光电跟踪伺服系统半实物仿真平台开发设计
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的可行性 ；
低成本 、缩 短研制周期就显得非常重要 。基 于上述原 因，建立一个光 电跟踪伺服控制系统仿真平台对开发 光 电系统及其跟踪控制分 系统 十分必要 。
１ 光 电跟踪 伺服 系统 的仿 真平 台
光 电跟踪系统一般 由光学 系统 、跟踪伺 服 系统 、
（ ）对 于 已设计 完成 的控 制器 ，部分 控制 对 象 ２ 采用 实际物体 ，部分采用 实 时数 字模 型 ，进行 整个
光 电跟 踪 伺服 系统 半 实物 仿 真平 台开 发 设计
姜 磊 ，张 宝利 ，于 华 龙 宋晓 艳 ，
（．浙 江 工业职 业技 术 学 院 ，浙 江绍 兴 ３２０ ； １ １００ ２ ．中兵 光 电科技股 份 有 限公 司 ，北京 １０ ７ ； ０ １６ ３ ．奇瑞汽 车有 限公 司 ，安 徽 芜湖 ２ １０ ） ４０９
２１ ０ ２年 ７月
机床 与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＵ ＣＳ
Ｊ１ ０ ２ ｕ ．２ １
Ｖｏ． ０ Ｎｏ １ １４ ． ３
第４ ０卷 第 １ ３期
Ｄ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ １ ． ５ ｓ ８ １２ １． ３０ １
随着光 电跟踪技术的不断发展 ，现代光 电测量设 备逐渐 向跟踪精度高 、响应速度快 的高性能综合测量 系统 发展 。其 中跟踪伺服 控制 系统 必须具 有高精 度 、 多功 能和高可靠性 ，才能 对空 间 目标进行 快速 捕获 、 平稳 跟踪和精确测量 。同时 ，光 电测量设备也不可避 免地越来越 昂贵和复杂 。因此在光电测 量设备 开发过
ＪＡ Ｉ ＮＧ ｅ ，Ｚ ＮＧ ａ ｌ ＹＵ Ｈｕ ｌｎ ＯＮＧ Ｘｉｏ ａ Ｌｉ ＨＡ Ｂ ｏｉ ， ａｏ ｇ ，Ｓ ａｙｎ
．
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收 稿 日期 ：２ １ — ６—１ ０１ ０ ５
作者简介 ：姜磊 （９ ３ ） １８ 一 ，男 ，硕士研究生 ，讲 师，主要从事 自动控制及工业过程控制研究 。Ｅ—ｍ ｉ ｊｙ ｉ ６ ． ｏ ａ ：ｚ ｌ ＠１３ ｃｍ。 ｌ ｇｅ
・
１ ８・ ７
机床与液压
１
—
第４ Ｏ卷
程 ，从而缩 短开发 时间。Ｒ Ｄ Ｔ Ｘ既可 以向主机传送标 志 目标 Ｄ Ｐ运 行状 态 的数 据 ，也 可 以在 主机 与 目标 Ｓ Ｄ Ｐ间传递 普通 数据 ，无论 是 目标 机 向主 机传 送数 Ｓ 据 ，还是主机向 目标机传递数据 ，都可 以通过以下步 骤来实现 ： （ ）编制 目标机程序用来发送或接收数据 ；（ ） １ ２ 编写主机 端程序用 于接收或发 送数据 ； （ ）将 目标 ３ 程序装入 目标 机 ，即 Ｄ Ｐ； （ ）启 动 Ｒ Ｄ Ｓ ４ Ｔ Ｘ； （ ） ５ 运行 目标机程序 ；（ ）运行主机程序 。 ６
２ Ｃ ｉａＮ ｒ ｐｉ ｌ ｌ ｔｃｌ ｅｈ ｏｏｙＣ ． ｔ ，Ｂ ｉｎ ０ １ ６ ｈｎ ； ． ｈｎ ｏｔ Ｏ ｔ ａ— ｅ ｒ ａ Ｔ ｃｎ ｌ ｏ ，Ｌｄ ｅ ｉｇ１０ ７ ，Ｃ ｉａ ｈ ｃ Ｅ ｃｉ ｇ ｊ
３ Ｃ ｅｙＡ ｔ ｏ ｉ ｏｐ ｒｔ ｎｏ ｉ ｔｄ ． ｈｒ ｕｏ ｂｌ Ｃ ｒｏａｉ ｆ ｍｉ 。Ｗｕ ｕＡ ｈ ｉ ４ ０ ９ ｈｎ ） ｍ ｅ ｏ Ｌ ｅ ｈ ｎ ｕ ２ １０ 。Ｃ ｉａ
程 中，如何在满足 系统性能指标 的基础上尽可能地降
