CN115127603B - 无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备 - Google Patents

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CN115127603B CN202211022447.XA CN202211022447A CN115127603B CN 115127603 B CN115127603 B CN 115127603B CN 202211022447 A CN202211022447 A CN 202211022447A CN 115127603 B CN115127603 B CN 115127603B
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Abstract

本发明提供了一种无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备，包括：获取云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值；通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据；根据编码误差值和初始干扰数据确定目标干扰数据；基于目标干扰数据对第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。本发明可以较好地对无人机中的磁编码器进行补偿，从而显著提高对云台驱动电机的控制精度。

Description

无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备。
背景技术
目前，由于传统无人机无法快速地将挂载设备与无人机本体进行拆装，造成挂载设备更换效率低，影响无人机工作效率，因此相关技术提出通过在快拆上部组件和快拆下部组件内各自安装强力磁体若干片，利用磁体使快拆上部组件和快拆下部组件磁力连接，实现无人机主体与无人机挂载构件的快速拆装，但是加入磁体将影响无人机中的云台电机磁编码器输出的数据，从而对云台电机的控制精度造成影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备，可以较好地对无人机中的磁编码器进行补偿，从而显著提高对云台驱动电机的控制精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种无人机中磁编码器的补偿方法，所述无人机设置有云台驱动电机，包括：获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值；通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定所述第一实际机械角度对应的初始干扰数据；根据所述编码误差值和所述初始干扰数据确定目标干扰数据；基于所述目标干扰数据对所述第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。
在一种实施方式中，所述方法还包括：获取预先设置的第一感应电流和第二感应电流，以基于所述第一感应电流和所述第二感应电流控制所述云台驱动电机旋转；在所述云台驱动电机旋转过程中，确定所述云台驱动电机对应的理论机械角度，以及获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第二实际机械角度；将所述理论机械角度与所述第二实际机械角度之间的差值，作为相对干扰数据；基于所述第二实际机械角度与所述相对干扰数据之间的映射关系，拟合预设的初始干扰函数的函数系数值，得到目标干扰函数；其中，所述初始干扰函数采用三次多项式。
在一种实施方式中，所述无人机设置有云台陀螺仪、机体陀螺仪和加速度计，所述无人机设置有云台微控制单元和机体微控制单元，；所述获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值的步骤，包括：获取云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据，以及获取机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据；基于所述云台角速度数据和所述云台加速度数据确定云台姿态角，以及基于所述机体角速度数据和所述机体加速度数据确定机体姿态角；以及，采集所述云台陀螺仪输出的云台角速度数据、所述机体陀螺仪输出的机体角速度数据和所述加速度计输出的加速度数据；基于所述云台角速度数据和所述加速度数据确定云台姿态角，以及基于所述机体角速度数据和所述加速度数据确定机体姿态角；根据所述云台姿态角和所述机体姿态角，确定所述云台驱动电机的磁编码器对应的编码误差值。
在一种实施方式中，所述根据所述编码误差值和所述初始干扰数据确定目标干扰数据的步骤，包括：获取所述磁编码器对应的目标修正矩阵；根据所述编码器误差和所述目标修正矩阵，对所述初始干扰数据进行更新得到目标干扰数据。
在一种实施方式中，所述获取所述磁编码器对应的目标修正矩阵的步骤，包括：根据所述磁编码器对应的前一先验误差和预设状态转移矩阵，确定当前先验误差；根据所述当前先验误差、所述磁编码器对应的测量矩阵和测量噪声，确定所述磁编码器对应的目标修正矩阵。
在一种实施方式中，所述方法还包括：基于所述目标修正矩阵，按照以下公式对所述当前先验误差进行更新，得到更新后的当前先验误差：
Figure P_220823174137017_017206001
；
其中，
Figure P_220823174137048_048455001
为所述更新后的当前先验误差，
Figure P_220823174137064_064084002
为单位矩阵，
Figure P_220823174137095_095331003
为目标修正矩阵，
Figure P_220823174137112_112389004
为所述磁编码器对应的测量矩阵，
Figure P_220823174137128_128547005
为所述当前先验误差。
在一种实施方式中，所述根据所述编码器误差和所述目标修正矩阵，对所述初始干扰数据进行更新得到目标干扰数据的步骤，包括：按照以下公式确定目标干扰数据：
Figure P_220823174137159_159776001
；
其中，
Figure P_220823174137175_175426001
为目标干扰数据、
Figure P_220823174137206_206649002
为初始干扰数据、
Figure P_220823174137222_222297003
为目标修正矩阵、
Figure P_220823174137253_253531004
为当前编码器误差、
Figure P_220823174137269_269207005
为所述磁编码器对应的测量矩阵。
在一种实施方式中，所述基于所述目标干扰数据对所述第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度的步骤，包括：将所述第一实际机械角度与所述目标干扰数据之间的差值，作为补偿后的第一实际机械角度。
