，该停止信号可以是用户通过用户交互界面选择的停止指令，也可以是用户通过物理键发送的停止指令，也可以是当***开启预设时间后，自动下发的停止指令，只要是能够实现本实施例的目的即可，本实施例不再进行限定。
进一步的，标准三角波信号的频率为20HZ，对应的，给定信号是将标准三角波信号的除稳像区间之外的其他部分的频率替换为40HZ而得到的正弦波组合的信号。
具体的，请参考图5和图6，图5为本申请实施例提供的一种标准三角波信号频域曲线，图6为本申请实施例提供的一种放大的标准三角波信号频域曲线。可知，以20HZ的标准三角波信号频域曲线为例，其在频率为f＝20×n(n＝1,2,3,…,∞)均有信号，而闭环***-3dB带宽为120HZ，因此频率大于120HZ信号通过***将出现失真，使得快速控制反射镜稳像区间(ab段)位置线性度差。其中稳像区间的确定请参考现有技术，本实施例不再进行赘述。
基于上述问题，只需要保证给定三角波信号在稳像区间(ab段)具有很好的线性度，而除稳像区间(ab段)之外不需要保证其线性度，因此将标准三角波信号除稳像区间(ab段)之外的其它部分换成频率为40HZ的正弦信号得到如图7所示的近似三角波信号即给定信号，图7为本申请实施例提供的一种定信号的示意图。
请参考图8和图9，图8为本申请实施例提供的一种频率为20HZ的标准三角波信号和给定信号(近似三角波信号)频域曲线对比图；图9为本申请实施例提供的一种放大的频率为20HZ的标准三角波信号和给定信号(近似三角波信号)频域曲线对比图。从曲线可以看出频率低于100HZ时标准三角波信号的正弦分量幅值小于近似三角波信号的正弦分量而频率高于100HZ时标准三角波信号的正弦分量幅值大于近似三角波信号的正弦分量，因此当两种信号通过快速控制反射镜闭环***时(闭环***-3dB带宽为120HZ)，标准三角波信号的失真要大于近似三角波信号，同时用近似三角波信号作为快速控制反射镜闭环控制的给定信号时，快速控制反射镜稳像区间(ab段)位置线性度更高，稳像精度更高。
可见，本实施例提供的方案结构简单，不需要外加设备也可以提高稳像精度，降低了成本。
下面对本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制装置进行介绍，下文描述的快速控制反射镜的控制装置与上文描述的快速控制反射镜的控制方法可相互对应参照，参考图10，图10为本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制装置的结构示意图，包括：
控制信号获得模块201，用于根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；
控制信号发送模块202，用于发送控制信号至快速控制反射镜控制器，以使快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到下一时刻的给定信号对应的给定位置。
优选地，还包括：
第一位置信号获取模块，用于接收快速控制反射镜传感器反馈的第一位置信号，将第一位置信号代替当前时刻位置信号；
执行模块，用于获取新的下一时刻的给定信号，并替代下一时刻的给定信号，执行根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。
优选地，给定信号为：
Figure BDA0002566924930000081
其中，r(t)为给定信号，A0为第一常数，n取值为n＝0,1,2,…,∞，ω为第二常数，t为时间。
优选地，标准三角波信号的频率为20HZ，对应的，给定信号是将标准三角波信号的除稳像区间之外的其他部分的频率替换为40HZ而得到的正弦波组合的信号。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
下面对本申请实施例提供的一种控制器进行介绍，下文描述的控制器与上文描述的快速控制反射镜的控制方法可相互对应参照。
本实施例提供一种控制器，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上快速控制反射镜的控制方法的步骤。
下面对本申请实施例提供的一种快速控制反射镜的控制***进行介绍，下文描述的快速控制反射镜的控制***与上文描述的快速控制反射镜的控制方法可相互对应参照。
请参考图11，图11为本申请实施例提供一种快速控制反射镜的控制***的结构示意图，包括：
反射镜500；
快速控制反射镜传感器400，用于控制反射镜运动到给定位置；
控制器100，用于根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器200反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；发送控制信号至快速控制反射镜控制器200；
快速控制反射镜控制器200，用于根据控制信号控制反射镜500转动到下一时刻的给定信号对应的给定位置。
优选地，快速控制反射镜***的-3dB带宽为120HZ。
