一种高动态视觉控制系统及其任务分配与多核实现方法技术方案

本申请公开了一种高动态视觉控制系统及其任务分配与多核实现方法，包括：用于采集高动态被控对象图像帧的相机，用于接收并处理图像帧，输出控制量的多核处理器；多核处理器包括：视觉量测过程模块，位于第一内核，用于根据采样周期和计算时延，输出视觉量测值；标称控制算法模块，位于第二内核，用于根据视觉量测值生成第一控制量，以使系统稳定运行；主动性能恢复算法模块，位于其它多个内核，用于自动实时更新所在内核上的参数，在每个采样周期生成第二控制量，以使系统自适应调节；控制量为第一控制量和第二控制量之和。这样可实现视觉量测过程、标称控制算法、主动性能恢复算法的功能化分割与多核配置，简化算法维护过程，提升系统性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高动态视觉控制系统及其任务分配与多核实现方法
本专利技术涉及视觉控制
，特别是涉及一种高动态视觉控制系统及其任务分配与多核实现方法。
技术介绍
在高动态视觉控制系统中，高性能控制在视觉高精度伺服、精密加工等领域越来越成为重要需求。高动态视觉控制系统往往面临一些因素引起控制性能下降，这些因素包括：未建模扰动、系统元器件维修/更换、同类系统大范围部署时控制算法难以对所有系统均高性能适配，这三类情况往往需要重新配置/设计控制算法。然而现有的高动态视觉控制系统仍在普通视觉控制的范畴，使得控制算法难以处理上述三方面因素引起的控制性能下降，且算法维护结构不简洁、在同类系统大范围部署中算法维护与部署效率低。另外，单纯使用高性能处理器提升计算能力的方式，在选定处理器后，其对于控制性能的提升已达上限。因此，如何实现高动态视觉控制系统的高性能控制，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高动态视觉控制系统及其任务分配与多核实现方法，从视觉量测过程与控制算法的任务分配与多核实现控制性能的提升。其具体方案如下：一种高动态视觉控制系统，包括：用于采集高动态被控对象的实时图像帧的相机，以及用于接收并处理所述图像帧，向所述高动态被控对象输出控制量的多核处理器；所述多核处理器包括：视觉量测过程模块，位于第一内核，用于根据采样周期和计算时延，输出视觉量测值；标称控制算法模块，位于第二内核，用于根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值生成第一控制量，以使系统稳定运行；主动性能恢复算法模块，位于除所述第一内核和所述第二内核之外的其它多个内核，用于自动实时更新所在内核上的参数，在每个采样周期生成第二控制量，以使系统自适应调节；所述多核处理器输出的控制量为所述标称控制算法模块生成的第一控制量和所述主动性能恢复算法模块生成的第二控制量之和。优选地，在本专利技术实施例提供的上述高动态视觉控制系统中，所述标称控制算法模块包括：前置滤波器，用于对输入的参考信号进行处理，输出当前时刻的跟踪指令；反馈控制器，用于根据上一时刻的控制量与上一时刻的视觉量测值生成当前时刻的视觉反馈控制量；输出单元，用于根据所述前置滤波器输出的跟踪指令和所述反馈控制器输出的视觉反馈控制量，生成当前时刻的第一控制量。优选地，在本专利技术实施例提供的上述高动态视觉控制系统中，所述反馈控制器包括：单步寄存器，用于接收当前时刻的控制量，向所述视觉观测器输出上一时刻的控制量；视觉观测器，用于根据上一时刻的控制量和上一时刻的视觉量测值，输出当前时刻的所述高动态被控对象的状态估计结果；反馈增益单元，用于接收所述视觉观测器的输出结果，并根据该结果与反馈增益，生成当前时刻的视觉反馈控制量。优选地，在本专利技术实施例提供的上述高动态视觉控制系统中，所述主动性能恢复算法模块包括：衰减观测器，用于根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值，生成残差信号；动态反馈系统，与所述衰减观测器位于同一内核，用于根据所述衰减观测器生成的上一时刻的残差信号，输出当前时刻的第二控制量；第一参数更新算法单元，用于对所述动态反馈系统的参数进行实时更新；第二参数更新算法单元，用于对所述衰减观测器的参数进行实时更新。