CN106060380B - 一种联动相机控制系统及控制方法 - Google Patents

一种联动相机控制系统及控制方法 Download PDF

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CN106060380B CN201610308380.4A CN201610308380A CN106060380B CN 106060380 B CN106060380 B CN 106060380B CN 201610308380 A CN201610308380 A CN 201610308380A CN 106060380 B CN106060380 B CN 106060380B
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    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback

Abstract

本申请提供了一种联动相机控制系统及控制方法，系统包括控制器、驱动器、步进电机、传动机构、执行机构和编码器，控制器用于以脉冲频率f(n)向驱动器发送脉冲宽度调制PWM脉冲，所述n表示步进电机细分微步第n步；驱动器用于在接收到PWM脉冲之后控制步进电机转动；传动机构用于将驱动力矩提高至预设值；执行机构用于在步进电机的驱动力下转动；编码器用于记录执行机构转动的角度值；控制器进一步用于在判断角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动步进电机以预设频率fs转动预设时间。本申请通过控制器发送脉冲信号至驱动器控制步进电机转动，可以做到完全静止，且由于增加了反馈装置构成闭环系统，可以避免丢步情况的发生，确保转动控制完全可靠。

Description

一种联动相机控制系统及控制方法
技术领域
本申请涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种联动相机控制系统及控制方法。
背景技术
监控摄像机的枪机与球机的联动，通常是通过控制旋转反射镜在两个自由度上旋转实现，其运动控制的要求一般是在指定时间内(例如：50～100ms)在基于指定零点的顺/逆时针180°内快速旋转，没有累计误差、稳态误差小于要求值、抗干扰、运动稳定无扰动、精确度高(例如：小于0.1°)、成本控制等。
目前控制旋转反射镜可以通过伺服电机控制，采用伺服电机，由于伺服电机本身结构和电机特性决定了伺服电机在停止时无法绝对静止，执行端的旋镜会偶尔轻微抖动，影响镜面反射成像；还可以通过开环步进电机控制旋转反射镜，由于开环步进电机存在保持力矩可以完全静止，且简单易用，但加减速或启动速度过快会发生丢步，不完全可靠。
现有技术不足在于：
现有监控系统若采用开环步进电机控制旋转虽然可以做到完全静止，但会发生丢步现象。
发明内容
本申请实施例提出了一种联动相机控制系统及控制方法，以解决现有技术中监控系统若采用开环步进电机控制旋转虽然可以做到完全静止，但会发生丢步现象的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种联动相机控制系统，包括：控制器、驱动器、步进电机、传动机构、执行机构和编码器，其中，
所述控制器，用于以脉冲频率f(n)向所述驱动器发送脉冲宽度调制PWM脉冲，所述n表示所述步进电机细分微步第n步；
所述驱动器，用于在接收到所述PWM脉冲之后控制所述步进电机转动；
所述传动机构，用于将驱动力矩提高至预设值；
所述执行机构，用于在所述步进电机的驱动力下转动；
所述编码器，用于记录所述执行机构转动的角度值；
所述控制器进一步用于在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
第二个方面，本申请实施例提供了一种联动相机控制方法，包括如下步骤：
控制器以加速频率向驱动器发送脉冲宽度调制PWM脉冲；所述加速频率初始为预设频率fs、以正弦曲线增加至最高频率fMAX；
驱动器在接收到所述PWM脉冲之后控制步进电机转动；
传动机构将驱动力矩提高至预设值；
执行机构在所述步进电机的驱动力下转动；
控制器从编码器读取所述执行机构转动的角度值，在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
有益效果如下：
本申请实施例所提供的联动相机控制系统及控制方法，通过控制器发送脉冲信号至驱动器实现控制步进电机转动，由于步进电机存在力矩可以在控制转动时做到完全静止，另外，本申请实施例还增加了传动机构，所述传动机构用于提高驱动力矩，且由于使用了编码器作为反馈装置形成闭环控制，从而可以避免所述步进电机的加减速或启动速度过快导致丢步情况的发生，确保转动控制完全可靠。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了本申请实施例一中联动相机控制系统的结构示意图；
