CN110333732A - 云台电机控制方法及其装置、云台及无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，公开一种云台电机控制方法及其装置、云台及无人飞行器。云台电机控制方法包括：获取云台电机内的至少两相传感器信号；使用三相锁相环算法处理至少两相传感器信号，得到相位角；对算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；根据经收敛的相位角，控制云台电机。即使采集的两相传感器信号受其它因素的影响而出现偏差，但是经过三相锁相环算法的锁相跟踪后，相位角的解析精度比较高及稳定，因此，本方法能够根据相位角，更加可靠稳定地控制云台电机。

Description

云台电机控制方法及其装置、云台及无人飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种云台电机控制方法及其装置、云台及无人飞行器。

背景技术

随着视频跟踪技术的发展，云台摄像机在航拍无人机上得到了广泛的应用，航拍无人机通过搭载云台摄像机，以实现全方位的跟踪拍摄。

由于航拍无人机容易出现抖动，其极大影响到物体的拍摄效果，因此，跟踪系统对云台在诸如稳定性等等方面提出更高要求。

云台摄像机的稳定性与云台电机解析出的相位角存在关联，相位角的解析精度不高，云台摄像机容易偏离期望位置而影响到拍摄效果。当云台电机运转后，可驱动拍摄设备朝向任意方向或角度实施拍摄，从而获得全方位的拍摄图像。然而，当用户给定云台电机运转至期望角度，受限于一些其它因素，云台电机运转的角度未能够符合期望角度，导致拍摄效果比较差。一般的，其它因素包括：传感器安装在云台上的位置出现偏差，采集的每相传感器信号不够精确，或者，传感器本身的精度不高，或者其它环境因素等等，导致控制云台电机的运转角度未符合期望角度。

发明内容

本发明实施例的一个目的旨在提供一种云台电机控制方法及其装置、云台及无人飞行器，其能够提高控制云台电机的可靠性。

在第一方面，本发明实施例提供一种云台电机控制方法，包括：

获取所述云台电机内的至少两相传感器信号；

使用三相锁相环算法处理所述至少两相传感器信号，得到相位角；

对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；以及

根据所述经收敛的相位角，控制所述云台电机。

可选地，所述云台电机配置有同步旋转坐标系与三相静止坐标系，所述使用三相锁相环算法处理所述至少两相传感器信号，得到相位角，包括：

使用变换矩阵，将在所述三相静止坐标系下的至少两相传感器信号变换为在所述同步旋转坐标系的同步传感器信号；

使用所述三相锁相环算法处理所述同步传感器信号，得到相位角。

可选地，所述变换矩阵由根据克拉克变换与派克变换之间的变换关系生成的。

可选地，所述变换矩阵为：

其中，D为变换矩阵，ω’为角速度。

可选地，所述同步传感器信号为：

其中，U_d为所述同步旋转坐标系下d轴方向的d轴电压，U_q为所述同步旋转坐标系下q轴方向的q轴电压，E为相电压，θ’为相位角，θ为基准相位角。

可选地，所述同步传感器信号包括在所述同步旋转坐标系下d轴或q轴的传感器信号。

可选地，所述使用所述三相锁相环算法处理所述同步传感器信号，得到相位角，包括：

给定参考传感器信号；

将所述同步传感器信号与所述参考传感器信号作差值运算，得到传感器误差；

对所述传感器误差作PI调节，得到角速度；以及

对所述角速度作积分运算，得到相位角。

可选地，所述对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角，包括：将由所述积分运算得到的相位角反馈回所述算法，进行下一次迭代计算；当所述传感器误差为0时，停止迭代，并输出所述经收敛的相位角。