优选地，在本专利技术实施例提供的上述高动态视觉控制系统中，所述第一参数更新算法单元，具体用于根据选定的所述动态反馈系统的阶数和视觉量测值的维度、控制量的维度，确定所需内核数量，并采用同步时钟对每一个内核分别对所述动态反馈系统的参数进行同步实时更新；所述第二参数更新算法单元，具体用于在收到辨识指令时，采用子空间辨识的方法在线辨识得到高动态视觉控制系统核空间的最后一行向量，并利用所述高动态视觉控制系统核空间的最后一行向量的各个元素对所述衰减观测器的参数进行实时更新。本专利技术实施例还提供了一种本专利技术实施例提供的上述高动态视觉控制系统的任务分配与多核实现方法，包括：通过视觉量测过程模块根据采样周期和计算时延，输出视觉量测值；所述视觉量测过程模块位于多核处理器中第一内核；通过标称控制算法模块根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值生成第一控制量，以使系统稳定运行；所述标称控制算法模块位于所述多核处理器中第二内核；通过主动性能恢复算法模块自动实时更新所在内核上的参数，在每个采样周期生成第二控制量，以使系统自适应调节；所述主动性能恢复算法模块位于所述多核处理器中除所述第一内核和所述第二内核之外的其它多个内核；所述多核处理器输出的控制量为所述标称控制算法模块生成的第一控制量和所述主动性能恢复算法模块生成的第二控制量之和。优选地，在本专利技术实施例提供的上述任务分配与多核实现方法中，通过标称控制算法模块根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值生成第一控制量，具体包括：通过前置滤波器对输入的参考信号进行处理，输出当前时刻的跟踪指令；通过反馈控制器根据上一时刻的控制量与上一时刻的视觉量测值生成当前时刻的视觉反馈控制量；通过输出单元根据所述前置滤波器输出的跟踪指令和所述反馈控制器输出的视觉反馈控制量，生成当前时刻的第一控制量。优选地，在本专利技术实施例提供的上述任务分配与多核实现方法中，通过反馈控制器根据上一时刻的控制量与上一时刻的视觉量测值生成当前时刻的视觉反馈控制量，具体包括：通过单步寄存器接收当前时刻的控制量，向所述视觉观测器输出上一时刻的控制量；通过视觉观测器根据上一时刻的控制量和上一时刻的视觉量测值，输出当前时刻的所述高动态被控对象的状态估计结果；通过反馈增益单元接收所述视觉观测器的输出结果，并根据该结果与反馈增益，生成当前时刻的视觉反馈控制量。优选地，在本专利技术实施例提供的上述任务分配与多核实现方法中，通过主动性能恢复算法模块自动实时更新所在内核上的参数，在每个采样周期生成第二控制量，具体包括：通过衰减观测器根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值，生成残差信号；通过与所述衰减观测器位于同一内核的动态反馈系统根据所述衰减观测器生成的上一时刻的残差信号，输出当前时刻的第二控制量；通过第一参数更新算法单元对所述动态反馈系统的参数进行实时更新；通过第二参数更新算法单元对所述衰减观测器的参数进行实时更新。优选地，在本专利技术实施例提供的上述任务分配与多核实现方法中，通过第一参数更新算法单元对所述动态反馈系统的参数进行实时更新，具体包括：通过所述第一参数更新算法单元根据选定的所述动态反馈系统的阶数和视觉量测值的维度、控制量的维度，确定所需内核数量，并采用同步时钟对每一个内核分别对所述动态反馈系统的参数进行同步实时更新；通过第二参数更新算法单元对所述衰减观测器的参数进行实时更新，具体包括：通过所述第二参数更新算法单元在收到辨识指令时，采用子空间辨识的方法在线辨识得到高动态视觉控制系统核空间的最后一行向量，并利用所述高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高动态视觉控制系统，包括：用于采集高动态被控对象的实时图像帧的相机，以及用于接收并处理所述图像帧，向所述高动态被控对象输出控制量的多核处理器；其特征在于，所述多核处理器包括：/n视觉量测过程模块，位于第一内核，用于根据采样周期和计算时延，输出视觉量测值；/n标称控制算法模块，位于第二内核，用于根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值生成第一控制量，以使系统稳定运行；/n主动性能恢复算法模块，位于除所述第一内核和所述第二内核之外的其它多个内核，用于自动实时更新所在内核上的参数，在每个采样周期生成第二控制量，以使系统自适应调节；所述多核处理器输出的控制量为所述标称控制算法模块生成的第一控制量和所述主动性能恢复算法模块生成的第二控制量之和。/n