图2示出了控制器、驱动器与步进电机之间的连接示意图；
图3示出了本申请实施例二中联动相机控制方法实施的流程示意图；
图4示出了本申请实施例三中视频监控场景下联动相机控制系统的结构示意图；
图5示出了本申请实施例三中Ntotal≥2N时的曲线示意图；
图6示出了本申请实施例三中Ntotal＜2N时的曲线示意图。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
发明人在发明过程中注意到：
现有控制旋转反射镜通常有以下三种解决方案：
1)伺服电机
精度高、转速快、电机体积较小；但需要比较复杂的伺服反馈系统，成本高，无保持力矩、无法做到完全静止；
2)开环步进电机
数字控制、简单易用、开环控制；加减速或启动速度过快会发生丢步，不完全可靠；由于存在保持力矩可以完全静止，但有一定的稳态单步误差，需要运动规划加速和减速曲线，具体由现行、二次函数、指数、S型曲线等方案，可以用硬件或软件实现；
3)闭环步进电机
分为有编码器和无编码器两种类型，闭环控制与电机集成，无累计误差，可防止丢步，成本高、电路复杂，由于反馈装置与电机一体，对于传动装置引起的执行端误差起不到作用。
由于采用闭环控制，伺服电机本身结构和电机的特性决定了伺服电机在停止时无法绝对静止，执行端的旋镜会偶尔轻微抖动，影响镜面反射成像；
如果使用开环步进方案，丢步问题和传统稳态误差无法完全避免，会造成运动累计误差，使系统精度和可靠性大大降低；
如果使用闭环步进方案，传动装置的稳态误差也无法完全避免，而且成本较高。
并且，无论使用以上哪种方案的现有监控球机系统，执行端负载为摄像头，由于体积和运动惯性的限制，最快速度也只能达到500度/秒左右(高速球机)。
基于此，本申请实施例提出了一种联动相机控制系统及控制方法，在满足运动控制要求的前提下，引入了传动机构的步进电机反馈控制，可以同时保持低成本和系统的低复杂度，并且，由于执行端负载仅为旋镜，转动惯量较小，最快速度可以达到900度/秒。
为了便于本申请的实施，下面结合具体实施例，对本申请所提供的联动相机控制系统及控制方法进行说明。
实施例一、
图1示出了本申请实施例一中联动相机控制系统的结构示意图，如图所示，所述联动相机控制系统可以包括：控制器101、驱动器102、步进电机103、传动机构104、执行机构105和编码器106，其中，
所述控制器，用于以脉冲频率f(n)向所述驱动器发送脉冲宽度调制(PWM，PulseWidth Modulation)脉冲，所述n表示所述步进电机细分微步第n步；
所述驱动器，用于在接收到所述PWM脉冲之后控制所述步进电机转动；
所述传动机构，用于将驱动力矩提高至预设值；
所述执行机构，用于在所述步进电机的驱动力下转动；
所述编码器，用于记录所述执行机构转动的角度值；
所述进一步用于在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
具体实施时，步进电机的控制器可以用于控制步进电机的脉冲数量和脉冲方向，控制器发出的脉冲信号进入步进电机的驱动器之后，会由驱动器转换成步进电机所需要的强电流信号，带动步进电机转动。控制器可以准确的控制步进电机转过每一个角度，驱动器所接收的脉冲信号，每收到一个脉冲，驱动器可以给步进电机一个脉冲使电机转过一个固定的角度。
控制器还可以通过控制脉冲频率f来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。具体实施时，控制器可以为ARM Cortex-M处理器，可以使用内部定时器产生PWM脉冲通过驱动器控制电机转动。
图2示出了控制器、驱动器与步进电机之间的连接示意图，如图所示，所述控制器的脉冲输入PUL信号、正反转控制(即方向)DIR信号和使能信号ENA分别与驱动器对应连接，驱动器与步进电机相连，A+、A-为一相，也就是一组线圈，B+、B-为另一相，图2中示出的步进电机为两相四线，具体实施时还可以是三相六线等，本申请对此不作限制。
具体实施时，步进电机可以为永磁式(PM)、反应式(VR)或者混合式(HB)。所述驱动器可以为细分驱动器，步进电机的细分技术可以减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度，例如：对于步进角为1.8°的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度可能达到或接近0.45°。实施中，可以进行M细分，也就是将相电流的幅值在整步控制基础上细分出M个台阶，每走一个微步，电流幅值就变化(上/下)一个台阶。控制器向驱动器发送的脉冲可以以脉冲频率f(n)发送，其中n可以表示步进电机细分微步的第n步。