优选地，控制器100，还用于接收快速控制反射镜传感器400反馈的第一位置信号，将第一位置信号代替当前时刻位置信号；
获取新的下一时刻的给定信号，并替代下一时刻的给定信号，执行根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器400反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。
优选地，给定信号为：
Figure BDA0002566924930000091
其中，r(t)为给定信号，A0为第一常数，n取值为n＝0,1,2,…,∞，ω为第二常数，t为时间。
优选地，标准三角波信号的频率为20HZ，对应的，给定信号是将标准三角波信号的除稳像区间之外的其他部分的频率替换为40HZ而得到的正弦波组合的信号。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请提供的一种快速控制反射镜的控制方法、装置和***及控制器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种快速控制反射镜的控制方法，其特征在于，包括：
根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；所述给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；
发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器，以使所述快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到所述下一时刻的所述给定信号对应的给定位置。
2.根据权利要求1所述的快速控制反射镜的控制方法，其特征在于，发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器，以使所述快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到所述下一时刻的给定信号对应的给定位置之后，还包括：
接收所述快速控制反射镜传感器反馈的第一位置信号，将所述第一位置信号代替所述当前时刻位置信号；
获取新的下一时刻的所述给定信号，并替代所述下一时刻的所述给定信号，执行所述根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。
3.根据权利要求1所述的快速控制反射镜的控制方法，其特征在于，所述给定信号为：
Figure FDA0002566924920000011
其中，r(t)为给定信号，A0为第一常数，n取值为n＝0,1,2,…,∞，ω为第二常数，t为时间。
4.根据权利要求3所述的快速控制反射镜的控制方法，其特征在于，所述标准三角波信号的频率为20HZ，对应的，所述给定信号是将所述标准三角波信号的除稳像区间之外的其他部分的频率替换为40HZ而得到的正弦波组合的信号。
5.一种快速控制反射镜的控制装置，其特征在于，包括：
控制信号获得模块，用于根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，进行比较做差得到控制信号；所述给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；
控制信号发送模块，用于发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器，以使所述快速控制反射镜控制器控制反射镜转动到所述下一时刻的所述给定信号对应的给定位置。
6.根据权利要求5所述的快速控制反射镜的控制装置，其特征在于，还包括：
第一位置信号获取模块，用于接收所述快速控制反射镜传感器反馈的第一位置信号，将所述第一位置信号代替所述当前时刻位置信号；
执行模块，用于获取新的下一时刻的所述给定信号，并替代所述下一时刻的所述给定信号，执行所述根据下一时刻的给定信号和快速控制反射镜传感器反馈的当前时刻位置信号，得到控制信号的步骤，直至接收到停止信号。
7.一种控制器，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述快速控制反射镜的控制方法的步骤。
8.一种快速控制反射镜的控制***，其特征在于，包括：
反射镜；
快速控制反射镜传感器，用于控制反射镜运动到给定位置；
控制器，用于根据下一时刻的给定信号和所述快速控制反射镜传感器反馈的所述当前时刻位置信号进行比较做差，得到控制信号；所述给定信号是根据信号频域得到的由标准三角波信号和正弦波信号组合的信号；发送所述控制信号至快速控制反射镜控制器；
所述快速控制反射镜控制器，用于根据所述控制信号控制所述反射镜转动到所述下一时刻的所述给定信号对应的所述给定位置。
9.根据权利要求8所述的快速控制反射镜的控制***，其特征在于，所述快速控制反射镜***的-3dB带宽为120HZ。
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