可选地，所述参考传感器信号为0。

在第二方面，本发明实施例提供一种云台电机控制装置，包括：

传感器模块，用于获取所述云台电机内的至少两相传感器信号；

锁相环模块，用于使用三相锁相环算法处理所述至少两相传感器信号，得到相位角；

收敛模块，用于对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；以及

电机控制模块，用于根据所述经收敛的相位角，控制所述云台电机。

可选地，所述云台电机配置有同步旋转坐标系与三相静止坐标系，所述锁相环模块包括：

信号变换单元，用于使用变换矩阵，将在所述三相静止坐标系下的至少两相传感器信号变换为在所述同步旋转坐标系的同步传感器信号；

锁相环单元，用于使用三相锁相环算法处理所述同步传感器信号，得到相位角。

可选地，所述变换矩阵由根据克拉克变换与派克变换之间的变换关系生成的。

可选地，所述变换矩阵为：

其中，D为变换矩阵，ω’为角速度。

可选地，所述同步传感器信号为：

其中，U_d为所述同步旋转坐标系下d轴方向的d轴电压，U_q为所述同步旋转坐标系下q轴方向的q轴电压，E为相电压，θ’为相位角，θ为基准相位角。

可选地，所述同步传感器信号包括在所述同步旋转坐标系下d轴或q轴的传感器信号。

可选地，所述锁相环单元包括：

给定单元，用于给定参考传感器信号；

减法器，用于将所述同步传感器信号与所述参考传感器信号作差值运算，得到传感器误差；

PI调节器，用于对所述传感器误差作PI调节，得到角速度；

积分器，用于对所述角速度作积分运算，得到相位角。

可选地，所述收敛模块用于：将所述积分运算得到的相位角反馈回所述算法，进行下一次迭代计算；当所述传感器误差为0时，停止迭代，并输出所述经收敛的相位角。

可选地，所述参考传感器信号为0。

在第三方面，本发明实施例提供一种云台，包括：

基座；

云台电机，安装于所述基座；以及

电调，安装于所述基座；

其中，所述电调包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行任一项所述的云台电机控制方法。

在第四方面，本发明实施例提供一种无人飞行器，包括：

飞行器主体；

所述的云台，所述云台与所述飞行器主体相连；以及

拍摄设备，所述拍摄设备通过所述云台搭载在所述飞行器主体上。

可选地，所述飞行器主体包括：

机身，所述机身与所述云台相连；

机臂，与所述机身相连；以及

动力装置，设于所述机臂，所述动力装置用于给所述无人飞行器提供飞行的动力。

在第五方面，本发明实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被云台执行时，使云台执行任一项所述的云台电机控制方法。

在第六方面，本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使云台执行任一项所述的云台电机控制方法。

相对于传统技术，在本发明各个实施例提供的云台电机控制方法及其装置、云台及无人飞行器中，首先，获取云台电机内的至少两相传感器信号。其次，使用三相锁相环算法处理至少两相传感器信号，得到相位角。再次，对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角。最后，根据经收敛的相位角，控制云台电机。即使采集的两相传感器信号受其它因素的影响而出现偏差，但是经过三相锁相环算法的锁相跟踪后，相位角的解析精度比较高及稳定，因此，本方法能够根据经收敛的相位角，更加可靠稳定地控制云台电机。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1a是本发明实施例提供的一种无人飞行器的结构示意图；

图1b是本发明实施例提供的云台与拍摄设备两者的安装示意图；

图1c是本发明实施例提供的一种云台的电路结构示意图；

图2a是本发明实施例提供的一种云台电机控制方法的流程示意图；

图2b是本发明实施例提供的一种锁相环拓扑系统的示意图；

图3a是本发明实施例提供的一种云台电机的相位角的测试波形图；

图3b是本发明实施例提供的传感器采集的AB两相激励电压的波形图；

图3c是基于图3b所示的AB两相激励电压，采用本发明实施例提供的方法处理后得到的相位角的示意图；

图4a是图2a中S22的流程示意图；

图4b是图4a中S223的流程示意图；

图4c是本发明实施例提供的一种锁相环拓扑的示意图；

图5a是本发明实施例提供的一种云台电机控制装置的结构示意图；

图5b是图5a中锁相环模块的结构示意图；

图5c是图5b中锁相环单元的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种电调的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。再者，本发明所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

本发明实施例提供的云台电机控制方法及其装置可以应用到各种利用云台作为辅助拍摄的拍摄设备上，如手持拍摄设备、飞行器、无人船或者无人车等设备中。例如，无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)设置有云台及拍摄设备，UAV的云台可搭载拍摄设备，并安装于UAV的机身上，以进行航拍工作。或者，手持拍摄设备设置有云台及拍摄设备，手持拍摄设备的云台也可搭载拍摄设备并安装于一手柄上以使手持拍摄设备进行拍照、录像等工作。

