CN107203223B - 驱动控制系统及具有该控制系统的稳定云台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于一种无刷电机的驱动控制系统，所述驱动控制系统包括：稳定级数字控制系统和至少一个功率级数字控制系统连接且按照所述功率级数字控制系统的顺序与所述功率级数字控制系统进行通信；所述功率级数字控制系统与至少一个无刷电机连接，用于根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制无刷电机的转动；以及当获取到的控制指令为结束指令时，保存电角度绝对初始值。

Description

驱动控制系统及具有该控制系统的稳定云台
技术领域
本发明涉及稳定云台技术领域，尤其涉及一种驱动控制系统及具有该控制系统的稳定云台。
背景技术
近年来，各类动基座成像云台广泛用于航拍、无人车、机器人等领域，越来越受到人们的关注。特别是利用无人机进行航拍，具有快速、灵活、清晰、准确地获取人们感兴趣区域的照片、视频信息的重要手段。但是对于以无人机为代表的动基座载体，在移动过程中不可避免地存在载体姿态的变化、振动等影响，导致视频严重晃动、照片模糊不清。稳定云台的诞生解决了这一问题。稳定云台由多自由度的机械机构、各轴上的驱动电机以及控制电路所组成。常见的云台电机包括航模用的舵机、带有减速机构的直流伺服电机、步进电机以及无刷电机等。但是，现有的无刷云台驱动控制系统中，有一部分流过电机的电流并没有有效地参与做功，导致能耗高，并且难以进一步提升稳定精度。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中有一部分流过电机的电流并没有有效地参与做功的技术问题，提供一种能使流过电机的电流有效地参与做功的驱动控制系统及具有该控制系统的稳定云台。
本发明提供一种驱动控制系统，所述驱动控制系统包括：
稳定级数字控制系统和至少一个功率级数字控制系统连接且按照所述功率级数字控制系统的顺序与所述功率级数字控制系统进行通信，用于根据获取稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息；获取稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度；根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量并输出至所述功率级数字控制系统；
所述功率级数字控制系统与至少一个无刷电机连接，用于判断当前是否存在电角度绝对初始值；如果不存在电角度绝对初始值时，在初始化模式下得到当前的电角度值、交轴电压控制量、直轴电压控制量和电角度绝对初始值；如果存在电角度绝对初始值时，获取绝对角位置传感器的角度值，根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值，以及得到所述交轴电压控制量和直轴电压控制量；根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动。
本发明还提供一种稳定云台，包括上述的驱动控制系统和与所述驱动系统对应连接的无刷电机。
本发明的技术方案与现有技术相比，有益效果在于：在电流开环模式下进行计算，可以减小处理器的压力，当选用性能较低的处理器时，由于处理器计算能力弱，无法在规定的时间周期内完成电流闭环算法的计算，可以在电流开环模式下计算，而在电流闭环模式下进行计算，可以有效的消除电机感应电动势的影响，使力矩输出更加平稳，同时也能使流过电机的电流都可以有效地参与做功。
附图说明
图1为本发明无刷电机的驱动控制系统一种实施例的结构示意图。
图2为本发明多路信息交互接口一种实施例的电路图。
图3为本发明多路信息交互接口另一种实施例的电路图。
图4为本发明三相桥驱动组件一种实施例的电路图。
图5为本发明三相桥驱动组件另一种实施例的电路图。
图6(a)是本发明的无刷电机与功率级控制器的第一种实施例接线图。
图6(b)是本发明的无刷电机与功率级控制器的第二种实施例接线图。
图6(c)是本发明的无刷电机与功率级控制器的第三种实施例接线图。
图7为本发明功率级数字控制系统一种实施例的结构示意图。
图8为本发明稳定级数字控制系统一种实施例的结构示意图。
图9为本发明用于控制电机转动的矢量控制方法第一种实施例的流程图。
图10为本发明用于控制电机转动的矢量控制方法第二种实施例的流程图。
图11为本发明用于控制电机转动的矢量控制方法第三种实施例的流程图。
图12为本发明用于控制电机转动的矢量控制方法第四种实施例的流程图。
图13为本发明稳定云台转动的控制方法第一种实施例的流程图。
图14为本发明稳定云台转动的控制方法第二种实施例的流程图。
图15为本发明稳定云台转动的控制方法第三种实施例的流程图。
图中，1、稳定级数字控制系统，2、功率级数字控制系统，3、稳定云台转动的控制芯片。4、惯性测量器，5、多路信息交互接口，6、图像追踪器，7、通信接口，8、功率级控制器，9、三相桥驱动组件，10、电流传感器，11、无刷电机，12、绝对角位置传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
稳定云台转动的驱动控制系统作为航拍摄影、监测、遥感、采样云台的核心控制装置，能够在稳定云台的稳定框架产生角运动的工作条件下，例如挂在在无人机上的云台，无人机发生飞行姿态变化，通过控制稳定云台各轴的无刷电机转动，保证稳定云台上承载的成像装置指向角度始终保持惯性稳定或始终指向感兴趣的目标。
本发明提供一种实施例的无刷电机的驱动控制系统，如图1所示，所述驱动控制系统包括稳定级数字控制系统1和至少一个功率级数字控制系统2连接且按照所述功率级数字控制系统2的顺序与所述功率级数字控制系统2进行通信，用于根据获取稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息；获取稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度；根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度和稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息进行闭环稳定控制，并输出稳定环闭环控制指令；根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量并输出至所述功率级数字控制系统2；
所述功率级数字控制系统2与至少一个无刷电机11连接，用于判断当前是否存在电角度绝对初始值；如果不存在电角度绝对初始值时，在初始化模式下得到当前的电角度值、交轴电压控制量、直轴电压控制量和电角度绝对初始值；如果存在电角度绝对初始值时，获取绝对角位置传感器的角度值，根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值，以及得到所述交轴电压控制量和直轴电压控制量；根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动。
具体的，如图1所示，所述驱动控制系统包括n个功率级数字控制系统2，第一个功率级数字控制系统的序号为2-1，第二个功率级数字控制系统的序号2-2，第n个功率级数字控制系统的序号2-n,稳定级数字控制系统1可以按照所述功率级数字控制系统2的序号从小到大或从大到小的顺序与所述功率级数字控制系统2进行通信,其中，n为大于等于1的正整数。
