CN100587644C - 一种摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，该一体化单回路控制器(5)由角度估计单元(51)、跟踪控制单元(52)、稳定控制单元(53)构成；A速率陀螺(6A)、B速率陀螺(6B)和C速率陀螺(6C)安装在摄像机(1)背部的机壳上；本发明通过利用飞行器的视觉导航系统下发的指令俯仰角度θ_E、指令方位角度θ_A与角度估计单元(51)输出的俯仰角度

、方位角度采用跟踪控制单元(52)实现摄像机光轴对视觉导航系统下发指令的跟踪；利用角度估计单元(51)输出的光轴俯仰角速度

、光轴方位角速度

与跟踪控制单元(52)输出的俯仰参考角速度ω_2E、方位参考俯仰角速度ω_3A采用稳定控制单元(53)实现摄像机光轴对飞行器运动产生的耦合扰动进行隔离，从而使摄像机的光轴保持稳定。

Description

一种摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器

技术领域

本发明涉及一种适用于飞行器的视觉导航系统中对摄像机光轴的控制，更特别地说，是指隔离飞行器耦合扰动，并跟踪视觉导航系统输出的光轴俯仰、方位指令进行的摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器。

背景技术

目前，基于视觉的飞行器导航、制导与控制是国内外应用很广泛的新兴领域，尤其是基于视觉的无人机系统更是研究的重点之一。它主要是将摄像机及其伺服系统安装在飞行器上，具有两方面的主要应用：一方面，它利用摄像机及其伺服系统对事先已知的地标等图像的处理，解算出无人机载机的姿态参数，作为载机导航控制的信息源，这时摄像机系统作为导航控制的传感器使用；另一方面，摄像机及其伺服系统可以拍摄地面或空中目标的图像，得到地面航拍图或空中目标的航拍图，这些图像可以作为科学研究之用。这两方面的应用都是将摄像机及其伺服系统安装在载机上并自动拍摄图像，不需要载机与外界进行数据链通讯，因此具有很好的自主性和隐蔽性。而且无人机可以在高空和不适合有人参与的环境下工作，不用考虑有人飞机的驾驶员安全等问题，并且无人机成本较低，便于实现小型化。

参见图1所示，摄像机1安装在平衡环架的内框架轴7上，并在内框架轴7的一端安装A电机2；在平衡环架的外框架轴9上安装有B电机3。环架4、内框架轴7和外框架轴9构成直角坐标结构的平衡环架。但是，由于平衡环架安装在飞行器外壳8上，载机的运动会耦合到摄像机光轴，对摄像机图像拍摄造成很大的干扰，从而大大降低图像质量，影响视觉导航系统的工作；同时，摄像机光轴需要快速跟踪视觉导航系统给出的相关指令进行工作。因此，本发明为了克服两轴平衡环架隔离载机飞行器耦合扰动造成的影响、并且指令信息的跟踪，设计了摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器。

发明内容

本发明的目的是提供一种摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，该一体化单回路控制器首先通过三只速率陀螺对摄像机的运动角速度进行测量；然后对摄像机光轴的俯仰角度、方位角度进行估计处理；进而对视觉导航系统下发的指令俯仰角度、指令方位角度进行跟踪，并隔离飞行器运动对摄像机光轴的耦合扰动。

本发明摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，摄像机(1)安装在平衡环架的内框架轴(7)上，平衡环架安装在飞行器外壳(8)上，A电机(2)安装在内框架轴(7)上，B电机(3)安装在外框架轴(9)上；一体化单回路控制器(5)由角度估计单元(51)、跟踪控制单元(52)、稳定控制单元(53)构成；所述一体化单回路控制器(5)安装在摄像机(1)的机壳上；A速率陀螺(6A)、B速率陀螺(6B)和C速率陀螺(6C)安装在摄像机(1)背部的机壳上，且所述三只速率陀螺的敏感轴正交；A速率陀螺(6A)用于敏感摄像机坐标系oxyz下摄像机的x轴角速度分量