请参阅图1a，图1a是本发明实施例提供的一种无人飞行器的结构示意图。如图1a所示，无人飞行器100包括飞行器主体10、云台20及拍摄设备30，飞行器主体10与云台20相连，拍摄设备30通过云台20搭载在飞行器主体10上，以进行拍照、录像等工作。

飞行器主体10包括机身110、与机身110相连的机臂120、位于每个机臂120上的动力装置130，动力装置130用于给无人飞行器10提供飞行的动力。动力装置130包括电机131(如，无刷电机)以及与电机131连接的螺旋桨132。图示飞行器主体10为四旋翼无人飞行器，动力装置130的数量为四个，在其他可能的实施例中，飞行器主体10还可以为三旋翼无人飞行器、六旋翼无人飞行器等。

可选地，该飞行器主体10还包括与机身110底部或者机臂120连接的起落架140。

请参阅图1b，云台20用于实现拍摄设备30的固定、或用于随意调节拍摄设备30的姿态(例如，改变拍摄设备30的拍摄方向)以及使拍摄设备30稳定保持在设定的姿态上。

拍摄设备30包括相机壳体和与相机壳体相连的摄像机，在相机壳体上设置有云台连接件，用于与云台20连接，在相机壳体上还安装有深度相机，且深度相机与主摄像机安装在相机壳体的同一面上。深度相机可以横向、纵向或斜向安装在其安装面上，在云台电机20转动时，深度相机与摄像机同步运动，始终朝向同一方向。

在一些实施例中，拍摄设备30可以为图像采集设备，用于采集图像，该拍摄设备30包括但不限于：相机、摄影机、摄像头、扫描仪、拍照手机等。拍摄设备30用于在UAV进行飞行的过程中获取航拍图像。

请参阅图1c，云台20包括基座(图未示)、云台电机21、电调22(Electronic SpeedControl，ESC)及传感器23。基座与无人飞行器10固定连接或可拆卸连接，用于将拍摄设备30搭载在无人飞行器10上。

云台电机安装于基座，并与拍摄设备30连接。云台20可以为多轴云台，与之适应的，云台电机为多个，也即每个轴设置有一个云台电机。多个云台电机一方面可带动拍摄设备30转动，从而满足拍摄设备30的不同拍摄方向的调节，通过手动远程控制云台电机旋转或利用程序让云台电机自动旋转，从而达到全方位扫描监控的作用；另一方面，在飞行器主体10进行航拍的过程中，通过云台电机的转动实时抵消拍摄设备30受到的扰动，防止拍摄设备抖动，保证拍摄画面的稳定。

电调22与云台电机21连接，传感器23安装于云台电机21上。

传感器23用于采集驱动云台电机工作的传感器信号，电调22根据采集的传感器信号，控制云台电机21的转动。

其中，传感器信号可以为激励电压或激励电流，传感器23可以选择磁编码芯片、线性霍尔传感器或光电编码盘等等。

驱动云台电机21工作的三相电压信号可以表达成：

在本实施例中，传感器23的数量为3个，根据驱动电机的电压特性，传感器的位置也设置成相差120°，传感器对云台电机21转子的磁场强度信号进行测量并将磁场强度信号转换为电信号，因而得到传感器信号。将采集的每相传感器信号回传至电调22，以便电调22根据回传的每相传感器信号，控制云台电机21的运转。

请参阅图2a，描述了本发明实施例提供的一种云台电机控制方法。

云台电机控制方法S200包括：

S21、获取云台电机内的至少两相传感器信号；

在本实施例中，三个传感器均可以采集每相传感器信号，分别将采集的每相传感器信号发送给电调。

相对传统技术计算相位角而需要三路的激励电压，在本实施例中，只需要三相传感器信号中任意两相或三相，便可以计算相位角，亦即，相对传统技术，本实施例的云台可以减少一个霍尔传感器的使用，只需要至少两相传感器信号。