在具体实施中，所述功率级控制器8，还用于获取当前的工作模式，并判断当前的工作模式为电流开环模式或者电流闭环模式；
当前的工作模式为电流闭环模式，根据获取到两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；
当前的工作模式为电流开环模式，获取交轴电压控制量和直轴电压控制量。
在具体实施中，所述功率级控制器8，还用于获取到的控制指令，并判断控制指令是否为结束指令；如果控制指令是为结束指令时，则保存电角度绝对初始值；如果控制指令不是为结束指令，则执行获取绝对角位置传感器的角度值的工作。
具体的，三个轴的稳定环控制量必须有3个无刷电机来执行，在具体实施中，每个无刷电机采用1个功率级控制系统2来驱动，1个功率级控制系统2也可以实现对更多无刷电机的驱动，但是在只有1个功率级控制系统2的情况下，通过驱动3个电机也能实现3轴控制。但是，如果整个系统只有1个电机，那就只能实现1个轴的控制。
如图1所示，每个轴需要一个功率级控制系统2，每个功率级控制系统都有一个功率级数字控制器，因此三轴云台包含3个功率级数字控制器，另外所述功率级数字控制系统2的控制指令可以为根据用户通过遥控系统或数传发送的结束命令，该命令也通过多路信息交互接口5接收。
具体的，稳定级数字控制系统1的稳定环控制量为在控制模式为电流闭环模式时功率级数字控制系统2获取的电流指令或在控制模式为电流开环模式时功率级数字控制系统2获取的电压指令，也就是说，在控制模式为电流闭环模式时，获取到的稳定级数字控制系统1的稳定环控制量为两相驱动电流值，在控制模式为电流开环模式时，获取到的稳定级数字控制系统1的稳定环控制量为交轴电压控制量和直轴电压控制量。
由于在电流开环模式下进行计算，可以减小处理器的压力，当选用性能较低的处理器时，由于处理器计算能力弱，无法在规定的时间周期内完成电流闭环算法的计算，可以在电流开环模式下计算，而在电流闭环模式下进行计算，可以有效的消除电机感应电动势的影响，使力矩输出更加平稳，同时也能使流过电机的电流都可以有效地参与做功，而且通过根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度，以及根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量，将稳定环控制量输出至功率级数字控制系统，通过功率级数字控制系统控制无刷电机的转动以控制稳定云台的各个轴的运动，从而实现得到稳定的高精度图像。由于无刷电机的驱动控制系统中使用了分布式控制与切实可行的矢量控制相结合的方案，从而能够更高效地利用电机来提高性能。另外，电机的电流控制采用了矢量控制并且分散到各个功率级数字控制系统进行处理，从而可以减轻了稳定级控制系统的计算压力。
在具体实施中，所述无刷电机11的数量与稳定云台的轴的数量需要一致，即一个无刷电机11控制一个轴，所述功率级数字控制系统2的数量可以与所述无刷电机11的数量相同，那么功率级数字控制系统2控制一个无刷电机11，当然一个功率级数字控制系统2也可以控制多个个无刷电机11，在本实施例中，一个功率级数字控制系统2控制一个无刷电机11且所述多个功率级数字控制系统2之间的电路结构是相同的。
具体的，如图8所示，本发明还提供一种实施例的稳定级数字控制系统1包括惯性测量器4，用于检测得到稳定云台的稳定框架的惯性角速度和稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息；
多路信息交互接口5，分别与所述惯性测量器4和稳定云台转动的控制芯片3连接。
稳定云台转动的控制芯片3，用于自检稳定云台且将稳定云台的角度初始化为零；获取稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息，获取稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；用于根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度；根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度和稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息进行闭环稳定控制，并输出稳定环闭环控制指令；根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量并输出至所述功率级数字控制系统2。
具体的，稳定云台转动的控制芯片3通过并行总线方式与多路信息交互接口5连接。另外，稳定云台转动的控制芯片3可以通过多路信息交互接口5与多个功率级数字控制系统、惯性测量器4进行通信，而且稳定云台转动的控制芯片3是按顺序依次与多个功率级数字控制系统通信。所述多路信息交互接口5通信方式包括如下方式：PWM脉宽调制方式，I2C总线方式，SPI总线方式，串行通信方式(RS232、RS422、RS485)、CAN总线方式。
在具体实施中，图2为本发明多路信息交互接口一种实施例的电路图。具体的，多路信息交互接口5采用差分数字通信方式，也就是说，多路信息交互接口5包括转换芯片ST16C654和差分芯片max3074，稳定云台转动的控制芯片3通过并行总线方式与转换芯片ST16C654相连，即稳定云台转动的控制芯片3通过数据总线DB0-DB7和地址总线AB0-AB5连接至转换芯片ST16C654将并行数据转换成串行数据，稳定云台转动的控制芯片3通过地址总线AB0-AB5与译码芯片74139连接以选择需要通信的接口地址。经过转换芯片ST16C654转换的串行数据在经过差分芯片max3074转换成差分信号，通过端口CH0-CH3与所述功率级数字控制系统2进行通信。
在具体实施中，图3为本发明多路信息交互接口另一种实施例的电路图。具体的，多路信息交互接口5采用模拟量通信方式，也就是说，稳定云台转动的控制芯片3通过并行总线方式与数模转换芯片AD7656和模数转换芯片DAC8822进行连接，由数模转换芯片AD7656将数字信息转换为模拟信息发送给所述功率级数字控制系统2进行通信，外部组件发送的模拟数据由模数转换芯片DAC8822转换为数字信息发送给稳定云台转动的控制芯片3。
所述惯性测量器4用于测量稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息，所述姿态信息包括俯仰数据、横滚数据和方位数据，并通过多路信息交互接口5将数据发送到稳定云台转动的控制芯片3，其中数据包括角速度和角位置。
在具体实施中，根据所述稳定云台包括稳定框架和三轴，所述三轴包括俯仰轴X、横滚轴Y和方位轴Z，通过俯仰轴X、横滚轴Y和方位轴Z一一对应的无刷电机带三轴的运动，具体的，通过角传感器得到稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，而所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度由陀螺检测得到。
具体的，稳定云台转动的控制芯片3将稳定环控制量输出至所述功率级数字控制系统2，所述功率级数字控制系统2根据稳定环控制量控制无刷电机的转动以带动无刷电机对应的轴的运动。
