CN110989691A

CN110989691A - 一种云台控制方法、装置、存储介质、电子设备及无人机

Info

Publication number: CN110989691A
Application number: CN201911151700.XA
Authority: CN
Inventors: 黄立; 余哲; 李攀; 薛源; 顾兴; 刘华斌; 王效杰
Original assignee: Prodrone Technology Co
Current assignee: Puzhou Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: CN110989691B

Abstract

本发明公开了一种云台控制方法、装置、存储介质、电子设备及无人机，其包括S1、获取云台传感器数据；S2、对云台传感器数据进行监测，并获取云台控制环参数；以及对云台传感器数据进行处理，并将处理后的云台传感器数据分配至云台控制器；S3、调节云台控制环参数，以对云台控制环参数进行优化；以及S4、云台控制器根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数，并根据云台稳定控制参数以及经处理后的云台传感器数据控制云台结构动作，以实现云台稳像输出。本发明在云台控制器与云台传感器之间增加了数据检测装置及控制参数调节装置，由此可有效地解决由于转动惯量等因素导致的云台控制系统参数不适应导致的稳像控制精度差的问题。

Description

一种云台控制方法、装置、存储介质、电子设备及无人机

技术领域

本发明涉及云台控制领域，具体为一种云台控制方法、装置、存储介质、电子设备及无人机。

背景技术

目前市面上变焦云台由于焦距较长、镜头过长，导致云台相机端多为长方体形态，由此当云台转动时，由于转动惯量、阻力等因素使得云台不同角度的控制精度不同。目前常用的传统PID控制技术、自抗扰控制技术等控制技术无法适应由于系统条件变化而导致的云台控制系统适应性变化，最终导致云台控制精度在某些位置控制精度下降。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种云台控制方法、装置、存储介质、电子设备及无人机，其在云台控制器与云台传感器之间增加了数据检测装置及控制参数调节装置，由此可有效地解决由于转动惯量等因素导致的云台控制系统参数不适应导致的稳像控制精度差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种云台控制方法，其包括：

S1、获取云台传感器数据，并对所述云台传感器数据进行处理；

S2、对所述云台传感器数据进行监测，并获取至少一种云台控制环参数；以及对所述云台传感器数据进行姿态解算和/或滤波处理，并将经姿态解算和/或滤波处理后的云台传感器数据分配至至少一种云台控制器；

S3、调节步骤S2中获得的云台控制环参数，以对所述云台控制环参数进行优化；

以及S4、云台控制器根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数，并根据所述云台稳定控制参数以及经姿态解算和/或滤波处理后的云台传感器数据控制云台结构动作，以实现云台稳像输出。

优选的，所述云台控制环参数包括姿态环参数、速度环参数以及力矩环参数中的一种或几种。

优选的，所述云台控制器包括姿态控制器、速度控制器以及电机力矩控制器中的一种或几种。

优选的，对所述云台传感器数据进行实时监测，并获取云台控制环参数的过程包括：1)、明确观测对象：以转动惯量为观测输出量，以云台位置作为输入量；2)、建立模型：总结所述输入量与输出量的变化规律并根据公式(1)-(2)建立数学模型：

J(roll)＝J_min+0.5*J^△*sinθ (1)

J^△＝J_max-J_min (2)；

其中，J(roll)为横滚旋转轴方向的转动惯量，J_min为云台旋转轴最小转动惯量，J_max为云台旋转轴最大转动惯量，θ为当前云台的角度位置；

以及3)、模型运用：通过数学模型获取对应的云台控制环参数。

优选的，对所述云台控制环参数进行优化的方法包括函数法、分段法、查表法中的一种或几种。

一方面，还提供了一种用于实现上述云台控制方法的云台控制装置，其包括：

云台传感器，其用于获取云台传感器数据；

数据监测装置，其用于对所述云台传感器数据进行实时监测，并获取至少一种云台控制环参数；

控制参数调节装置，其用于调节所述云台控制环参数，以对所述云台控制参数进行优化；

数据处理装置，其用于对所述云台传感器数据进行处理；

至少一种云台控制器以及云台稳像输出装置；

所述云台控制器用于接收优化后的云台控制环参数和经数据处理装置处理后的云台传感器数据，并根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数，以及根据所述云台稳定控制参数以及经数据处理装置处理后的云台传感器数据控制云台稳像输出装置动作，以实现云台稳像输出。