激光测距机 、伺服系统 、记 录单元等组成 。光 电跟踪 仿真示意 图如 图 １ 所示 。 近年来 以 Ｄ Ｐ为 核心 的伺 服控 制 系统逐 渐取 代 Ｓ 以 Ｐ／０ Ｃ １４为核心 的控制 系统。原来 以数 学模 型为基 础 的纯软件 系统 仿真 ，已经不 能适 应 以 Ｄ Ｐ为 核心 Ｓ 的伺 服控制 系统 的设计与研发 。新技术 、新 变化要求 建立如下仿 真平 台 ： （ ）初期 阶段 ，快速地 建立 控制 对 象及 控制 器 １ 模型 ，对控制 系统进行多次试验来验证软 、硬件方 案
关键词 ：光 电跟踪伺 服系统 ；半实物仿真环境 ；Ｄ Ｐ Ｓ 中图分类号 ：Ｔ ３ １ Ｐ ７ Ｐ ９ ；Ｔ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —３ ８ 【０ ２ ３ ７ ４ ０ １ ８ １ ２ １ ）ｌ —１５—
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现对 Ｓ ｕｉｋ模型的交互 式读 取和设 置 ，建立 良好人机界 面，实现与伺 服控制器 的软 硬件接 口无缝 连接。 以半实物仿 真环 ｉ ｌ ｍ ｎ 境 为基础 ，构建光 电跟踪伺服控制 系统仿 真平 台，使 得伺 服控制 分系统 的模 型设计 、建立 、参数 设置 和优化 更为方 便快
捷。
光 电跟踪伺服系统半实物仿 真平 台研究 。但其控制方
Ｃｅｔ ｎｕＣ ａ ｎ１ ｄｔ ｉ ｕ—ｈｎ ｅ） ｒ ｅ ｐ ｔｈ ｎ ｅ（ａ —ｎ ｔｃａｎ１ ； ａＩ ａ ｐ
—
法还是常规控制方法 ，对新控制理论的支持有限。一
方面 因为 目前 已有相关课题专 门针对控制策略 的纯软
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摘要 ：介绍 了以 Ｄ Ｐ为控 制器 的光 电跟 踪伺服 系统半实 物仿真平 台 的开发过 程。应用 模块化 程序 开发思 想 ，以 Ｍ ｔ Ｓ ａ－ ｌ ／ ｉ ｌ ｋ函数为底层模块 ，以 ｖ ａ Ｓ ｉ ｂ ｍｕ ｎ ｃ＋＋ 为人机交互界 面，通过 Ｖ 作 ｃ＋＋和 Ｍａ ａ ｔ ｂ混合编程技术 以及成熟 的计算方法 ，实 ｌ
的研发时间 ，为工程设计人员从概念设计到工程设计
和 Ｄ Ｐ的通讯 ，达 到真正 意义上 独立 界 面 的仿 真平 Ｓ 台的开发 。根据上述通信原则 ，实现如下 ： Ｄ Ｐ目标应用程序的设计 ： Ｓ
（ ）创建输入 、输 出通道 １
ＲＴＤＸ ＲＴＤＸ
—
的快速转变提供了捷径 。文 中基 于 Ｄ Ｐ伺 服控制 器 ， Ｓ 采用 Ｖ Ｃ＋＋与 Ｍａａ ｔｂ混合 编程方法 ，进行 了系统 的 ｌ
ｎ１ ｅ）；
（ ）使能输入 、输 出通道 ２
ＲＴＤＸ ＲＴＤＸ
—
件仿 真；另一方面因为相应 的控制策略转化为实时可 执行 的代码在现有条件下的检测 还有一定难度 ，所 以 加强对新型控制策略的支持是半 物理仿真平 台的发展
方向。
ｅａｌ ｎ ｕ（ａ —ｎ ｕ—ｈｎ ｅ） ｎｂｅ ｐ ｔｄｔ ｉ ｔｃａｎ１ ； Ｉ ａ ｐ
通过 Ｖ Ｃ提供 的对 Ｒ Ｄ Ｐ 的调用 ，实 现 Ｖ Ｔ ＸＡ Ｉ Ｃ ３ 结 论
１
；
交
wenku.baidu.com峭
０ ２ ４ ６ ８ ｌ ２１ ６ ｌ ０ ０ １ ４ ｌ ８ ２
时 间， ｓ
图 １ 指定 速度 响应 曲线 ０
半物理仿真技术 的发展大大缩短 了光 电跟踪设备
低成本 、缩 短研制周期就显得非常重要 。基 于上述原 因，建立一个光 电跟踪伺服控制系统仿真平台对开发 光 电系统及其跟踪控制分 系统 十分必要 。
１ 光 电跟踪 伺服 系统 的仿 真平 台
光 电跟踪系统一般 由光学 系统 、跟踪伺 服 系统 、