在具体实施中，所述稳定闭环控制具体包括超前滞后控制、PID控制和滑模控制的至少其中之一。
在具体实施中，根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度的公式如下：
Figure BDA0001323883550000061
其中，θ、γ、
Figure BDA0001323883550000062
分别一一对应为稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；[ωpxωpy ωpz]T分别一一对应为稳定框架的惯性角速度，[ωbx ωby ωbz]T分别一一对应为三轴中每个轴的惯性角速度。
在具体实施中，根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量的公式如下：
Figure BDA0001323883550000063
其中，uci为稳定环控制量，r为稳定环闭环控制指令的参考值，ω为三轴中其中一个轴的惯性角速度。也就是说根据上述公式，稳定级数字控制系统1得到对于单个功率级数字控制系统2的稳定环控制量，通过多路信息交互接口5发送给对应的功率级数字控制系统2以实现对无刷电机的控制。另外，稳定环闭环控制指令根据工作模式的不同而生成不同的控制指令，如果是稳定模式，稳定环闭环控制指令为通过数传接收到的角速度命令；如果是跟踪该模式，稳定环闭环控制指令为根据图像脱靶量计算得到的控制量即跟踪闭环控制量。
通过根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度，以及根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量，将稳定环控制量输出至功率级数字控制系统，通过功率级数字控制系统控制无刷电机的转动以控制稳定云台的各个轴的运动，从而实现得到稳定的高精度图像。另外，所述稳定级控制系统只需要进行稳定环控制量的计算而不需要对电机进行驱动控制，从而可以减轻稳定级控制系统的计算量。
在具体实施中，稳定级数字控制系统1还包括图像追踪器6，用于检测并获取被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量；多路信息交互接口5，分别与图像追踪器6和稳定云台转动的控制芯片3连接；稳定云台转动的控制芯片3，还用于自检稳定云台且将稳定云台的角度初始化为零；获取被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，根据被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，根据稳定云台的三轴中每个轴的角度差值得到跟踪闭环控制量，将跟踪闭环控制量作为稳定环闭环控制指令，根据反馈数据做稳定闭环控制，将计算得到的稳定环控制量并输出。
在具体实施中，所述根据被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，得到稳定云台的三轴中每个轴的角度差值的公式如下：
θ＝arctan(n×psize/L)；
其中θ为角度差，n为脱靶量，psize为像元尺寸，L为焦距。
在具体实施中，所述根据稳定云台的三轴中每个轴的角度差值得到跟踪闭环控制量的公式如下：
Figure BDA0001323883550000071
其中uci为跟踪闭环控制量，θi为三轴中每个轴的角度差值。
在具体实施中，将跟踪闭环控制量作为稳定环控制指令以进行闭环稳定控制得到的稳定环控制量的具体公式为本领域的公知常识。
通过根据被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，得到稳定云台的三轴中每个轴的角度差值，以及所述根据稳定云台的三轴中每个轴的角度差值得到跟踪闭环控制量，将跟踪闭环控制量作为稳定环闭环控制指令以得到计算稳定环控制量，将稳定环控制量输出至功率级数字控制系统，通过功率级数字控制系统控制无刷电机的转动以控制稳定云台的各个轴的运动，从而实现对图像进行持续跟踪拍摄。因此可以实现高精度的图像稳定以及在移动航拍过程中对运动目标的稳定、持续跟踪拍摄的目的。所述稳定级控制系统只需要进行稳定环控制量的计算而不需要对电机进行驱动控制，从而可以减轻稳定级控制系统的计算量。
在具体实施中，如图7所示，本发明提供一种实施例的功率级数字控制系统2用于对电机的转动矢量进行控制，在具体实施中，本发明提供一种实施例的功率级数字控制系统2用于控制电机转动，所述功率级数字控制系统2包括：
通信接口7，用于接收功率级控制器的当前的工作模式和控制指令；
功率级控制器8，用于判断当前是否存在电角度绝对初始值；如果不存在电角度绝对初始值时，在初始化模式下得到当前的电角度值、交轴电压控制量、直轴电压控制量和电角度绝对初始值；如果存在电角度绝对初始值时，获取绝对角位置传感器的角度值，根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值，以及得到所述交轴电压控制量和直轴电压控制量；根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动；
三相桥驱动器9，用于根据功率级控制器输出的PWM的占空比输出驱动电流以控制电机的转动；
电流传感器10，用于检测三相桥驱动器的驱动电流中的两相驱动电流值；
绝对角位置传感器12，用于检测电机的角度值。
在具体实施中，所述功率级控制器8，还用于获取当前的工作模式，并判断当前的工作模式为电流开环模式或者电流闭环模式；
当前的工作模式为电流闭环模式，根据获取到两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；
当前的工作模式为电流开环模式，获取交轴电压控制量和直轴电压控制量。
在具体实施中，所述功率级控制器8，还用于获取到的控制指令，并判断控制指令是否为结束指令；如果控制指令是为结束指令时，则保存电角度绝对初始值；如果控制指令不是为结束指令，则执行获取绝对角位置传感器的角度值的工作。
具体的，电机为无刷电机11，所述通信接口7是功率级数字控制系统2与外界通信接口，采用通信方式与稳定级数字控制系统相对应。所述功率级控制器8读取所述绝对角位置传感器12和电流传感器10的两相驱动电流数据，获得所述无刷电机11转子相对于定子的绝对角位置以及无刷电机相邻两相的电流数据，运行矢量控制算法，并将计算得到的结果通过所述功率级控制器8上的3组PWM模块输出给三相桥驱动组件9。所述三相桥驱动组件9提供ABC三相接口可与无刷电机11三相进行电气连接；在电气装联时，无刷电机三相连线为三根导线，可选择任意一根与所述功率芯片的A相相连，无刷电机其余两根导线选择与已连接导线相邻的一根作为B相，其余一根与C相相连。所述三相桥驱动组件9与无刷电机11电气连接，驱动无刷电机11转动，从而带动稳定云台转动。