可以理解的是，每相传感器信号包括每相传感器电压或每相传感器电流。

还可以理解的是，所述至少两相传感器信号中任意两相传感器信号是对称的，例如，采集的三相传感器信号分别为：

S22、使用三相锁相环算法处理至少两相传感器信号，得到相位角；

在本实施例中，三相锁相环算法是自适应的闭环算法，其能够实时跟踪三相传感器信号的频率或者相位，其中，三相锁相环算法可配置在电调内，由电调执行。

在一些实施例中，用户可以在电调内搭建锁相环拓扑系统，请参阅图2b，锁相环拓扑系统以至少两相传感器电压作为输入，经过三相锁相环算法的处理，得到相位角。

S23、对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；

锁相环拓扑系统以至少两相传感器电压作为输入，经过三相锁相环算法的处理，得到相位角，所述相位角再反馈回三相锁相环拓扑的输入端，再次作迭代计算，进行多次迭代计算之后直到相位角满足基准相位角，则停止迭代，输出当下相位角。多次迭代的过程称为收敛过程，输出的满足要求的当下相位角称为经收敛的相位角。

在一些实施例中，锁相环拓扑系统配置有传递闭环函数，该传递闭环函数可由用户根据业务需求自行配置。

S24、根据所述经收敛的相位角，控制所述云台电机。

在一些实施例中，经过若干次迭代后，锁相环拓扑系统最终经收敛的相位角符合基准相位角时，锁相环拓扑系统便可以输出最终经收敛的相位角，以便控制云台电机的转动。

请参阅图3a、3b及图3c。图3a包含第一坐标系，第一坐标系的X轴为时间轴，Y轴为相位角轴，其中，采用自定义标定方式表示Y轴的相位角，标定值与相位角呈正相关。在第一坐标系中，第一线条31表示采用传统技术计算出的相位角，第二线条32表示采用本实施例提供的方法计算出的相位角。

第一线条31的相位角多次出现跳变，诸如第一线条31中的311区或312区或313区或314区。

然而，第二线条32的相位角并未出现跳变，比较平滑。

由此可见，采用本实施例提供的方法计算出的相位角的可靠稳定性是优于传统技术计算出的相位角。

图3b是本发明实施例提供的传感器采集的AB两相传感器电压的波形图，图3c是基于图3b所示的AB两相传感器电压，采用本发明实施例提供的方法处理后得到的相位角的示意图。

由图3b可知，A相传感器电压与B相传感器电压的幅值并不相等，A相传感器电压的幅值小于B相传感器电压的，总体而言，采集的传感器电压是比较差的。

由图3c可知，即使采集的传感器电压比较差，但是，经过本发明实施例提供的方法处理后得到的相位线条比较光滑，不出现较大幅度地跳变。

由此可见，即使传感器自身精度不高或者采集传感器信号的安装位置比较差，导致采集的传感器信号出现偏差，但是经过三相锁相环算法的锁相跟踪后，相位角的解析精度比较高及稳定。因此，本实施例能够根据相位角，更加可靠稳定地控制云台电机。当云台电机能够稳定可靠地携带拍摄设备转动后，拍摄设备便能够拍摄出高质的图像。

在一些实施例中，云台电机配置有同步旋转坐标系与三相静止坐标系，其中，三相静止坐标系用于表示三相电压Ua、Ub及Uc，其中，三相静止坐标系由ABC三轴垂直相交而构成。

同步旋转坐标系用于表示三相电压Ua、Ub及Uc在由dq两轴构成的坐标系的值，其中，dq两轴垂直相交而构成同步旋转坐标系。

在一些实施例中，当需要将在三相静止坐标系下的坐标值变换为在同步旋转坐标系的坐标值，首先可以根据克拉克变换(clark变换)，将在三相静止坐标系下的坐标值变换为在两相静止坐标系下的坐标值，其中，两相静止坐标系由α轴与β轴垂直相交构成。