步进电机一端可以与驱动器连接，步进电机另一端可以与传动机构连接。所述传动机构可以用于提高驱动力矩，所述驱动力矩可以是步进电机的定子锁住转子的力矩，所述力矩与速度成反比，所述传动机构提高了驱动力矩，即在一定程度上降低了驱动的速度。
具体实施时，本申请实施例所提供的联动相机控制系统还可以包括编码器，所述编码器具体可以为绝对值编码器、增量编码器、旋转变压器等，所述编码器可以记录所述执行机构转动的角度值，所述控制器可以用于在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
控制器从编码器读出当前所述执行机构的角度值后，如果判断所述执行机构的角度值与期望角度值的差大于误差允许范围，则驱动电机以预设频率fs转动进行补偿。
补偿之后，可以再检查所述编码器的值，如果所述编码器记录的值与期望执行端角度的差大于误差允许范围，则再次驱动电机以频率fs转动进行补偿，不断重复此反馈过程。
实施中，每次补偿结束到下一次补偿开始之间相隔预设时间。
具体实施时，可以在驱动电机转动进行补偿完毕后，延迟一定的时间，以尽量避免系统震荡。
由于本申请实施例采用闭环反馈，通过获取绝对值编码器的值得到执行机构的角度值然后再进行补偿，使得系统稳定、可靠；而且，在传动机构之后安装绝对值编码器，可以确保系统无累计误差，使得绝对误差小于0.1°。
本申请实施例所提供的联动相机控制系统，通过控制器发送脉冲信号至驱动器实现控制步进电机转动，由于步进电机存在力矩可以在控制转动时做到完全静止，另外，本申请实施例还增加了传动机构，所述传动机构用于提高驱动力矩，且由于使用了编码器作为反馈装置形成闭环控制，从而可以避免所述步进电机的加减速或启动速度过快导致丢步情况的发生，确保转动控制完全可靠。
实施中，所述脉冲频率f(n)与所述执行机构的转速ω的关系为：其中，Ns为步进电机细分微步数，R为减速比。
本申请实施例中，步进电机可以采用专用的驱动器或驱动电路，以PWM信号控制，脉冲频率f(Hz)与执行端转速ω(deg/s)的关系：Ns为步进电机细分微步数，R为减速比。因此控制PWM的频率也就是控制执行机构的转速。
发明人在发明过程中注意到：
现有监控球机使用步进电机的加减速曲线一般常用方法有以下三种：
1.直线加减速曲线
这种方法控制简单、节省资源，但匀加速和匀减速阶段，速度变化不符合步进电机速度变化规律，而且加速和匀速、匀速和减速阶段速度不能平滑过渡，这将影响步进电机的运行效率和使用寿命，所以此种加减速方法主要适用于控制系统处理速度较慢，且对升降速过程要求不高的场合。
2.指数型加减速曲线
与直线加减速法相比，指数法平滑性好，运动精度高，但在加减速的起点仍然存在加减速突变，因此不适合于高速进给数控系统。
3.S型加减速曲线
常用的S曲线加减速通过限制增加加速度(即加减速的导数)来控制加速度的突变现象。这种方法任何一点的速度变化都是连续变化的，从而避免了柔性冲击，速度的平滑性较好、运动控制精度较高，适合于速度精度控制要求高的场合，但计算较为复杂。
综合而言，直线加减速曲线和指数型加减速曲线存在加速度的突变，有柔性冲击、容易造成失步和抖动，影响成像质量；而S型加减速曲线则是一个较为复杂的分段函数，不易使用。
因此，为了解决上述问题，本申请实施例可以采用如下方式实施。
实施中，如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，那么，
其中，N为预设的加速或减速步数，fs为预设的启动或停止时的频率，FMAX为最高频率；
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal＜2N，那么，
其中，
具体实施时，控制电机转动可能涉及以下参数：
启动/停止频率fs、加/减速步数N、最高频率FMAX，这些参数可以根据步进电机的技术参数和系统实际需要确定；
总运动步数Ntotal可以由运动角度、传动比和电机微步细分角度计算取得；
离散函数f(n)可以计算表示第n步的控制频率，其中n＜Ntotal，
如果Ntotal≥2N，
如果Ntotal＜2N，
其中，加速步数和减速步数可以相同，启动时的频率和停止时的频率可以相同。
本申请实施例在加速、减速阶段均可以采用正弦函数，由于正弦函数的导数为连续平滑的余弦函数，与匀速转动时的连接可以是平滑的，这样就避免了柔性冲击。
具体实施时，可以使用ARM Cortex-M微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)的微控制器软件接口标准(CMSIS，Cortex Microcontroller Software InterfaceStandard)数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)中的快速正弦函数计算可快速计算频率，以达到实时地每周期更新控制频率的目的。