也就是说，所述功率级数字控制系统2可以实现以下三部分功能：初始电角度对准、磁场定向控制、电流闭环和电流开环模式的判断和选通程序；所述电流闭环和电流开环模式的判断和选通程序根据接收到的数据将系统设置为电流闭环模式或电流开环模式；所述磁场定向控制利用绝对角位置传感器和两相电流数据进行矢量运算，在电流闭环模式下的无刷电机交轴控制指令为接收到的数据，直轴控制指令为零，分别计算得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；在电流开环模式下，交轴电压控制量为直接接收到的数据，直轴电压控制量为零。其中，所述矢量控制算法中的电角度绝对初始值对准程序将系统工作在电流闭环模式下，通过对交轴电流和直轴电流进行控制，将电角度强制设置为-π/2，并读取此时绝对角位置传感器读数以实现电角度的对准，从而通过程序实现初始角度对准，那么安装时对于电机的相位要求便更加随意。另外，在电流开环模式下计算，可以减小处理器的压力，当选用性能较低的处理器时，由于处理器计算能力弱，无法在规定的时间周期内完成电流闭环算法的计算，可以在电流开环模式下计算，而在电流闭环模式下计算，可以有效的消除电机感应电动势的影响，使力矩输出更加平稳，同时也能使流过电机的电流都可以有效地参与做功。
在具体实施中，所述功率级控制器8还用于：
将两相驱动电流值设置为第一预设电流值和第二预设电流值；
根据两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；
将当前的电角度设置为预设的角度值；
获取绝对角位置传感器的角度值，并根据绝对角位置传感器的角度值和当前的电角度得到电角度绝对初始值。
具体的，当电角度绝对初始值不存在时，也就是说，需要计算电角度绝对初始值时，需要将两相驱动电流值强制设定为第一预设电流值Icmdq0和第二预设电流值Icmdd0，预设的角度值为-π/2，采集绝对角位置传感器的角度值作为电角度绝对初始值，并进行存储。由于电机在未设定电角度绝对初始值时是不知道电角度-π/2所对应的电机绝对角位置，初始化就是将两者对应，在电机安装在结构组件上时需要将电角度设定为-π/2，此时读取绝对角位置传感器的角度值，并将该角度值记录存储作为电角度绝对初始值，即将当前的电角度和电角度绝对初始值进行对应。
在具体实施中，所述功率级控制器8还用于：
根据获取到两相驱动电流值进行Clarke变换得到第一变换电流值和第二变换电流值；
根据第一变换电流值和第二变换电流值进行Park变换得到交轴电流值和直轴电流值；
根据所述交轴电流值和直轴电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量。
在具体实施中，两相驱动电流值为A相的驱动电流值Ia和B相的驱动电流值Ib，根据A相的驱动电流值Ia和B相的驱动电流值Ib进行Clarke变换得到第一变换电流值Iα和第二变换电流值Iβ的公式如下：
Figure BDA0001323883550000101
根据第一变换电流值Iα和第二变换电流值Iβ进行Park变换得到交轴电流值Iq和直轴电流值Id的公式如下：
Figure BDA0001323883550000102
其中θ表示电角度数值。
具体的，当设计控制器为比例积分控制时，根据所述交轴电流值Iq和直轴电流值Id得到交轴电压控制量Vq和直轴电压控制量Vd计算公式如下：
Figure BDA0001323883550000103
Figure BDA0001323883550000104
其中，
Figure BDA0001323883550000105
和
Figure BDA0001323883550000106
表示电流指令，Kp为比例系数；Ki为积分增益。具体的，
Figure BDA0001323883550000107
电流指令就是稳定级控制系统通过多路信息交互接口发送给功率级数字控制系统的电流控制量；
Figure BDA0001323883550000108
电流指令通常在功率级数字控制系统中设置为0，即令全部电流参与做功，另外电流控制量就是稳定级控制系统在跟踪模式下或稳定模式下输出的稳定环控制量。
在具体实施中，所述功率级控制器8还用于：
根据交轴电压控制量和直轴电压控制量进行Park逆变换得到三相电压Va、Vb和Vc；
根据三相电压Va、Vb和Vc得到输出PWM的占空比以控制电机的转动。
具体的，根据交轴电压控制量Vq和直轴电压控制量Vd进行Park逆变换得到三相电压Va、Vb和Vc的公式如下：
Figure BDA0001323883550000109
在具体实施中，所述根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值的步骤，具体为：
当前的电角度值等于所述绝对角位置传感器的角度值减去电角度绝对初始值后换算为弧度再乘以极对数。
所述根据绝对角位置传感器的角度值和当前的电角度得到电角度绝对初始值的步骤，具体为：
电角度绝对初始值等于所述绝对角位置传感器的角度值。
也就是说，电角度绝对初始值为进行电角度初始值设定过程中读取并记录的绝对角位置传感器的数值，在不需要计算电角度初始值的时候，直接读取之前记录的。
本发明还提供一种实施例的稳定云台，所述稳定云台包括上述的功率级数字控制系统2。
本发明的稳定云台，在电流开环模式下进行计算，可以减小处理器的压力，当选用性能较低的处理器时，由于处理器计算能力弱，无法在规定的时间周期内完成电流闭环算法的计算，可以在电流开环模式下计算，而在电流闭环模式下进行计算，可以有效的消除电机感应电动势的影响，使力矩输出更加平稳，同时也能使流过电机的电流都可以有效地参与做功。
在具体实施中，如图4所示，功率级控制器8具体为TM32028069芯片，所述三相桥驱动组件9包括三个开关管模块，每个开关管模块包括一个三极管、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一MOS管NA1和第二MOS管NA2，所述TM32028069芯片的第一输出端口PWMA1和第二输出端口PWMA2连接其中一个开关管模块。具体的，所述TM32028069芯片的第一输出端口PWMA1与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与三极管的基极连接，所述TM32028069芯片的第二输出端口PWMA2与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端分别与第二MOS管NA2的第一端和第四电阻R4的一端连接，第二MOS管NA2的第二端和第四电阻R4的另一端均接地，电源VCC分别与第五电阻R5的一端与第一MOS管NA1的第三端连接，三极管的集电极分别与第五电阻R5的另一端和第一MOS管NA1的第一端连接，第一MOS管NA1的第二端与第二MOS管NA2的第三端连接，三极管的发射极接地，第一MOS管NA1的第二端与第二MOS管NA2的第三端连接形成一个信号节点用于输出其中一个三相驱动信号，也就是三个开关管模块输出三相驱动信号PHASHA、PHASHB、PHASHC，电流传感器10检测驱动信号PHASHA、PHASHB，并将检测到的测量值输出至所述TM32028069芯片。