B速率陀螺(6B)用于敏感摄像机坐标系下摄像机的y轴角速度分量

C速率陀螺(6C)用于敏感摄像机坐标系下摄像机的z轴角速度分量

角度估计单元(51)首先对接收的x轴角速度分量

y轴角速度分量z轴角速度分量

采用角速度估计运算F的变换处理得到摄像机光轴俯仰角速度

摄像机光轴方位角速度

输出；

然后将光轴俯仰角速度

积分得到俯仰角度

输出；

然后将光轴方位角速度

积分得到方位角度

输出；

所述角速度估计运算 $F\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2={\widehat{\mathrm{\ω}}}_B\cos \mathrm{\β}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_C\sin \mathrm{\β}\\ {\widehat{\mathrm{\ω}}}_3={\widehat{\mathrm{\ω}}}_B\sin \mathrm{\β}+{\widehat{\mathrm{\ω}}}_C\cos \mathrm{\β}\end{array}\right],$ β表示摄像机坐标系oxyz下摄像机的x轴角速度分量

的积分增量；

所述对光轴俯仰角速度的积分数学表达为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_E=\underset{t0}{\overset{t}{\∫}}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2\mathrm{dt},$ t表示当前时刻，t0表示一体化单回路控制器进入工作时的初始时刻，dt表示积分符号；

所述对光轴方位角速度

的积分数学表达为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_A=\underset{t0}{\overset{t}{\∫}}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3\mathrm{dt},$ t表示当前时刻，t0表示一体化单回路控制器进入工作时的初始时刻，dt表示积分符号；

跟踪控制单元(52)一方面对接收的指令俯仰角度θ_E与俯仰角度

运用第一增量PID算法解析得到俯仰参考角速度ω_2E；

另一方面对接收的指令方位角度θ_A与和方位角度

运用第二增量PID算法解析得到方位参考角速度ω_3A；

所述第一增量PID算法为 ${\mathrm{\ω}}_{2E}=K_{P1}({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E)+K_{I1}\∫({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E)+K_{D1}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E),$ 式中，K_P1表示俯仰角度的比例系数，K_I1表示俯仰角度的积分系数，K_D1表示俯仰角度的微分系数，

表示微分算子；

所述第二增量PID算法为 ${\mathrm{\ω}}_{3A}=K_{P2}({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A)+K_{I2}\∫({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A)+K_{D2}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A),$ 式中，K_P2表示方位角度的比例系数，K_I2表示方位角度的积分系数，K_D2表示方位角度的微分系数，

表示微分算子；

稳定控制单元(53)一方面对接收的俯仰参考角速度ω_2E与光轴俯仰角速度

运用第三增量PID算法解析得到A电机驱动信号u₂；

另一方面对接收的方位参考角速度ω_3A与和光轴方位角速度

运用第四增量

PID算法解析得到B电机驱动信号u₃；

所述第三增量PID算法为 $u_2=K_{P3}({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2)+K_{I3}\∫({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2)+K_{D3}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2),$

式中，K_P3表示俯仰角速度的比例系数，K_I3表示俯仰角速度的积分系数，K_D3表示俯仰角速度的微分系数，表示微分算子；

所述第四增量PID算法为 $u_3=K_{P4}({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3)+K_{I4}\∫({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3)+K_{D4}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2),$ 式中，K_P4表示方位角速度的比例系数，K_I4表示方位角速度的积分系数，K_D4表示方位角速度的微分系数，表示微分算子。

本发明摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器的优点：

1.只需在摄像机背部安装三只角速率陀螺，且三只陀螺的敏感轴正交，角速率陀螺可以采用轻小型光纤陀螺，并不需要其它测速机、电位器等传感器，减轻了整个平衡环架的体积和重量。

2.对跟踪控制单元和稳定控制单元采用集成度高的PID算法进行指令跟踪与扰动隔离相结合，算法简单、可靠性高，便于程序实现，提高了摄像机光轴响应导航系统下发指令的速度。

3.本发明的一体化单回路控制器避免了过去内环路稳定、外环路跟踪的双环甚至多环路结构，采用单环路控制器可以在控制律中统一考虑稳定和跟踪的两个方面性能，可以提高整个系统的综合性能。

