CN111770267A - 一种高精度随动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高精度随动系统，属于自动化技术领域。该系统由图像处理模块配合红外探测器模块将模拟视频转换为数字信号后送入图像处理模块进行预处理，然后再进行目标检测、动态跟踪，最后把偏移量传给伺服控制器。伺服控制器将偏移量信号作为给定值，与绝对值编码器反馈的实际位置计算速度指令，将速度指令与实际转速的偏差量，通过脉宽调制功放计算产生相应PWM波形输出，再驱动模块驱动转台双轴直流力矩电机，从而使红外探测器模块对准目标，实现对目标的自动跟随。为防止关机状态下轴系晃动对转台造成物理损坏，通过继电器控制电磁锁锁止两个轴系。本发明的有益效果是：减小了稳态位置跟随误差、提高了定位精度、伺服刚度。

Description

一种高精度随动系统

技术领域

本发明涉及一种高精度随动系统，特别是涉及一种基于双轴转台的高精度随动系统。

背景技术

随动转台是一种监控产品，广泛应用于需要大范围、远距离的监控，如森林、草原、城市防火、机场跑道、海防、边防、空阔地域等地。目前市场上的转台在实际工作中，往往通过控制系统在远程控制其转动及移动的方向，存在无法自行调整监控角度，导致监控死角，或通过预置的扫描路线进行搜索，且指向精度较差。为了提高双轴转台的随动锁定跟踪效果，一种基于双轴转台的弱小目标锁定锁定控制方法逐渐成为关键。

发明内容

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种高精度随动系统，用于提升转台的指向精度和自动跟踪效果。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括：

首先进行系统硬件电路上电，进行图像处理单元与伺服控制单元的系统自检、初始化。

统初始化完成后系统进入中断服务程序，进行转台自动复位。

红外相机模块获取的视频后，如为模拟视频信号，将采集到的模拟信号转换为数字信号；

通过图像预处理，对所采集的视频帧图像进行去噪和增强，从而提高待检测视频帧图像的信息熵和信噪比；

然后对预处理后的视频帧进行目标检测，分离目标与背景，确定目标的位置，计算偏移量；

避免系统总滞后一帧，增设目标轨迹预测；

根据历史偏移量预测下帧计算偏移角；

将偏移角转换成转台控制参数，反馈给电机相应的转向和转速。

本发明的有益效果是：本发明是一种高精度随动系统，根据目标运动轨迹的连续性，记录目标历史帧偏移量，并对轨迹的下一帧偏移量进行预测，以目标下一帧所处位置为跟踪点，从而提高系统实时性和跟踪精度，避免目标被云层、树冠或烟尘短时干扰造成的跟踪失败；采用的积分分离式、增量PID控制算法，视轴指向精度可达0.1mrad，从而提高跟踪精度及系统的动态性能。

附图说明

图1是本发明的一种组成图。

图2是本发明的一种原理图。

【附图标记说明】

1、图像处理模块；2、红外探测器模块；3、伺服控制器；4、绝对值编码器；5、驱动转台双轴直流力矩电机；6、脉宽调制功放；7、驱动模块；8、继电器；9、电磁锁；10、转台结构单元；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种高精度随动系统，如图2所示，可详述为如下：

系统初始化模块从程序上电起执行，涉及程序使用到的全部寄存器、全局变量、宏定义、结构体、标志位、计数变量、PID参数、电机位置初始参数、各种输出数据极限值设定，以及外设时钟控制寄存器、GPIO寄存器、VPIF、PSC、UART进行初始化配置。

系统初始化完成后系统进入中断服务程序，读取绝对值编码器4所发送方位、俯仰电机当前位置，伺服控制器3将设定值与当前值计算得到的偏差信号，通过调用位置PID控制算法8，最终输出PWM波形，脉宽调制功放进行功率放大后驱动电机转动。

需指出的是，当红外相机模块获取的视频格式为VGA模拟视频信号时，但在使用DSP系统完成图像处理时需要数字视频信号，因此必须对采集到的模拟信号进行转换，将其转换为数字视频信号。

通过对视频帧图像进行预处理，可提高待检测视频帧图像的信息熵和信噪比，从而进一步减少图像处理角误差，提升目标的捕获率，常用的预处理方式有二值化、去噪、增强和形态学运算。

考虑到红外弱小目标的特点，可采用不同的方式方法来抑制背景、突出目标，也可通过多帧累积后由目标运动的连续性来剔除图像的噪点，从而实时对检测出目标，确定目标的位置，计算偏移量；

此外，进一步保证系统实时性和跟踪精度，以及防止目标被云层、树冠或烟尘等干扰，增加目标轨迹预测算法，根据目标运动轨迹的连续性，记录目标历史帧偏移量，并对轨迹的下一帧偏移量进行预测。

依据所选光学透镜的参数通过坐标转换的方法，将焦平面上的偏移量转换成偏移角；

偏移角通过RS422串行通信传送给伺服控制器3，伺服控制器3根据转台当前位置与接收到的脱靶量计算出转台方位和俯仰电机的旋转角度，在此过程中同时读取绝对值编码器4的数据，进行方位、俯仰位置数据采集、计算，调用相应的PID控制算法，控制电机进行转动，进行目标实时跟踪。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种高精度随动系统，其特征在于：该系统的图像处理模块(1)配合红外探测器模块(2)可直接接入标准制式视频输入，模拟视频信号经D/A转换为数字信号后送入图像处理模块(1)进行图像去噪、增强、二值化、形态学处理的预处理操作，然后再进行目标检测、动态跟踪，最后把偏移量信号传给伺服控制器(3)。接收图像处理模块(1)发来的偏移量信号作为给定值，将它与绝对值编码器(4)反馈回来的直流力矩电机(5)轴端实际位置相比较得到偏差量，通过得到速度指令，将速度指令与绝对值编码器(4)反馈回来的实际转速比较得到偏差量，通过脉宽调制功放(6)计算产生相应PWM波形输出，再驱动模块(7)驱动转台双轴直流力矩电机(5)，从而使红外探测器模块(2)对准目标，实现对目标的自动跟随。为防止关机状态下轴系晃动对转台造成物理损坏，通过继电器(8)控制电磁锁(9)锁止两个轴系。

2.按照权利要求1所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：图像数据采集使用红外探测器模块(2)，使用红外波段的确保该系统具备昼夜目标跟踪的功能。

3.按照权利要求2所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：红外探测器模块(2)可替换为CCD探测器模块，替换后该模块不具备夜间探测的功能，但成本更低。

4.按照权利要求1所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：伺服控制器(3)使用的控制算法为积分分离式PID控制算法，这种控制算法可根据设计情况或取消积分作用，使得随动系统的性能得到改善。

5.按照权利要求1所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：绝对值编码器(4)可替换为旋转变压器，它一种输出电压随转子变化的信号元件，具有高低温性能好、抗振冲能力强、工作可靠、抗干扰能力强的特点。

6.按照权利要求1所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：由图像处理模块发来的偏移角可由当前帧图像直接进行计算，偏移量准确但系统整体滞后一帧。

7.按照权利要求4所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：积分分离式PID控制算法可替换为增量式PID控制算法，它将当前时刻的控制量与上一时刻的控制量做差，以差值作为新的控制量。

8.按照权利要求6所述的高精度随动转台控制系统，其特征在于：由当前帧图像直接进行计算可替换为依据历史偏移量进行预测，可消除系统滞后，确定高精度实时随动。

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