【技术特征摘要】
1.一种高动态视觉控制系统，包括：用于采集高动态被控对象的实时图像帧的相机，以及用于接收并处理所述图像帧，向所述高动态被控对象输出控制量的多核处理器；其特征在于，所述多核处理器包括：
视觉量测过程模块，位于第一内核，用于根据采样周期和计算时延，输出视觉量测值；
标称控制算法模块，位于第二内核，用于根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值生成第一控制量，以使系统稳定运行；
主动性能恢复算法模块，位于除所述第一内核和所述第二内核之外的其它多个内核，用于自动实时更新所在内核上的参数，在每个采样周期生成第二控制量，以使系统自适应调节；所述多核处理器输出的控制量为所述标称控制算法模块生成的第一控制量和所述主动性能恢复算法模块生成的第二控制量之和。


2.根据权利要求1所述的高动态视觉控制系统，其特征在于，所述标称控制算法模块包括：
前置滤波器，用于对输入的参考信号进行处理，输出当前时刻的跟踪指令；
反馈控制器，用于根据上一时刻的控制量与上一时刻的视觉量测值生成当前时刻的视觉反馈控制量；
输出单元，用于根据所述前置滤波器输出的跟踪指令和所述反馈控制器输出的视觉反馈控制量，生成当前时刻的第一控制量。


3.根据权利要求2所述的高动态视觉控制系统，其特征在于，所述反馈控制器包括：
单步寄存器，用于接收当前时刻的控制量，向所述视觉观测器输出上一时刻的控制量；
视觉观测器，用于根据上一时刻的控制量和上一时刻的视觉量测值，输出当前时刻的所述高动态被控对象的状态估计结果；
反馈增益单元，用于接收所述视觉观测器的输出结果，并根据该结果与反馈增益，生成当前时刻的视觉反馈控制量。


4.根据权利要求3所述的高动态视觉控制系统，其特征在于，所述主动性能恢复算法模块包括：
衰减观测器，用于根据所述视觉量测过程模块输出的视觉量测值，生成残差信号；
动态反馈系统，与所述衰减观测器位于同一内核，用于根据所述衰减观测器生成的上一时刻的残差信号，输出当前时刻的第二控制量；
第一参数更新算法单元，用于对所述动态反馈系统的参数进行实时更新；
第二参数更新算法单元，用于对所述衰减观测器的参数进行实时更新。


5.根据权利要求4所述的高动态视觉控制系统，其特征在于，所述第一参数更新算法单元，具体用于根据选定的所述动态反馈系统的阶数和视觉量测值的维度、控制量的维度，确定所需内核数量，并采用同步时钟对每一个内核分别对所述动态反馈系统的参数进行同步实时更新；
所述第二参数更新算法单元，具体用于在收到辨识指令时，采用子空间辨识的方法在线辨识得到高动态视觉控制系统核空间的最后一行向量，并利用所述高动态视觉控制系统核空间的最后一行向量的各个元素对所述衰减观测器的参数进行实时更新。


6.一种如权利要求1至5任一项所述的高动态视觉控制系统的任务分配与多核实现方法，其特征在于，包括：
通过视觉量测过程模块根据采样周期和计算时延，输出视觉量测值；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雲淞，龙志强，李晓龙，窦峰山，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43