在具体实施中，如图5所示，所述三相桥驱动组件9包括三个逻辑门电路芯片U1A、U1B、U1C和三相桥驱动芯片，具体的，三相桥驱动芯片具体为DRV8312驱动芯片。功率级控制器8具体为TM32028069芯片，所述TM32028069芯片的第一输出端口PWMA1和第二输出端口PWMA2分别与逻辑门电路芯片U1A的第一输入端和第二输入端连接，所述TM32028069芯片的第一输出端口PWMA1还与DRV8312驱动芯片的第一输入端PWMA连接，逻辑门电路芯片U1A的输出端与DRV8312驱动芯片的第二输入端RESET_A连接，所述TM32028069芯片的第三输出端口PWMB1和第四输出端口PWMB2分别与逻辑门电路芯片U1B的第三输入端和第四输入端连接，所述TM32028069芯片的第三输出端口PWMB1还与DRV8312驱动芯片的第三输入端PWMB连接，逻辑门电路芯片U1B的输出端与DRV8312驱动芯片的第四输入端RESET_B连接，所述TM32028069芯片的第五输出端口PWMC1和第六输出端口PWMC2分别与逻辑门电路芯片U1C的第一输入端和第二输入端连接，所述TM32028069芯片的第五输出端口PWMC1还与DRV8312驱动芯片的第五输入端PWMC连接，逻辑门电路芯片U1C的第一输出端与DRV8312驱动芯片的第六输入端RESET_C连接，所述DRV8312驱动芯片输出三相驱动信号PHASHA、PHASHB、PHASHC，电流传感器10检测驱动信号PHASHA、PHASHB，并将检测到的测量值输出至所述TM32028069芯片。
具体的，如图6(a)所示，开关管V1和开关管V4构成同一桥臂且开关管V1和开关管V4之间具有第一节点，开关管V3和开关管V6构成同一桥臂且开关管V3和开关管V6之间具有第二节点，开关管V2和开关管V5构成同一桥臂且开关管V2和开关管V5之间具有第二节点，通过防止开关管V1和开关管V4的同时导通、防止开关管V3和开关管V6的同时导通或者防止开关管V2和开关管V5的同时导通，从而防止所述三相桥驱动芯片出现同一桥臂两个功率管同时导通造成短路，其中，所述三相桥驱动芯片的第一节点连接无刷电机11的A相，所述三相桥驱动芯片的第二节点连接无刷电机11的B相，所述三相桥驱动芯片的第三节点连接无刷电机11的C相。如图6(b)所示，所述三相桥驱动芯片的第一节点连接无刷电机11的B相，所述三相桥驱动芯片的第二节点连接无刷电机11的C相，所述三相桥驱动芯片的第三节点连接无刷电机11的A相。如图6(c)所示，所述三相桥驱动芯片的第一节点连接无刷电机11的C相，所述三相桥驱动芯片的第二节点连接无刷电机11的A相，所述三相桥驱动芯片的第三节点连接无刷电机11的B相。
也就是说，所述三相桥驱动组件9提供ABC三相接口可与无刷电机11三相进行电气连接；在电气装联时，无刷电机11的A相、B相及C相三相连线为三根导线，可选择任意一根与所述三相桥驱动组件9的其中一个节点相连，无刷电机其余两根导线选择与所述三相桥驱动组件9的另外两个节点一一对应连接。另外，所述三相桥驱动组件9与无刷电机11电气连接，驱动无刷电机转动，从而带动稳定云台的转动。
在具体实施中，所述绝对角位置传感器12具体为磁编码器、增量式编码器、绝对实编码器的其中一种。
本发明还提供一种实施例的稳定云台，包括上述的无刷电机的驱动控制系统和与所述驱动控制系统对应连接的无刷电机11。
本发明提供一种实施例的用于控制电机转动的矢量控制方法，所述矢量控制方法包括以下步骤：
判断当前是否存在电角度绝对初始值；
如果不存在电角度绝对初始值时，在初始化模式下得到当前的电角度值、交轴电压控制量、直轴电压控制量和电角度绝对初始值；
如果存在电角度绝对初始值时，获取绝对角位置传感器的角度值，根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值，以及得到所述交轴电压控制量和直轴电压控制量；
根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动。
在具体实施中，所述得到所述交轴电压控制量和直轴电压控制量的步骤，包括以下步骤：
获取当前的工作模式，并判断当前的工作模式是否为电流开环模式或者电流闭环模式；
当前的工作模式为电流闭环模式，根据获取到两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量，进入根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动的步骤；
当前的工作模式为电流开环模式，获取得到交轴电压控制量和直轴电压控制量，进入根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动的步骤。
在具体实施中，所述矢量控制方法包括以下步骤：
获取到的控制指令，并判断控制指令是否为结束指令；
如果是，则保存电角度绝对初始值；
如果否，则返回获取绝对角位置传感器的角度值的步骤。
在具体实施中，如图9所示，本发明提供一种实施例的用于控制电机转动的矢量控制方法，所述矢量控制方法包括：
步骤S11，判断当前是否存在电角度绝对初始值，如果否，进入步骤S12，如果是，进入步骤S13；
步骤S12，在初始化模式下得到当前的电角度值、交轴电压控制量、直轴电压控制量和电角度绝对初始值，进入步骤S17；
步骤S13，获取绝对角位置传感器的角度值；
步骤S14，获取当前的工作模式，并判断当前的工作模式是否为电流开环模式，如果是，进入步骤S15，如果否，进入步骤S16；
步骤S15，获取交轴电压控制量和直轴电压控制量，进入步骤S17；
步骤S16，根据获取到两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量，进入步骤S17；
步骤S17，根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动；
步骤S18，获取到的控制指令，并判断控制指令是否为结束指令，如果是，进入步骤S19，如果否，则进入S13；
步骤S19，保存电角度绝对初始值。
在步骤S14中，也可以是，判断当前的工作模式是否为电流闭环模式，如果否，进入步骤S15，如果是，进入步骤S16。
从上述步骤，可以看出所述矢量控制算法包括初始电角度对准、磁场定向控制、电流闭环和电流开环模式的判断和选通程序三部分组成；所述电流闭环和电流开环模式的判断和选通程序根据接收到的数据将系统设置为电流闭环模式或电流开环模式；所述磁场定向控制利用绝对角位置传感器和两相电流数据进行矢量运算，在电流闭环模式下的无刷电机交轴控制指令为接收到的数据，直轴控制指令为零，分别计算得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；在电流开环模式下，交轴电压控制量为直接接收到的数据，直轴电压控制量为零。其中，所述矢量控制算法中的电角度绝对初始值对准程序将系统工作在电流闭环模式下，通过对交轴电流和直轴电流进行控制，将电角度强制设置为-π/2，并读取此时绝对角位置传感器读数以实现电角度的对准，从而通过程序实现初始角度对准，那么安装时对于电机的相位要求便更加随意。另外，在电流开环模式下进行计算，可以减小处理器的压力，当选用性能较低的处理器时，由于处理器计算能力弱，无法在规定的时间周期内完成电流闭环算法的计算，可以在电流开环模式下计算，而在电流闭环模式下进行计算，可以有效的消除电机感应电动势的影响，使力矩输出更加平稳，同时也能使流过电机的电流都可以有效地参与做功。
在具体实施中，如图10所示，步骤S12，具体包括以下步骤：
步骤S121，将两相驱动电流值设置为第一预设电流值和第二预设电流值；
步骤S122，根据两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；
步骤S123，将当前的电角度设置为预设的角度值；
步骤S124，获取绝对角位置传感器的角度值，并根据绝对角位置传感器的角度值和当前的电角度得到电角度绝对初始值。