一方面，还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述云台控制方法。

一方面，还提供一种电子设备，其包括上述可读存储介质、处理器及存储在该可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述云台控制方法。

一方面，还提供一种无人机，其包括上述云台控制装置，或，上述可读存储介质，或上述电子设备。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明在云台控制器与云台传感器之间增加了数据检测装置及控制参数调节装置，由此可通过控制参数调节装置对云台传感器进行优化后再输出至对应的云台控制器，云台控制器根据优化后的数据获得云台稳定控制参数，由此可有效地解决由于转动惯量等因素导致的云台控制系统参数不适应导致的稳像控制精度差的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一中云台控制方法的步骤图；

图2为本发明实施例一中云台控制方法的流程图；

图3a为本发明实施例一中函数法优化云台控制环参数的曲线图；

图3b为本发明实施例一中分段法优化云台控制环参数的曲线图；

图3c为本发明实施例一中查表法优化云台控制环参数的示意图；

图4为本发明实施例二中云台控制装置的结构图；

图5为现有技术中云台控制装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一：

如图1-2所示，本发明中的云台控制方法包括如下步骤：

S1、获取云台传感器数据，且所述云台传感器数据包括通过陀螺仪、加速度计、角度测量传感器、GPS、温度传感器等中的一项或几项获得的数据，并对所述云台传感器数据进行处理，所述处理包括通过积分算法、微分算法、融合滤波算法、卡尔曼滤波算法、姿态解算、协方差计算等对云台传感器数据进行对应处理；

S2、对所述云台传感器数据进行实时监测，并获取至少一种云台控制环参数，所述云台控制环参数包括姿态环参数、速度环参数以及力矩环参数中的一种或几种；同时对所述云台传感器数据进行姿态解算和/或滤波处理，以获得更为精确的传感器数据，并将经姿态解算和/或滤波处理后的云台传感器数据分配至至少一种云台控制器，所述云台控制器包括姿态控制器、速度控制器以及电机力矩控制器中的一种或几种；

具体的，对所述云台传感器数据进行实时监测，并获取云台控制环参数的过程包括：1)、明确观测对象：由于云台位置不同导致云台转动惯量变化，进而导致云台控制系统不适应，因此本实施例中以转动惯量为观测输出量，以云台位置作为输入量；2)、建立模型：总结所述输入量与输出量的变化规律并建立数学模型，具体的，本实施例中通过多点测量法进行曲线拟合，建立包含如下公式(1)-(2)的数学模型：

J(roll)＝J_min+0.5*J^△*sinθ (1)

J^△＝J_max-J_min (2)；

其中，J(roll)为横滚旋转轴方向的转动惯量，J_min为云台旋转轴最小转动惯量，可通过结构仿真或力矩转动测试获得；J_max为云台旋转轴最大转动惯量，可通过结构仿真或力矩转动测试获得；θ为当前云台的角度位置，由云台传感器提供；3)、模型运用：通过数学模型获取对应的云台控制环参数；

S3、调节步骤S2中获得的云台控制环参数，以对所述云台控制环参数进行优化；具体的，所述优化方法包括函数法、分段法、查表法等，即，首先根据实际测试获得云台在各个位置的最适宜的控制参数，然后根据函数法、分段法、查表法等方法确定输入值与输出值的关系；如图3a所示，函数法可根据Matlab等软件进行函数曲线拟合获得；如图3b所示，分段法可根据实际的测量值建立线性变化的分段函数获得输出；如图3c所示，当参数适应性较好时，某一段输入范围可适应一个参数，由此可通过查表法建立输入段与控制参数表格的关系来得到结果；

以及S4、云台控制器根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数，并根据所述云台稳定控制参数以及经姿态解算和/或滤波处理后的云台传感器数据控制云台结构(如云台电机)动作，以实现云台稳像输出；所述生成云台稳定控制参数的过程可由PID控制算法、自抗扰控制算法、滑模控制算法、鲁棒控制算法等相关控制算法实现；例如，当转动惯量为A时，云台控制器的云台控制参数分别是P 100，I 5，D 1；当转动惯量变为B后，云台控制器根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数P 200，I 10，D 1，再进一步根据所述云台稳定控制参数P 200，I 10，D 1对经姿态解算和/或滤波处理后的云台传感器数据进行控制调节，最终实现控制云台结构(如云台电机)动作，以实现云台稳像输出。