（ ）对 于 已设计 完成 的控 制器 ，部分 控制 对 象 ２ 采用 实际物体 ，部分采用 实 时数 字模 型 ，进行 整个
光 电跟 踪 伺服 系统 半 实物 仿 真平 台开 发 设计
姜 磊 ，张 宝利 ，于 华 龙 宋晓 艳 ，
（．浙 江 工业职 业技 术 学 院 ，浙 江绍 兴 ３２０ ； １ １００ ２ ．中兵 光 电科技股 份 有 限公 司 ，北京 １０ ７ ； ０ １６ ３ ．奇瑞汽 车有 限公 司 ，安 徽 芜湖 ２ １０ ） ４０９
２１ ０ ２年 ７月
机床 与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＴＯ０Ｌ ＆ ＨＹＤＲＡＵＵ ＣＳ
Ｊ１ ０ ２ ｕ ．２ １
Ｖｏ． ０ Ｎｏ １ １４ ． ３
第４ ０卷 第 １ ３期
Ｄ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ １ ． ５ ｓ ８ １２ １． ３０ １
随着光 电跟踪技术的不断发展 ，现代光 电测量设 备逐渐 向跟踪精度高 、响应速度快 的高性能综合测量 系统 发展 。其 中跟踪伺服 控制 系统 必须具 有高精 度 、 多功 能和高可靠性 ，才能 对空 间 目标进行 快速 捕获 、 平稳 跟踪和精确测量 。同时 ，光 电测量设备也不可避 免地越来越 昂贵和复杂 。因此在光电测 量设备 开发过
ＪＡ Ｉ ＮＧ ｅ ，Ｚ ＮＧ ａ ｌ ＹＵ Ｈｕ ｌｎ ＯＮＧ Ｘｉｏ ａ Ｌｉ ＨＡ Ｂ ｏｉ ， ａｏ ｇ ，Ｓ ａｙｎ
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（ ． ｈ ｊ ｎ ｄ ｓ ｙＰ ｌ ｅｈ ｉ Ｃ ｌ ｇ ， ｈｏｉｇＺ ｅｉ ｇ３ ２ ０ １ Ｚ ｅ ａｇＩ ｕｔ ｏ ｔ ｎｃ ｏ ｅｅ Ｓ ａｘ ｈｊ ｎ ０ ０，Ｃ ｉａ ｉ ｎ ｒ ｙｃ ｌ ｎ ａ １ ｈｎ ；
ｅ ａ ｌＯ ｔｕ （ ａａ ｏ ｔｕ— ｈ ｎ ｅ） ｎ ｂｅ ｕｐ ｔ ｄｔ— ｕｐ ｔｃ ａ ｎ １ ；
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收 稿 日期 ：２ １ — ６—１ ０１ ０ ５
作者简介 ：姜磊 （９ ３ ） １８ 一 ，男 ，硕士研究生 ，讲 师，主要从事 自动控制及工业过程控制研究 。Ｅ—ｍ ｉ ｊｙ ｉ ６ ． ｏ ａ ：ｚ ｌ ＠１３ ｃｍ。 ｌ ｇｅ
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１ ８・ ７
机床与液压
１
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第４ Ｏ卷
程 ，从而缩 短开发 时间。Ｒ Ｄ Ｔ Ｘ既可 以向主机传送标 志 目标 Ｄ Ｐ运 行状 态 的数 据 ，也 可 以在 主机 与 目标 Ｓ Ｄ Ｐ间传递 普通 数据 ，无论 是 目标 机 向主 机传 送数 Ｓ 据 ，还是主机向 目标机传递数据 ，都可 以通过以下步 骤来实现 ： （ ）编制 目标机程序用来发送或接收数据 ；（ ） １ ２ 编写主机 端程序用 于接收或发 送数据 ； （ ）将 目标 ３ 程序装入 目标 机 ，即 Ｄ Ｐ； （ ）启 动 Ｒ Ｄ Ｓ ４ Ｔ Ｘ； （ ） ５ 运行 目标机程序 ；（ ）运行主机程序 。 ６
２ Ｃ ｉａＮ ｒ ｐｉ ｌ ｌ ｔｃｌ ｅｈ ｏｏｙＣ ． ｔ ，Ｂ ｉｎ ０ １ ６ ｈｎ ； ． ｈｎ ｏｔ Ｏ ｔ ａ— ｅ ｒ ａ Ｔ ｃｎ ｌ ｏ ，Ｌｄ ｅ ｉｇ１０ ７ ，Ｃ ｉａ ｈ ｃ Ｅ ｃｉ ｇ ｊ