具体的，当电角度绝对初始值不存在时，也就是说，需要计算电角度绝对初始值时，需要将两相驱动电流值强制设定为第一预设电流值Icmdq0和第二预设电流值Icmdd0，预设的角度值为-π/2，采集绝对角位置传感器的角度值作为电角度绝对初始值，并进行存储。由于电机在未设定电角度绝对初始值时是不知道电角度-π/2所对应的电机绝对角位置，初始化就是将两者对应，在电机安装在结构组件上时需要将电角度设定为-π/2，此时读取绝对角位置传感器的角度值，并将该角度值记录存储作为电角度绝对初始值，即将当前的电角度和电角度绝对初始值进行对应。
在步骤S122，根据两相驱动电流值，在电流闭环控制下得到交轴电压控制量和直轴电压控制量。
在具体实施中，如图11所示，步骤S122或者步骤S16，具体包括：
步骤S31，根据获取到两相驱动电流值进行Clarke变换得到第一变换电流值和第二变换电流值；
步骤S32，根据第一变换电流值和第二变换电流值进行Park变换得到交轴电流值和直轴电流值；
步骤S33，根据所述交轴电流值和直轴电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量。
在具体实施中，两相驱动电流值为A相的驱动电流值Ia和B相的驱动电流值Ib，根据A相的驱动电流值Ia和B相的驱动电流值Ib进行Clarke变换得到第一变换电流值Iα和第二变换电流值Iβ的公式如下：
Figure BDA0001323883550000151
根据第一变换电流值Iα和第二变换电流值Iβ进行Park变换得到交轴电流值Iq和直轴电流值Id的公式如下：
Figure BDA0001323883550000152
其中θ表示电角度数值。
具体的，当设计控制器为比例积分控制时，根据所述交轴电流值Iq和直轴电流值Id得到交轴电压控制量Vq和直轴电压控制量Vd计算公式如下：
Figure BDA0001323883550000153
Figure BDA0001323883550000154
其中，
Figure BDA0001323883550000155
和
Figure BDA0001323883550000156
表示电流指令，Kp为比例系数；Ki为积分增益。
具体的，
Figure BDA0001323883550000157
电流指令就是稳定级控制系统通过多路信息交互接口发送给功率级数字控制系统的电流控制量；
Figure BDA0001323883550000158
电流指令通常在功率级数字控制系统中设置为0，即令全部电流参与做功，另外电流控制量就是稳定级控制系统在跟踪模式下或稳定模式下输出的稳定环控制量。
在具体实施中，如图12所示，步骤S17具体包括以下步骤：
步骤S41，根据交轴电压控制量和直轴电压控制量进行Park逆变换最终得到三相电压Va、Vb和Vc；
步骤S42，根据三相电压Va、Vb和Vc得到输出PWM的占空比以控制电机的转动。
具体的，根据交轴电压控制量Vq和直轴电压控制量Vd进行Park逆变换最终得到三相电压Va、Vb和Vc的公式如下：
Figure BDA0001323883550000161
在具体实施中，所述根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值的步骤，具体为：
当前的电角度值等于所述绝对角位置传感器的角度值减去电角度绝对初始值后换算为弧度再乘以极对数。
所述根据绝对角位置传感器的角度值和当前的电角度得到电角度绝对初始值的步骤，具体为：
电角度绝对初始值等于所述绝对角位置传感器的角度值。
也就是说，电角度绝对初始值为进行电角度初始值设定过程中读取并记录的绝对角位置传感器的数值，在不需要计算电角度初始值的时候，直接读取之前记录的。
本发明还提供一种实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述图9-12所示的方法的步骤。
本发明的计算机可读存储介质，在电流开环模式下进行计算，可以减小处理器的压力，当选用性能较低的处理器时，由于处理器计算能力弱，无法在规定的时间周期内完成电流闭环算法的计算，可以在电流开环模式下计算，而在电流闭环模式下进行计算，可以有效的消除电机感应电动势的影响，使力矩输出更加平稳，同时也能使流过电机的电流都可以有效地参与做功。
本发明还提供一种实施例的稳定云台转动的控制方法，如图13所示，所述矢量控制方法包括：
步骤S211，自检稳定云台且稳定云台的角度初始化为零；
步骤S212，获取稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息；
步骤S213，获取稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；
步骤S214，根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度；
步骤S215，根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量并输出以控制所述稳定云台的三轴运动；
步骤S216，限位诊断；
步骤S217，根据获取到稳定云台的控制指令判断是否结束，如果是进入步骤S218，如果否，返回步骤S212；
步骤S218，保存变量。
在步骤S215中，稳定环控制量输出至所述功率级数字控制系统，所述功率级数字控制系统根据稳定环控制量控制无刷电机的转动以带动无刷电机对应的轴的运动。
在步骤S216中，由于稳定云台的转动范围是有限的，在程序中对云台转动情况加以监视，如果稳定云台转动达到预先设定的范围边界时对云台的控制量加以限制，保证云台不会“撞击”或“卡死”。
在具体实施中，所述稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息包括俯仰数据、横滚数据和方位数据，数据包括角速度和角位置。
在具体实施中，所述稳定闭环控制具体包括超前滞后控制、PID控制和滑模控制的至少其中之一。
在具体实施中，根据所述稳定云台包括稳定框架和三轴，所述三轴包括俯仰轴X、横滚轴Y和方位轴Z，通过俯仰轴X、横滚轴Y和方位轴Z一一对应的无刷电机带三轴的运动，具体的，通过角传感器得到稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，而所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度由陀螺检测得到。
在具体实施中，根据所述稳定云台的的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度的公式如下：
Figure BDA0001323883550000171
其中，θ、γ、
Figure BDA0001323883550000172
分别一一对应为稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；[ωpxωpy ωpz]T为三轴中每个轴的惯性角速度，[ωbx ωby ωbz]T分别一一对应为三轴中每个轴的惯性角速度。
在具体实施中，根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量的公式如下：
Figure BDA0001323883550000181