最后，再根据派克变换(Park变换)，将在两相静止坐标系下的坐标值变换为在同步旋转坐标系的坐标值。

为了便于解析出相位角，本实施例提供的方法可以结合上述实施例所阐述的变换方式来解析出相位角。因此，在得到相位角的过程中，请参阅图4a，S22包括：

S221、使用变换矩阵，将在三相静止坐标系下的至少两相传感器信号变换为在同步旋转坐标系的同步传感器信号；

S222、使用三相锁相环算法处理同步传感器信号，得到相位角。

在本实施例中，根据克拉克变换与派克变换之间的变换关系，生成变换矩阵，例如，变换矩阵为：

其中，D为变换矩阵，ω’为角速度。

在本实施例中，令式二为：

其中，θ＝ω*t。

联立式一与式二，得到同步传感器信号，其中，同步传感器信号为：

其中，U_d为所述同步旋转坐标系下d轴方向的d轴电压，U_q为所述同步旋转坐标系下q轴方向的q轴电压，E为相电压，θ’为相位角，θ为基准相位角。

在收敛过程中，每次将得到的相位角作为θ’输入算法进行下一次迭代，直至计算得到满足要求的经收敛的相位角，输出经收敛的相位角。

在一些实施例中，所述同步传感器信号包括在同步旋转坐标系下d轴或q轴的。

通过将至少两相传感器信号变换成同步传感器信号，再使用三相锁相环算法处理同步激励信号，收敛得到相位角，一方面，其能够简化解析相位角的设计难度，另一方面，其能够快速地响应传感器信号，以便快速得到相位角，进而快速可靠稳定地控制云台电机。

在一些实施例中，S222、使用三相锁相环算法处理同步传感器信号，得到相位角，例如，请参阅图4b，S222包括：

S2221、给定参考传感器信号；

在本实施例中，参考传感器信号用于指示每次迭代的相位角不断地逼近基准相位角，在一些实施例中，参考传感器信号为0。

S2222、将同步传感器信号与参考传感器信号作差值运算，得到传感器误差；

在本实施例中，使用同步传感器信号减去参考传感器信号，或者，使用参考传感器信号减去同步传感器信号，得到传感器误差。

在一些实施例中，当传感器误差为0时，停止收敛，并输出当前相位角，例如，经过t1、t2、t3依次收敛后，在t4时，传感器误差为0，于是，将t4对应的相位角作为当前经收敛的相位角进行输出。

S2223、对传感器误差作PI调节，得到角速度；

在本实施例中，在PI调节过程中，电调可配置对应的传递函数以实现PI调节，例如，传递函数可以为K_p+k_i/s，使用此传递函数得到角速度ω’。

S2224、对角速度作积分运算得到相位角；

在本实施例中，电调使用传递函数1/s对角速度ω’作积分运算，得到相位角θ’。

在本实施例中，由式三可知，每次迭代后的相位角θ’都会参与计算同步传感器信号U_d或U_q。

如前所述，电调可以构建锁相环拓扑系统处理同步传感器信号，以便收敛得到相位角。为了详细阐述本发明实施例的目的，下面结合图4c作出进一步的阐述，具体如下：

请参阅图4c，锁相环拓扑图包括克拉克变换模块41、派克变换模块42、给定单元43、减法器44、PI调节器45及积分器46。

由式三可知，U_d＝EsinΔθ，U_q＝-EcosΔθ，Δθ＝θ’-θ。

当Δθ＝0时，θ’＝θ，Ud＝0，因此，只要将Ud逼近至0，便可以实现θ’＝θ。因此，采用如下处理方式：

克拉克变换模块41将三相电压Ua、Ub及Uc变换成Uα及Uβ。

派克变换模块42将Uα及Uβ变换成Ud、Uq。

给定单元43向锁相环拓扑图给定参考传感器信号为0。

减法器44将0与Ud作差值运算，得到的结果输入PI调节器45，经过PI调节器45调节后，得到角速度ω’。

积分器46对角速度ω’进行积分处理，得到相位角θ’，将该相位角θ’反馈至派克变换模块42，以此不断迭代当前相位角，直至收敛至基准相位角。

可以理解的是，电调还可以建立类似锁相环拓扑对传感器信号Uq作锁相跟踪，例如，给定单元43向锁相环拓扑图给定参考传感器信号为1或-1的输出，以便同样达到θ’＝θ。

需要说明的是，在上述各个实施例中，上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序，本领域普通技术人员，根据本发明实施例的描述可以理解，不同实施例中，上述各步骤可以有不同的执行顺序，亦即，可以并行执行，亦可以交换执行等等。