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程 中，如何在满足 系统性能指标 的基础上尽可能地降
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关键词 ：光 电跟踪伺 服系统 ；半实物仿真环境 ；Ｄ Ｐ Ｓ 中图分类号 ：Ｔ ３ １ Ｐ ７ Ｐ ９ ；Ｔ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —３ ８ 【０ ２ ３ ７ ４ ０ １ ８ １ ２ １ ）ｌ —１５—
Ｄｅ ｅｏ ｖ ｌ ｐｍ ｅ ｔｏ ａ ｄ ｒ ．ｎ．ｈ ．ｏ ｐ Ｓ ｍ ｕｌ ｔｏ ａ ｆ ｒ ｆ ｒ ｎ ｆＨ ｒ ｗａ ｅ ｉ ｔ ｅ １ ｏ ｉ ａ ｉ ｎ Ｐｌ ｔｏ ｍ ｏ Ｏｐｔｃ ｌｅｅ ｔｉ ａ ａ ｋ ｎｇ Ｓｅ ｖ ｓｅ ｉａ － ｌｃ ｒ ｃ ｌＴｒ ｃ ｉ ｒ ｏ Ｓｙ ｔ ｍ
现对 Ｓ ｕｉｋ模型的交互 式读 取和设 置 ，建立 良好人机界 面，实现与伺 服控制器 的软 硬件接 口无缝 连接。 以半实物仿 真环 ｉ ｌ ｍ ｎ 境 为基础 ，构建光 电跟踪伺服控制 系统仿 真平 台，使 得伺 服控制 分系统 的模 型设计 、建立 、参数 设置 和优化 更为方 便快
捷。
光 电跟踪伺服系统半实物仿 真平 台研究 。但其控制方
Ｃｅｔ ｎｕＣ ａ ｎ１ ｄｔ ｉ ｕ—ｈｎ ｅ） ｒ ｅ ｐ ｔｈ ｎ ｅ（ａ —ｎ ｔｃａｎ１ ； ａＩ ａ ｐ
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法还是常规控制方法 ，对新控制理论的支持有限。一
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摘要 ：介绍 了以 Ｄ Ｐ为控 制器 的光 电跟 踪伺服 系统半实 物仿真平 台 的开发过 程。应用 模块化 程序 开发思 想 ，以 Ｍ ｔ Ｓ ａ－ ｌ ／ ｉ ｌ ｋ函数为底层模块 ，以 ｖ ａ Ｓ ｉ ｂ ｍｕ ｎ ｃ＋＋ 为人机交互界 面，通过 Ｖ 作 ｃ＋＋和 Ｍａ ａ ｔ ｂ混合编程技术 以及成熟 的计算方法 ，实 ｌ
的研发时间 ，为工程设计人员从概念设计到工程设计
和 Ｄ Ｐ的通讯 ，达 到真正 意义上 独立 界 面 的仿 真平 Ｓ 台的开发 。根据上述通信原则 ，实现如下 ： Ｄ Ｐ目标应用程序的设计 ： Ｓ
（ ）创建输入 、输 出通道 １
ＲＴＤＸ ＲＴＤＸ
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的快速转变提供了捷径 。文 中基 于 Ｄ Ｐ伺 服控制 器 ， Ｓ 采用 Ｖ Ｃ＋＋与 Ｍａａ ｔｂ混合 编程方法 ，进行 了系统 的 ｌ
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（ ）使能输入 、输 出通道 ２
ＲＴＤＸ ＲＴＤＸ
—
件仿 真；另一方面因为相应 的控制策略转化为实时可 执行 的代码在现有条件下的检测 还有一定难度 ，所 以 加强对新型控制策略的支持是半 物理仿真平 台的发展
方向。
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通过 Ｖ Ｃ提供 的对 Ｒ Ｄ Ｐ 的调用 ，实 现 Ｖ Ｔ ＸＡ Ｉ Ｃ ３ 结 论
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图 １ 指定 速度 响应 曲线 ０
半物理仿真技术 的发展大大缩短 了光 电跟踪设备