其中，uci为稳定环控制量，r为稳定环闭环控制指令的参考值，ω为三轴中其中一个轴的角速度。也就是说根据上述公式，稳定级数字控制系统得到对于单个功率级数字控制系统的稳定环控制量通过多路信息交互接口发送给对应的功率级数字控制系统2以实现对无刷电机的控制。另外，稳定环闭环控制指令根据工作模式的不同而生成不同的控制指令，如果是稳定模式，稳定环闭环控制指令为通过数传接收到的角速度命令；如果是跟踪该模式，稳定环闭环控制指令为根据图像脱靶量计算得到的控制量即跟踪闭环控制量。
通过根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度，以及根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量，将稳定环控制量输出至功率级数字控制系统，通过功率级数字控制系统控制无刷电机的转动以控制稳定云台的各个轴的运动，从而实现得到稳定的高精度图像。另外，所述稳定级控制系统只需要进行稳定环控制量的计算而不需要对电机进行驱动控制，从而可以减轻稳定级控制系统的计算量。
本发明还提供一种实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述图13的方法的步骤。
通过根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度，以及根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量，将稳定环控制量输出至功率级数字控制系统，通过功率级数字控制系统控制无刷电机的转动以控制稳定云台的各个轴的运动，从而实现得到稳定的高精度图像。另外，所述稳定级控制系统只需要进行稳定环控制量的计算而不需要对电机进行驱动控制，从而可以减轻稳定级控制系统的计算量。
本发明还提供一种实施例的稳定云台转动的控制方法，如图14所示，所述控制方法包括：
步骤S311，自检稳定云台且稳定云台的角度初始化为零；
步骤S312，获取被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值；
步骤S313，根据被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，得到稳定云台的三轴中每个轴的角度差值；
步骤S314，根据稳定云台的三轴中每个轴的角度差值得到跟踪闭环控制量；
步骤S315，将跟踪闭环控制量作为稳定环控制指令以进行闭环稳定控制得到稳定环控制量，将计算得到的稳定环控制量并输出以控制所述稳定云台的三轴运动；
步骤S316，限位诊断；
步骤S317，根据获取到稳定云台的控制指令判断是否结束，如果是进入步骤S319，如果否，返回步骤S312；
步骤S318，保存变量。
在步骤S315中，稳定环控制量输出至所述功率级数字控制系统，所述功率级数字控制系统根据稳定环控制量控制无刷电机的转动以带动无刷电机对应的轴的运动。
在步骤S316中，由于稳定云台的转动范围是有限的，在程序中对云台转动情况加以监视，如果稳定云台转动达到预先设定的范围边界时对云台的控制量加以限制，保证云台不会“撞击”或“卡死”。
在具体实施中，在步骤S311之后，如图15所示，还包括以下步骤：
步骤S420，判断预设的控制模式是否为图像跟踪模式，如果是，进入步骤S421，如果否，进入步骤S422；
步骤S421，进入图像跟踪模式，进入步骤S312；
步骤S422，进入图像稳定模式，进入步骤423；
步骤S423，获取稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的姿态信息；
步骤S424，获取稳定云台绕三轴的相对转动角度；
步骤S425，根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的姿态信息以及稳定云台绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度；
步骤S426，根据三轴中每个轴的惯性角速度和控制指令参考值，得到稳定环控制量并输出以控制所述稳定云台的三轴运动，进入步骤S316。
在图15中，步骤S317，判断是否结束，如果是进入步骤S319，如果否，返回步骤S420。
在步骤S426中，稳定环控制量输出至所述功率级数字控制系统，所述功率级数字控制系统根据稳定环控制量控制无刷电机的转动以带动无刷电机对应的轴的运动。
在具体实施中，所述稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息包括俯仰数据、横滚数据和方位数据，数据包括角速度和角位置。
在具体实施中，所述稳定闭环控制具体包括超前滞后控制、PID控制和滑模控制的至少其中之一。
在具体实施中，根据所述稳定云台包括稳定框架和三轴，所述三轴包括俯仰轴X、横滚轴Y和方位轴Z，通过俯仰轴X、横滚轴Y和方位轴Z一一对应的无刷电机带三轴的运动，具体的，通过角传感器得到稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，而所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度由陀螺检测得到。
在具体实施中，根据所述稳定云台的的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度的公式如下：
Figure BDA0001323883550000201
其中，θ、γ、
Figure BDA0001323883550000202
分别一一对应为稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；[ωpxωpy ωpz]T分别一一对应为稳定框架的惯性角速度，[ωbx ωby ωbz]T分别一一对应为三轴中每个轴的惯性角速度。
在具体实施中，根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量的公式如下：
Figure BDA0001323883550000203
其中，uci为稳定环控制量，r为稳定环闭环控制指令的参考值，ω为三轴中其中一个轴的角速度。也就是说根据上述公式，稳定级数字控制系统得到对于单个功率级数字控制系统的稳定环控制量通过多路信息交互接口发送给对应的功率级数字控制系统2以实现对无刷电机的控制。另外，稳定环闭环控制指令根据工作模式的不同而生成不同的控制指令，如果是稳定模式，稳定环闭环控制指令为通过数传接收到的角速度命令；如果是跟踪该模式，稳定环闭环控制指令为根据图像脱靶量计算得到的控制量即跟踪闭环控制量。
在具体实施中，所述根据被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，得到稳定云台的三轴中每个轴的角度差值的公式如下：
θ＝arctan(n×psize/L)
其中θ为角度差，n为脱靶量，psize为像元尺寸，L为焦距。
在具体实施中，所述根据稳定云台的三轴中每个轴的角度差值得到跟踪闭环控制量的公式如下：
Figure BDA0001323883550000204
其中uci为跟踪闭环控制量，θi为三轴中每个轴的角度差值。
在具体实施中，将跟踪闭环控制量作为稳定环控制指令以进行闭环稳定控制得到的稳定环控制量的具体公式为本领域的公知常识。