4.本一体化单回路控制器是将平衡环架结构的运动参数和载机运动参数合成到摄像机坐标系内进行控制，以摄像机光轴最终的指向作为控制的最终目的，简化了设计。

5.可以采用DSP处理器芯片、C语言编程，实现数字信号处理，控制精度高、速度快，而且便于内部控制算法的更新和修改。

附图说明

图1是直角坐标结构的两轴平衡环架示意图。

图2是本发明摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器的结构框图。

图3A是未采用本发明一体化单回路控制器的摄像机光轴俯仰角度响应曲线图。

图3B是未采用本发明一体化单回路控制器的摄像机光轴方位角度响应曲线图。

图4A是采用本发明扰一体化单回路控制器的摄像机光轴俯仰角度响应曲线图。

图4B是采用本发明扰一体化单回路控制器的摄像机光轴方位角度响应曲线图。

图中：1.摄像机      2.A电机           3.B电机         4.环架5.一体化单回路控制器    51.角度估计单元                   52.跟踪控制单元53.稳定控制单元         6A.A速率陀螺      6B.B速率陀螺    6C.C速率陀螺7.内框架轴    8.飞行器外壳                9.外框架轴

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，该一体化单回路控制器5安装在摄像机1的机壳上；A速率陀螺6A、B速率陀螺6B和C速率陀螺6C安装在摄像机1背部的机壳上，且所述三只速率陀螺的敏感轴正交；A速率陀螺6A用于敏感摄像机坐标系oxyz下摄像机的x轴角速度分量

B速率陀螺6B用于敏感摄像机坐标系下摄像机的y轴角速度分量

(即摄像机光轴的俯仰运动角速度)，C速率陀螺6C用于敏感摄像机坐标系下摄像机的z轴角速度分量

(即摄像机光轴的方位运动角速度)，参见图1所示。A电机2安装在内框架轴7的一端上，A电机2用于驱动内框架轴7转动，从而实现摄像机1的俯仰运动；B电机3安装在外框架轴9的一端上，B电机3用于驱动外框架轴9转动，从而实现摄像机1的方位运动(左右运动)。本发明通过利用飞行器的视觉导航系统下发的指令俯仰角度θ_E、指令方位角度θ_A与角度估计单元51输出的俯仰角度

方位角度

采用跟踪控制单元52实现摄像机光轴对视觉导航系统下发指令的跟踪；利用角度估计单元51输出的光轴俯仰角速度

光轴方位角速度

与跟踪控制单元52输出的俯仰参考角速度ω_2E、方位参考俯仰角速度ω_3A采用稳定控制单元53实现摄像机光轴对飞行器运动产生的耦合扰动进行隔离。

参见图2所示，在本发明中，一体化单回路控制器5由角度估计单元51、跟踪控制单元52、稳定控制单元53构成；

角度估计单元51首先对接收的x轴角速度分量y轴角速度分量z轴角速度分量

采用角速度估计运算F的变换处理得到摄像机光轴俯仰角速度

摄像机光轴方位角速度

输出；

然后将光轴俯仰角速度

积分得到俯仰角度输出；

然后将光轴方位角速度积分得到方位角度

输出；

在本发明中，角速度估计运算 $F\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2={\widehat{\mathrm{\ω}}}_B\cos \mathrm{\β}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_C\sin \mathrm{\β}\\ {\widehat{\mathrm{\ω}}}_3={\widehat{\mathrm{\ω}}}_B\sin \mathrm{\β}+{\widehat{\mathrm{\ω}}}_C\cos \mathrm{\β}\end{array}\right],$ β表示摄像机坐标系oxyz下摄像机的x轴角速度分量的积分增量。

在本发明中，对光轴俯仰角速度

的积分数学表达为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_E=\underset{t0}{\overset{t}{\∫}}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2\mathrm{dt},$ t表示当前时刻，t0表示一体化单回路控制器进入工作时的初始时刻，dt表示积分符号。

在本发明中，对光轴方位角速度

的积分数学表达为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_A=\underset{t0}{\overset{t}{\∫}}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3\mathrm{dt},$ t表示当前时刻，t0表示一体化单回路控制器进入工作时的初始时刻，dt表示积分符号。在本发明中，角度估计单元51直接利用三只速率陀螺敏感到的x轴角速度分量

y轴角速度分量

z轴角速度分量

进行角速度估计和角度估计，从而同时得到光轴俯仰角速度

光轴方位角速度俯仰角度和方位角度采用估计算法，节省了角度传感器的使用，避免了传感器噪声，降低了平衡环架的整体重量。

跟踪控制单元52一方面对接收的指令俯仰角度θ_E与俯仰角度

运用第一增量PID算法解析得到俯仰参考角速度ω_2E；

另一方面对接收的指令方位角度θ_A与和方位角度

运用第二增量PID算法解析得到方位参考角速度ω_3A；

在本发明中，第一增量PID算法为 ${\mathrm{\ω}}_{2E}=K_{P1}({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E)+K_{I1}\∫({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E)+K_{D1}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E),$ 式中，K_P1表示俯仰角度的比例系数，K_I1表示俯仰角度的积分系数，K_D1表示俯仰角度的微分系数，