作为本发明实施例的另一方面，本发明实施例提供一种云台电机控制装置。其中，云台电机控制装置可以为软件模块，所述软件模块包括若干指令，其存储在电调中的存储器内，处理器可以访问该存储器，调用指令进行执行，以完成上述各个实施例所阐述的云台电机控制方法。

在一些实施例中，云台电机控制装置亦可以由硬件器件搭建成的，例如，云台电机控制装置可以由一个或两个以上的芯片搭建而成，各个芯片可以互相协调工作，以完成上述各个实施例所阐述的云台电机控制方法。再例如，云台电机控制装置还可以由各类逻辑器件搭建而成，诸如由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合而搭建成，通过硬件实现，其计算出的相位角速度快，运行可靠。

请参阅图5a，云台电机控制装置500包括：传感器模块51、锁相环模块52、收敛模块53及电机控制模块54。

传感器模块51用于获取云台电机内的至少两相传感器信号；

锁相环模块52用于使用三相锁相环算法处理至少两相传感器信号，得到相位角；

收敛模块53用于对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；

在一些实施例中，请继续参阅图5c，所述收敛模块用于：将所述积分运算得到的相位角反馈回所述算法，进行下一次迭代计算；当所述传感器误差为0时，停止迭代，并输出所述经收敛的相位角。

电机控制模块54用于根据经收敛的相位角，控制云台电机。

在一些实施例中，云台电机配置有同步旋转坐标系与三相静止坐标系，请参阅图5b，锁相环模块52包括：信号变换单元521及锁相环单元522。

信号变换单元521用于使用变换矩阵，将在三相静止坐标系下的至少两相传感器信号变换为在同步旋转坐标系的同步传感器信号；

锁相环单元522用于使用三相锁相环算法处理同步传感器信号，收敛得到相位角。

在一些实施例中，请参阅图5c，锁相环单元522包括：给定单元5221、减法器5222、PI调节器5223、积分器5224。

给定单元5221用于给定参考传感器信号；

在一些实施例中，参考传感器信号为0。

减法器5222用于将同步传感器信号与参考传感器信号作差值运算，得到传感器误差；

PI调节器5223用于对传感器误差作PI调节，得到角速度；

积分器5224用于对角速度作积分运算，得到相位角。

在一些实施例中，变换矩阵根据克拉克变换与派克变换之间的变换关系确定。在一些实施例中，变换矩阵为：

其中，D为变换矩阵，ω’为角速度。

在一些实施例中，同步传感器信号为：

其中，U_d为同步旋转坐标系下d轴方向的d轴电压，U_q为同步旋转坐标系下q轴方向的q轴电压，E为相电压，θ’为相位角，θ为基准相位角。

在一些实施例中，同步传感器信号包括在同步旋转坐标系下d轴或q轴的传感器信号。

在本实施例中，即使采集的两相传感器信号受其它因素的影响而出现偏差，但是经过三相锁相环算法的锁相跟踪后，相位角的解析精度比较高及稳定，因此，本方法能够根据相位角，更加可靠稳定地控制云台电机。

需要说明的是，上述云台电机控制装置可执行本发明实施例所提供的云台电机控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在云台电机控制装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的云台电机控制方法。

图6是本发明实施例提供的一种电调的电路结构示意图。如图6所示，该电调600包括一个或多个处理器61以及存储器62。其中，图6中以一个处理器61为例。

处理器61和存储器62可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器62作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的云台电机控制方法对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行人脸识别装置的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例提供的云台电机控制方法以及上述装置实施例的各个模块或单元的功能。

存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器62可选包括相对于处理器61远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器61。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器62中，当被所述一个或者多个处理器61执行时，执行上述任意方法实施例中的云台电机控制方法。

本发明实施例的电调600以多种形式存在，在执行以上描述的各个步骤。

本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图6中的一个处理器61，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的云台电机控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被云台执行时，使所述云台执行任一项所述的云台电机控制方法。

在本实施例中，即使采集的两相传感器信号受其它因素的影响而出现偏差，但是经过三相锁相环算法的锁相跟踪后，相位角的解析精度比较高及稳定，因此，本方法能够根据相位角，更加可靠稳定地控制云台电机。

以上所描述的装置或设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (21)