通过根据被跟踪目标相对图像画面中心的脱靶量以及相机的焦距值，得到稳定云台的三轴中每个轴的角度差值，以及所述根据稳定云台的三轴中每个轴的角度差值得到跟踪闭环控制量以得到稳定环控制量，将稳定环控制量输出至功率级数字控制系统，通过功率级数字控制系统控制无刷电机的转动以控制稳定云台的各个轴的运动，从而实现对图像进行持续跟踪拍摄。另外，所述稳定级控制系统只需要进行跟踪闭环控制量的计算而不需要对电机进行驱动控制，从而可以减轻稳定级控制系统的计算量。
本发明还提供一种实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述图14-15的方法的步骤。
本发明还提供一种实施例的无刷电机的驱动控制方法，可以包括图13、图14和图15的其中一个方法加上图9-12所示的方法。
本发明还提供一种实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述图13、图14和图15的其中一个方法加上图9-12所示的方法的步骤。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种驱动控制系统，其特征在于，所述驱动控制系统包括：
稳定级数字控制系统和至少一个功率级数字控制系统连接且按照所述功率级数字控制系统的顺序与所述功率级数字控制系统进行通信，用于根据获取稳定云台的稳定框架的惯性角速度以及稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息；获取稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度；根据所述稳定云台的稳定框架的惯性角速度、稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息以及稳定云台的稳定框架绕三轴的相对转动角度，得到三轴中每个轴的惯性角速度；根据三轴中每个轴的惯性角速度和稳定环闭环控制指令的参考值，得到稳定环控制量并输出至所述功率级数字控制系统；
所述功率级数字控制系统与至少一个无刷电机连接，用于判断当前是否存在电角度绝对初始值；如果不存在电角度绝对初始值时，在初始化模式下得到当前的电角度值、交轴电压控制量、直轴电压控制量和电角度绝对初始值；如果存在电角度绝对初始值时，获取绝对角位置传感器的角度值，根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值，以及得到所述交轴电压控制量和直轴电压控制量；根据当前的电角度值、交轴电压控制量和直轴电压控制量得到输出PWM的占空比以控制电机的转动；
所述功率级控制器还用于获取当前的工作模式，并判断当前的工作模式为电流开环模式或者电流闭环模式；当前的工作模式为电流闭环模式，根据获取到两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；当前的工作模式为电流开环模式，获取交轴电压控制量和直轴电压控制量。
2.如权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述功率级数字控制系统还用于：
将两相驱动电流值设置为第一预设电流值和第二预设电流值；
根据两相驱动电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量；
将当前的电角度设置为预设的角度值；
获取绝对角位置传感器的角度值，并根据绝对角位置传感器的角度值和当前的电角度得到电角度绝对初始值。
3.如权利要求1或2所述的驱动控制系统，其特征在于，所述功率级数字控制系统还用于：
根据获取到两相驱动电流值进行Clarke变换得到第一变换电流值和第二变换电流值；
根据第一变换电流值和第二变换电流值进行Park变换得到交轴电流值和直轴电流值；
根据所述交轴电流值和直轴电流值得到交轴电压控制量和直轴电压控制量。
4.如权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述功率级数字控制系统还用于：
根据交轴电压控制量和直轴电压控制量进行Park逆变换并计算得到三相电压Va、Vb和Vc；
根据三相电压Va、Vb和Vc得到输出PWM的占空比以控制电机的转动。
5.如权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述根据所述绝对角位置传感器的角度值和电角度绝对初始值得到当前的电角度值的步骤，具体为：
当前的电角度值等于所述绝对角位置传感器的角度值减去电角度绝对初始值后换算为弧度再乘以极对数。
6.如权利要求2所述的驱动控制系统，其特征在于，所述根据绝对角位置传感器的角度值和当前的电角度得到电角度绝对初始值的步骤，具体为：
电角度绝对初始值等于所述绝对角位置传感器的角度值。
7.如权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述功率级数字控制系统的数量和所述无刷电机的数量相同。
8.如权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述多个功率级数字控制系统的电路结构相同。
9.如权利要求1所述的驱动控制系统，其特征在于，所述稳定云台的稳定框架的惯性姿态信息包括俯仰数据、横滚数据和方位数据。
10.一种稳定云台，其特征在于，所述稳定云台包括如权利要求1-9任一项所述的驱动控制系统和与所述驱动控制系统对应连接的无刷电机。
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WO2020006659A1 (zh) * 2018-07-02 2020-01-09 深圳市大疆创新科技有限公司 电机的初始机械角度的获取方法及系统
CN110187721A (zh) * 2019-05-05 2019-08-30 湖北久之洋红外系统股份有限公司 一种千分度精密云台运动控制装置及方法
CN114765442A (zh) * 2020-12-30 2022-07-19 宝能汽车集团有限公司 驱动电机零位标定方法、装置、电机控制器及存储介质

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1186923C (zh) * 2003-04-03 2005-01-26 上海交通大学 异常目标自动发现及跟踪摄像机系统
CN102938628B (zh) * 2011-09-06 2015-06-10 北京理工大学 一种永磁同步电机转子初始位置定位的方法
CN103149939B (zh) * 2013-02-26 2015-10-21 北京航空航天大学 一种基于视觉的无人机动态目标跟踪与定位方法
CN104767467B (zh) * 2014-01-02 2017-06-30 深圳乐行天下科技有限公司 一种电机机械零点的校准方法
CN103997270B (zh) * 2014-06-09 2017-01-04 浙江理工大学 一种隐极式永磁同步电机的无传感器矢量控制装置及方法
CN105676880A (zh) * 2016-01-13 2016-06-15 零度智控（北京）智能科技有限公司 一种云台摄像装置的控制方法及系统
CN106292741A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 成都普诺思博科技有限公司 一种基于无刷电机的移动机器人云台系统

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