本申请实施例可以使用基于正弦函数的加减速曲线，曲线平滑连续、无冲击，同时降低了计算的复杂性。
实施中，所述传动机构具体可以为减速器。
具体实施时，所述传动机构可以是减速器，减速器可以降低转速、增加转动力矩。所述减速器按传动级数不同可以分为单级减速器和多级减速器；按照齿轮形状可以分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可以分为展开式减速器、分流式减速器和同进轴式减速器。
本申请实施例可以采用减速器，通过提高输出力矩实现降速，力矩比例按步进电机输出乘减速比，同时，减速器可以降低负载的惯量，惯量的减少可以为减速比的平方。
实施中，所述执行机构具体可以为旋镜。
具体实施时，所述执行机构可以为旋镜，所述旋镜可以为旋转的镜子，具体可以为平面镜、凹面镜、凸面镜等，本申请对此不作限制。具体使用时，可以将联动相机的球机的摄像头对准旋镜，通过控制器控制旋镜转动即可实现转动拍摄的目的，简单方便。
由于本申请实施例所提供的联动相机控制系统的执行机构为旋镜，旋镜的转动惯量较小，因此，本申请实施例相比于现有球机(执行机构为摄像机)大大降低了执行负载，从而可以得到较高的转速，转动速度可以达到900度/秒，可以在100ms内完成球机结构范围内的任何运动。
实施例二、
基于同一发明构思，本申请实施例还提出了一种联动相机控制方法，下面进行说明。
图3示出了本申请实施例二中联动相机控制方法实施的流程示意图，如图所示，所述联动相机控制方法可以包括如下步骤：
步骤301、控制器以加速频率向驱动器发送脉冲宽度调制PWM脉冲；所述加速频率初始为预设频率fs、以正弦曲线增加至最高频率fMAX；
步骤302、驱动器在接收到所述PWM脉冲之后控制步进电机转动；
步骤303、传动机构将驱动力矩提高至预设值；
步骤304、执行机构在所述步进电机的驱动力下转动；
步骤305、控制器从编码器读取所述执行机构转动的角度值，在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
具体实施时，假设步进电机处于静止状态，控制器可以控制所述步进电机从静止状态以加速频率转动，所述加速频率初始值为预设频率fs、后续以正弦曲线增加至最高频率fMAX，所述传动机构将驱动力矩提高至预设值，从而可以避免步进电机在启动时由于启动速度过快导致丢步现象的发生，所述执行机构可以在电机的驱动力下被动执行转动。
具体实施时，控制方法还可以包括控制器从编码器读出当前执行机构的角度值，在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间进行补偿，然后在延迟一定时间(以尽量避免系统震荡)再检查绝对值编码器的值，不断重复此反馈过程。
具体实施时，所述编码器可以为绝对值编码器、增量编码器、旋转编码器、绝对值多圈编码器等。
本申请实施例将此过程称为反馈补偿阶段。前三个阶段(加速、匀速、减速)为步进电机的开环控制，最后一个阶段是反馈补偿，因此，本申请实施例所提供的控制方法可以称为半闭环控制。
本申请实施例所提供的控制方法，通过控制器发送脉冲控制步进电机转动，由于步进电机存在力矩，可以确保在静止时可以实现完全静止，而且，由于采用采用传动机构提高了力矩，降低了启动速度，且由于使用了编码器作为反馈装置形成闭环控制，从而避免了步进电机由于启动速度过快导致丢步现象的发生，确保系统完全可靠。
实施中，如果所述步进电机的总运动步数Ntotal＜2N，所述加速频率具体可以为：
其中，n＜Ntotal/2，N为预设的加速或减速步数，fs为预设的启动或停止时的频率，FMAX为预设的最高频率；
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，所述加速频率具体可以为：
本申请实施例将上述过程称为加速阶段。
本申请实施例在加速阶段可以采用正弦函数，由于正弦函数的导数为连续平滑的余弦函数，与匀速转动时的连接可以是平滑的，即，加速阶段与下一阶段(匀速阶段)可以平滑过渡，这样就避免了柔性冲击。
实施中，所述方法可以进一步包括：
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，控制器以所述最高频率fMAX向驱动器发送PWM脉冲，控制所述步进电机匀速转动；其中，所述N为加速或减速步数，N≤n≤Ntotal-N。
具体实施时，当Ntotal≥2N时，控制器可以以最高频率fMAX向驱动器发送PWM脉冲，控制所述步进电机匀速转动，本申请实施例称之为匀速阶段。
实施中，所述方法可以进一步包括：
控制器以减速频率向驱动器发送PWM脉冲，所述减速频率为从最高频率fMAX以正弦曲线降低至所述预设频率fs之后变为0。
具体实施时，本申请实施例可以控制器以减速频率向驱动器发送PWM脉冲，所述减速频率为从最高频率fMAX以正弦曲线降低至所述预设频率fs之后变为0。