表示微分算子。

在本发明中，第二增量PID算法为 ${\mathrm{\ω}}_{3A}=K_{P2}({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A)+K_{I2}\∫({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A)+K_{D2}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A),$ 式中，K_P2表示方位角度的比例系数，K_I2表示方位角度的积分系数，K_D2表示方位角度的微分系数，

表示微分算子。

在本发明中，跟踪控制单元52采用集成度高的PID算法进行指令跟踪，算法简单、可靠性高，便于程序实现。

稳定控制单元53一方面对接收的俯仰参考角速度ω_2E与光轴俯仰角速度

运用第三增量PID算法解析得到A电机驱动信号u₂；

另一方面对接收的方位参考角速度ω_3A与和光轴方位角速度运用第四增量PID算法解析得到B电机驱动信号u₃；

在本发明中，第三增量PID算法为 $u_2=K_{P3}({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2)+K_{I3}\∫({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2)+K_{D3}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2),$ 式中，K_P3表示俯仰角速度的比例系数，K_I3表示俯仰角速度的积分系数，K_D3表示俯仰角速度的微分系数，

表示微分算子。

在本发明中，第四增量PID算法为 $u_3=K_{P4}({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3)+K_{I4}\∫({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3)+K_{D4}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2),$ 式中，K_P4表示方位角速度的比例系数，K_I4表示方位角速度的积分系数，K_D4表示方位角速度的微分系数，

表示微分算子。

在本发明中，稳定控制单元53采用集成度高的PID算法进行指令跟踪，算法简单、可靠性高，便于程序实现。在满足参考角速度的同时具有隔离耦合扰动的功能。

在本发明将飞行器运动在内框坐标系中融合并分配到对应的控制通道(内框架轴7、外框架轴9)，不但考虑了飞行器运动对摄像机俯仰、方位角速度的直接影响，也包含了飞行器运动过程中对摄像机滚转的影响。

本发明的摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器从接收视觉导航系统下发的指令俯仰角度θ_E、指令方位角度θ_A开始，首先通过三只速率陀螺对摄像机光轴的运动角速度进行测量；然后对摄像机光轴的俯仰、方位角进行估计处理；进而对视觉导航系统下发的俯仰、方位指令进行跟踪，并隔离飞行器运动对摄像机光轴的耦合扰动。

本发明的摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器可以采用c语言编制控制程序，利用DSP芯片实现。

本发明设计了摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，两轴平衡环架的内框中安装有摄像机，摄像机光轴的空间指向是最终的控制目的。

本发明中引用符号的物理意义为：

实施例

在某型无人驾驶飞行器上，前端安装直角坐标结构的两轴平衡环架(图1所示的结构)，摄像机拍摄飞行器前端景物图像，飞行器的滚转角速度为幅值1弧度/秒、频率1.57弧度/秒的正弦形式，俯仰角速度为幅值1弧度/秒、频率6.28弧度/秒的正弦形式，偏航角速度为幅值1弧度/秒、频率3.14弧度/秒的正弦形式，视觉导航系统给出指令俯仰角指令θ_E和指令方位角指令θ_A，用本发明的一体化单回路控制器来隔离耦合扰动并跟踪指令，采集摄像机的相关俯仰角度方位角度

数据，则时间响应曲线如图4A、图4B所示，图中，虚线表示指令俯仰角指令θE和指令方位角指令θ_A的数据，而实线表示俯仰角度

方位角度

的数据。当不采用本发明的一体化单回路控制器，仅仅利用两轴平衡环架自身角速度反馈时，采集的数据响应曲线如图3A、图3B所示，图中，虚线表示指令俯仰角指令θ_E和指令方位角指令θ_A的数据，而实线表示未经本发明处理的俯仰角度、方位角度的数据。通过图示的对比，较为明显的说明本发明的一体化单回路控制器具有跟踪、隔离的功能，并且具有较高的跟踪精度和快速性。

Claims (2)