1.一种云台电机控制方法，其特征在于，包括：

获取所述云台电机内的至少两相传感器信号；

使用三相锁相环算法处理所述至少两相传感器信号，得到相位角；

对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；以及

根据所述经收敛的相位角，控制所述云台电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述云台电机配置有同步旋转坐标系与三相静止坐标系，所述使用三相锁相环算法处理所述至少两相传感器信号，得到相位角，包括：

使用变换矩阵，将在所述三相静止坐标系下的至少两相传感器信号变换为在所述同步旋转坐标系的同步传感器信号；

使用所述三相锁相环算法处理所述同步传感器信号，得到相位角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变换矩阵由根据克拉克变换与派克变换之间的变换关系生成的。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述变换矩阵为：

其中，D为变换矩阵，ω’为角速度。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同步传感器信号为：

其中，U_d为所述同步旋转坐标系下d轴方向的d轴电压，U_q为所述同步旋转坐标系下q轴方向的q轴电压，E为相电压，θ’为相位角，θ为基准相位角。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同步传感器信号包括在所述同步旋转坐标系下d轴或q轴的传感器信号。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使用所述三相锁相环算法处理所述同步传感器信号，得到相位角，包括：

给定参考传感器信号；

将所述同步传感器信号与所述参考传感器信号作差值运算，得到传感器误差；

对所述传感器误差作PI调节，得到角速度；以及

对所述角速度作积分运算，得到相位角。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角，包括：

将由所述积分运算得到的相位角反馈回所述算法，进行下一次迭代计算；

当所述传感器误差为0时，停止迭代，并输出所述经收敛的相位角。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述参考传感器信号为0。

10.一种云台电机控制装置，其特征在于，包括：

传感器模块，用于获取所述云台电机内的至少两相传感器信号；

锁相环模块，用于使用三相锁相环算法处理所述至少两相传感器信号，得到相位角；

收敛模块，用于对所述算法进行迭代计算，得到经收敛的相位角；以及

电机控制模块，用于根据所述经收敛的相位角，控制所述云台电机。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述云台电机配置有同步旋转坐标系与三相静止坐标系，所述锁相环模块包括：

信号变换单元，用于使用变换矩阵，将在所述三相静止坐标系下的至少两相传感器信号变换为在所述同步旋转坐标系的同步传感器信号；

锁相环单元，用于使用三相锁相环算法处理所述同步传感器信号，得到相位角。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述变换矩阵由根据克拉克变换与派克变换之间的变换关系生成的。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述变换矩阵为：

其中，D为变换矩阵，ω’为角速度。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述同步传感器信号为：

其中，U_d为所述同步旋转坐标系下d轴方向的d轴电压，U_q为所述同步旋转坐标系下q轴方向的q轴电压，E为相电压，θ’为相位角，θ为基准相位角。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述同步传感器信号包括在所述同步旋转坐标系下d轴或q轴的传感器信号。

16.根据权利要求11至15任一项所述的装置，其特征在于，所述锁相环单元包括：

给定单元，用于给定参考传感器信号；

减法器，用于将所述同步传感器信号与所述参考传感器信号作差值运算，得到传感器误差；

PI调节器，用于对所述传感器误差作PI调节，得到角速度；

积分器，用于对所述角速度作积分运算，得到相位角。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述收敛模块用于：

将所述积分运算得到的相位角反馈回所述算法，进行下一次迭代计算；

当所述传感器误差为0时，停止迭代，并输出所述经收敛的相位角。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述参考传感器信号为0。

19.一种云台，其特征在于，包括：

基座；

云台电机，安装于所述基座；以及

电调，安装于所述基座；

其中，所述电调包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-9任一项所述的云台电机控制方法。

20.一种无人飞行器，其特征在于，包括：

飞行器主体；

如权利要求19所述的云台，所述云台与所述飞行器主体相连；以及

拍摄设备，所述拍摄设备通过所述云台搭载在所述飞行器主体上。

21.根据权利要求20所述的无人飞行器，其特征在于，所述飞行器主体包括：

机身，所述机身与所述云台相连；

机臂，与所述机身相连；以及

动力装置，设于所述机臂，所述动力装置用于给所述无人飞行器提供飞行的动力。