本申请实施例将此过程称为减速阶段。
实施中，如果所述步进电机的总运动步数Ntotal＜2N，那么，所述减速频率具体可以为：
所述N为预设的加速或减速步数；
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，那么，所述减速频率具体可以为：
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，在减速阶段，电机可以从最高转速以正弦曲线减速至预设频率fs，然后停止。
本申请实施例在减速阶段也可以采用正弦函数，由于正弦函数的导数为连续平滑的余弦函数，与匀速转动时的连接可以是平滑的，即，匀速阶段与下一阶段(减速阶段)可以平滑过渡，这样就避免了柔性冲击。
本申请实施例中，步进电机可以采用专用的驱动器或驱动电路，以PWM信号控制，脉冲频率f(Hz)与执行端转速ω(deg/s)的关系：Ns为步进电机细分微步数，R为减速比。因此控制PWM的频率也就是控制执行机构的转速。
实施中，所述传动机构具体可以为减速器。
本申请实施例可以采用减速器，通过提高输出力矩实现降速，力矩比例按步进电机输出乘减速比，同时，减速器可以降低负载的惯量，惯量的减少可以为减速比的平方。
实施中，所述执行机构具体可以为旋镜。
本申请实施例所提供的联动相机控制方法的执行机构为旋镜，由于旋镜的转动惯量较小，因此，本申请实施例相比于现有球机(执行机构为摄像机)控制方法大大降低了执行负载，从而可以得到较高的转速，转动速度可以达到900度/秒，可以在100ms内完成球机结构范围内的任何运动。
实施例三、
本申请可以用于利用联动相机进行视频监控的具体场景，所述联动相机可以包括广角相机、长焦相机和本申请所提供的控制系统，下面进行说明。
图4示出了本申请实施例三中视频监控场景下联动相机控制系统的结构示意图，如图所示，所述联动相机控制系统(以下简称控制系统)可以包括：ARM Cortex-M处理器、驱动器、步进电机、减速器、旋镜和绝对值编码器。
所述广角相机、所述长焦相机分别与本申请所提供的控制系统相连，所述长焦相机的镜头与所述控制系统中的旋镜相对放置，具体实施时所述长焦相机镜头的中点可以与所述旋镜的中心点在一条直线上。
在具体监控时，可以利用广角相机进行大范围的视频画面拍摄，当在所述监控范围内出现感兴趣目标(可以是人、或者车辆等)时，利用ARM Cortex-M处理器向驱动器脉冲，减速器提高驱动力矩，所述旋镜在驱动力下进行转动，所述长焦相机只需要根据所述旋镜反射的画面进行拍摄即可，无需所述长焦相机本身自行转动，从而大大降低了转动惯量、提高了转动速度。
在转动过程中可以包括以下几个阶段：
起初，所述ARM Cortex-M处理器以预设频率fs向所述驱动器发送脉冲信号，所述步进电机从静止状态启动；
然后，所述ARM Cortex-M处理器以正弦曲线将脉冲频率增大，具体的，所述ARMCortex-M处理器可以使用ARM Cortex-M MCU的CMSIS DSP中的快速正弦函数增大脉冲频率；所述电机则相应的以正弦曲线加速至最高转速(对应的频率可以为FMAX或FMAX)；
增大到最高转速后，所述ARM Cortex-M处理器以最大频率继续向所述驱动器发送脉冲信号，所述步进电机以最高转速匀速转动；
在减速阶段，所述ARM Cortex-M处理器从所述最大频率以正弦曲线减速至预设频率fs，然后再变为0，停止发送脉冲信号；相应的，所述步进电机从最高转速以正弦曲线减速至预设频率fs对应的速度，然后停止；
最后，所述ARM Cortex-M处理器从绝对值编码器读出旋镜的角度值，如果与期望旋镜的角度的差大于误差允许范围，则驱动步进电机以频率fs转动进行补偿，然后延时一定的时间(以尽量避免系统震荡)，再检查绝对值编码器的值，不断重复此反馈过程。
图5示出了本申请实施例三中Ntotal≥2N时的曲线示意图，如图所示，假设fs＝1000，Fmax＝3000，N＝60，Ntotal＝300。
当Ntotal≥2N时，所述脉冲频率可以在n＜N时从启动时频率fs以正弦函数上升，直至最大频率Fmax；如图5所示，n＝0时f(0)＝1000；n从0～60这段期间，f(n)以正弦函数上升；n＝60时，f(60)＝Fmax＝3000；
在N≤n≤Ntotal-N时，所述脉冲频率可以保持最大频率；如图5所示，n在60～240(即300-60)之间时，f(n)＝Fmax＝3000；
在Ntotal-n＜N时，所述脉冲频率可以以正弦函数下降，直至降低为停止时频率fs；如图5所示，n在240～300之间时，f(n)以正弦函数下降，n＝300时，f(300)＝fs＝1000。
即，所述脉冲频率为：
图6示出了本申请实施例三中Ntotal＜2N时的曲线示意图，如图所示，假设fs＝1000，Fmax＝3000，N＝60，Ntotal＝100，fmax＝Ntotal*Fmax/2N＝2500，。