由此，上述云台控制方法可通过调节步骤S2中获得的云台控制环参数以获得优化后的云台控制环参数，并使得云台控制器根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数，使其适应不同的硬件条件变化(如转动惯量变化)，并进一步结合对经姿态解算和/或滤波处理后的云台传感器数据进行控制调节，最终实现稳定控制云台结构(如云台电机)动作，以达到云台稳像输出的目的。

实施例二：

本实施例提供了一种用于实现实施例一所述云台控制方法的云台控制装置，如图4所示，其包括：

云台传感器1，其包括陀螺仪、加速度计、角度测量传感器、GPS、温度传感器等中的一种或几种，用于获取云台传感器数据；

数据监测装置2，其用于对所述云台传感器数据进行实时监测，并获取至少一种云台控制环参数；

控制参数调节装置3，其用于调节所述云台控制环参数，以对所述云台控制参数进行优化，优化方法参见步骤S3；

数据处理装置4，其用于对所述云台传感器数据进行姿态解算和/或滤波等处理；

至少一种云台控制器5以及云台稳像输出装置6，所述云台控制器5用于接收优化后的云台控制环参数和经数据处理装置4处理后的云台传感器数据，并根据优化后的云台控制环参数生成云台稳定控制参数，以及根据所述云台稳定控制参数以及经数据处理装置4处理后的云台传感器数据控制云台稳像输出装置6动作，以实现云台稳像输出，其中，所述云台稳像输出装置6包括云台结构、电机、MCU、传感器等硬件。

实施例三：

本实施例提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述云台控制方法。

实施例四：

本实施例提供了一种电子设备，其包括实施例三所述的可读存储介质、处理器及存储在该可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述云台控制方法。

实施例五：

本实施例提供了一种无人机，其包括实施例二中的云台控制装置，或，实施例三中的可读存储介质，或实施例四所述的电子设备。

综上所述，如图5所示，现有技术中传统的云台控制系统及控制方法只涉及云台传感器100、云台控制器200以及云台稳像输出装置300，云台传感器100将数据传输至云台控制器200，云台稳像输出装置300根据云台控制器200输出的控制量实现云台控制，该系统/方法下，当云台某些框架上转动惯量发生变化，且对云台控制系统产生影响时，会导致某些位置的控制精度下降。如，由于云台镜头较长，云台横滚及方位转动惯量随着云台姿角度变化而变化，导致上述传统控制方法不适应，无法发挥良好的角度控制效果。

而本发明中的云台控制方法/系统中，其根据云台转动后的状态特性，在云台控制器与云台传感器之间增加了数据检测装置及控制参数调节装置，由此可通过控制参数调节装置对云台传感器进行优化后再输出至对应的云台控制器，云台控制器根据优化后的数据获得云台稳定控制参数，由此可有效地解决由于转动惯量等因素导致的云台控制系统参数不适应导致的稳像控制精度差的问题。

需要说明的是，上述实施例一至五中的技术特征可进行任意组合，且组合而成的技术方案均属于本发明的保护范围。在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种云台控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的云台控制方法，其特征在于，所述云台控制环参数包括姿态环参数、速度环参数以及力矩环参数中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的云台控制方法，其特征在于，所述云台控制器包括姿态控制器、速度控制器以及电机力矩控制器中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的云台控制方法，其特征在于，对所述云台传感器数据进行实时监测，并获取云台控制环参数的过程包括：1)、明确观测对象：以转动惯量为观测输出量，以云台位置作为输入量；2)、建立模型：总结所述输入量与输出量的变化规律并根据公式(1)-(2)建立数学模型：

J(roll)＝J_min+0.5*J^△*sinθ (1)

J^△＝J_max-J_min (2)；

5.如权利要求1所述的云台控制方法，其特征在于，对所述云台控制环参数进行优化的方法包括函数法、分段法、查表法中的一种或几种。

6.一种用于实现权利要求1-5任一项所述云台控制方法的云台控制装置，其特征在于，包括：

云台传感器，其用于获取云台传感器数据；

数据处理装置，其用于对所述云台传感器数据进行处理；

至少一种云台控制器以及云台稳像输出装置；

7.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-4任一项所述的云台控制方法。

8.一种电子设备，其包括权利要求7所述的可读存储介质、处理器及存储在该可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一项所述的云台控制方法。

9.一种无人机，其包括权利要求6所述的云台控制装置，或，权利要求7所述的可读存储介质，或权利要求8所述的电子设备。