1、一种摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，摄像机(1)安装在平衡环架的内框架轴(7)上，平衡环架安装在飞行器外壳(8)上，A电机(2)安装在内框架轴(7)上，B电机(3)安装在外框架轴(9)上，其特征在于：一体化单回路控制器(5)由角度估计单元(51)、跟踪控制单元(52)、稳定控制单元(53)构成；所述一体化单回路控制器(5)安装在摄像机(1)的机壳上；A速率陀螺(6A)、B速率陀螺(6B)和C速率陀螺(6C)安装在摄像机(1)背部的机壳上，且所述三只速率陀螺的敏感轴正交；A速率陀螺(6A)用于敏感摄像机坐标系oxyz下摄像机的x轴角速度分量

B速率陀螺(6B)用于敏感摄像机坐标系下摄像机的y轴角速度分量

C速率陀螺(6C)用于敏感摄像机坐标系下摄像机的z轴角速度分量

角度估计单元(51)首先对接收的x轴角速度分量

y轴角速度分量

z轴角速度分量

采用角速度估计运算F的变换处理得到摄像机光轴俯仰角速度

摄像机光轴方位角速度

输出；

然后将光轴俯仰角速度积分得到俯仰角度

输出；

然后将光轴方位角速度

积分得到方位角度

输出；

所述角速度估计运算 $F\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2={\widehat{\mathrm{\ω}}}_B\cos \mathrm{\β}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_C\sin \mathrm{\β}\\ {\widehat{\mathrm{\ω}}}_3={\widehat{\mathrm{\ω}}}_B\sin \mathrm{\β}+{\widehat{\mathrm{\ω}}}_C\cos \mathrm{\β}\end{array}\right],$ β表示摄像机坐标系oxyz下摄像机的x轴角速度分量

的积分增量；

所述对光轴俯仰角速度

的积分数学表达为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_E={\∫}_{t0}^t{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2\mathrm{dt},$ t表示当前时刻，t0表示一体化单回路控制器进入工作时的初始时刻，dt表示积分符号；

所述对光轴方位角速度

的积分数学表达为 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_A={\∫}_{t0}^t{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3\mathrm{dt},$ t表示当前时刻，t0表示一体化单回路控制器进入工作时的初始时刻，dt表示积分符号；

跟踪控制单元(52)一方面对接收的指令俯仰角度θ_E与俯仰角度运用第一增量PID算法解析得到俯仰参考角速度ω_2E；

另一方面对接收的指令方位角度θ_A与和方位角度运用第二增量PID算法解析得到方位参考角速度ω_3A；

所述第一增量PID算法为 ${\mathrm{\ω}}_{2E}=K_{P1}({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E)+K_{I1}\∫({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E)+K_{D1}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_E-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_E),$ 式中，K_P1表示俯仰角度的比例系数，K_I1表示俯仰角度的积分系数，K_D1表示俯仰角度的微分系数，

表示微分算子；

所述第二增量PID算法为 ${\mathrm{\ω}}_{3A}=K_{P2}({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A)+K_{I2}\∫({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A)+K_{D2}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\θ}}_A-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_A),$ 式中，K_P2表示方位角度的比例系数，K_I2表示方位角度的积分系数，K_D2表示方位角度的微分系数，

表示微分算子；

稳定控制单元(53)一方面对接收的俯仰参考角速度ω_2E与光轴俯仰角速度

运用第三增量PID算法解析得到A电机驱动信号u₂；

另一方面对接收的方位参考角速度ω_3A与光轴方位角速度

运用第四增量PID算法解析得到B电机驱动信号u₃；

所述第三增量PID算法为 $u_2=K_{P3}({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2)+K_{I3}\∫({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2)+K_{D3}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{2E}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_2),$ 式中，K_P3表示俯仰角速度的比例系数，K_I3表示俯仰角速度的积分系数，K_D3表示俯仰角速度的微分系数，

表示微分算子；

所述第四增量PID算法为 $u_3=K_{P4}({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3)+K_{I4}\∫({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3)+K_{D4}\frac{d}{\mathrm{dt}}({\mathrm{\ω}}_{3A}-{\widehat{\mathrm{\ω}}}_3),$ 式中，K_P4表示方位角速度的比例系数，K_I4表示方位角速度的积分系数，K_D4表示方位角速度的微分系数，

表示微分算子。

2、根据权利要求1所述的摄像机光轴稳定跟踪的一体化单回路控制器，其特征在于：一体化单回路控制器(5)为DSP处理器芯片，采用c语言编制控制程序。

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