当Ntotal＜2N时，所述脉冲频率可以在fΔ＞0时以正弦函数变化；如图6所示，f(n)在n＝0～100之间以正弦函数变化，n在0～50之间时，f(n)以正弦函数上升；n在50～100之间时，f(n)以正弦函数下降。
在所述fΔ≤0时所述脉冲频率为fs。
即，所述脉冲频率为：
综上所述，与现有技术相比，本申请实施例所提供的技术方案至少具有如下优点：
(1)由于采用闭环反馈，系统稳定可靠；
(2)使用步进电机存在保持力矩，停止时绝对静止；
(3)平滑的正弦加减速曲线保证了无冲击，运动时平稳无失步；
(4)在传动机构后安装绝对值编码器，使无累积误差，绝对误差＜0.1°；
(5)由于整个系统的设计和相比于传统球机大大降低执行负载(旋镜)，可以得到较高的转速(可达900度/秒)，可在100ms内完成球机结构范围内的任何运动；
(6)成本低，控制简单。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (12)

1.一种联动相机控制系统，其特征在于，包括：控制器、驱动器、步进电机、传动机构、执行机构和编码器，其中，
所述控制器，用于以脉冲频率f(n)向所述驱动器发送脉冲宽度调制PWM脉冲，所述n表示所述步进电机细分微步第n步；
所述驱动器，用于在接收到所述PWM脉冲之后控制所述步进电机转动；
所述传动机构，用于将驱动力矩提高至预设值；
所述执行机构，用于在所述步进电机的驱动力下转动；
所述编码器，用于记录所述执行机构转动的角度值；
所述控制器进一步用于在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脉冲频率f(n)与所述执行机构的转速ω的关系为：其中，Ns为步进电机细分微步数，R为减速比。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，那么，
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal<2N，那么，
其中，N为预设的加速或减速步数，fs为预设的启动或停止时的频率，FMAX为预设的最高频率；
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传动机构具体为减速器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述执行机构具体为旋镜。
6.一种联动相机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
控制器以加速频率向驱动器发送脉冲宽度调制PWM脉冲；所述加速频率初始为预设频率fs、以正弦曲线增加至最高频率FMAX；
驱动器在接收到所述PWM脉冲之后控制步进电机转动；
传动机构将驱动力矩提高至预设值；
执行机构在所述步进电机的驱动力下转动；
控制器从编码器读取所述执行机构转动的角度值，在判断所述角度值与期望值的差大于预设误差范围时，驱动所述步进电机以预设频率fs转动预设时间。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述步进电机的总运动步数Ntotal<2N，所述加速频率具体为：fΔ+fs，fΔ＞0；其中，
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，所述加速频率具体为：
其中，N为预设的加速或减速步数，fs为预设的启动或停止时的频率，FMAX为预设的最高频率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，控制器以脉冲频率f(n)为所述最高频率FMAX向驱动器发送PWM脉冲，控制所述步进电机匀速转动；其中，N≤n≤Ntotal-N，所述N为加速或减速步数。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
控制器以减速频率向驱动器发送PWM脉冲，所述减速频率为从最高频率FMAX以正弦曲线降低至所述预设频率fs之后变为0。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，如果所述步进电机的总运动步数Ntotal<2N，那么，所述减速频率具体为： 如果所述步进电机的总运动步数Ntotal≥2N，那么，所述减速频率具体为：其中，所述N为预设的加速或减速步数。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述传动机构具体为减速器。
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述执行机构具体为旋镜。
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