第二方面，本发明实施例还提供一种无人机中磁编码器的补偿装置，所述无人机设置有云台驱动电机，包括：获取模块，用于获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值；初始干扰数据确定模块，用于通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定所述第一实际机械角度对应的初始干扰数据；目标干扰数据确定模块，用于根据所述编码误差值和所述初始干扰数据确定目标干扰数据；补偿模块，用于基于所述目标干扰数据对所述第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述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在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项所述的方法。
本发明实施例提供的一种无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备，首先获取云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值，再通过预先拟合得到的目标干扰函数确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据，然后根据编码误差值和初始干扰数据确定目标干扰数据，最后基于目标干扰数据对第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。上述方法利用目标干扰函数确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据，再利用磁编码器的编码误差值更新初始干扰值得到目标干扰数据，从而可以利用目标干扰数据较好地对第一实际机械角度进行补偿，本发明实施例通过将无人机快拆上部组件和快拆下部组件中的磁体对磁编码器输出的第一实际机械角度的影响进行角度补偿，可以显著提升对云台驱动电机的控制精度，从而可以使无人机中的云台更加平稳。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无人机中磁编码器的补偿方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种无人机中磁编码器的补偿方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种无人机中磁编码器的补偿装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
目前，快拆上部组件和快拆下部组件内的磁体影响磁编码器输出的数据，导致对云台驱动电机的控制精度造成影响，基于此，本发明实施提供了一种无人机中磁编码器的补偿方法、装置及电子设备，可以较好地对无人机中的磁编码器进行补偿，从而显著提高对云台驱动电机的控制精度。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人机中磁编码器的补偿方法进行详细介绍，无人机设置有云台驱动电机，参见图1所示的一种无人机中磁编码器的补偿方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S102至步骤S108：
步骤S102，获取云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值。其中，云台驱动电机用于驱动云台旋转，第一实际机械角度也即云台驱动电机在驱动云台旋转时，基于磁编码器输出的角度数据计算得到的实际机械角度，编码误差值也即磁编码器的角度误差。在一种实施方式中，可以采集磁编码器输出的角度数据，根据该角度数据计算得到实际电角度，再将实际电角度转换为第一实际机械角度；以及，确定无人机的云台姿态角和机体姿态角，并根据云台姿态角和机体姿态角计算磁编码器的编码误差值。
步骤S104，通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据。其中，目标干扰函数的输入为实际机械角度，输出为初始干扰数据。在一种实施方式中，可以在函数拟合阶段采集多个第二实际机械角度和每个第二实际机械角度对应的理论机械角度，从而根据第二实际机械角度和理论机械角度计算每个第二实际机械角度对应的干扰数据，利用第二实际机械角度及其对应的干扰数据对预设的初始干扰函数的函数参数值进行拟合，以得到目标干扰函数。在后续应用中，通过将上述第一实际机械角度输入至目标干扰函数，即可得到响应的初始干扰数据。可选的，上述初始干扰函数可以采用三次多项式。
步骤S106，根据编码误差值和初始干扰数据确定目标干扰数据。在一种实施方式中，为进一步提高补偿精度，本发明实施例可以对编码误差值和初始干扰数据进行卡尔曼滤波，从而得到精度较高的目标干扰数据。
步骤S108，基于目标干扰数据对第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。在一种实施方式中，可以将第一实际机械角度与目标干扰数据之间的差值，作为补偿后的第一实际机械角度。
本发明实施例提供的无人机中磁编码器的补偿方法，利用目标干扰函数确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据，再利用磁编码器的编码误差值更新初始干扰值得到目标干扰数据，从而可以利用目标干扰数据较好地对第一实际机械角度进行补偿，本发明实施例通过将无人机快拆上部组件和快拆下部组件中的磁体对磁编码器输出的第一实际机械角度的影响进行角度补偿，可以显著提升对云台驱动电机的控制精度，从而可以使无人机中的云台更加平稳。
为便于对前述目标干扰函数进行理解，本发明实施例提供了一种拟合目标干扰函数的实施方式，参见如下步骤a至步骤d：
步骤a，获取预先设置的第一感应电流和第二感应电流，以基于第一感应电流和第二感应电流控制云台驱动电机旋转。其中，第一感应电流也即动态正交坐标系d轴的感应电流Id，第二感应电流也即动态正交坐标系q轴的感应电流Iq，基于第一感应电流和第二感应电流，可以控制云台驱动电机按照一定频率的速度进行转动。
步骤b，在云台驱动电机旋转过程中，确定云台驱动电机对应的理论机械角度，以及获取云台驱动电机的磁编码器对应的第二实际机械角度。其中，第二实际机械角度也即在函数拟合阶段的实际机械角度。在云台驱动电机旋转过程中，对云台驱动电机的理论电角度转化为理论机械角度，示例性的，利用MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）采集理论电角度数据α，并根据电角度数据α计算理论机械角度β，假设云台驱动电机的极对数为m，则计算公式如下所示：β=α*m。
在一种实施方式中，第二实际机械角度φ由MCU采集磁编码器数据直接得到。
步骤c，将理论机械角度与第二实际机械角度之间的差值，作为相对干扰数据。其中，相对干扰数据也即在函数拟合阶段，磁铁对磁编码器的初始干扰数据。在一种实施方式中，相对干扰数据等于理论机械角度减去第二实际机械角度。
步骤d，基于第二实际机械角度与相对干扰数据之间的映射关系，拟合预设的初始干扰函数的函数系数值，得到目标干扰函数；其中，初始干扰函数采用三次多项式。可选的，可以利用最小二乘法拟合初始干扰函数的函数系数值。在实际应用中，通过第二实际机械角度与相对干扰函数之间的波形数据显示，确定第二实际机械角度与相对干扰函数之间的映射关系大致为三次多项式形式，因此初始干扰函数表示如下：
Figure P_220823174137301_301349001
，其中，x为第二实际机械角度，y为初始干扰数据，a、b、c为初始干扰函数的系数。根据最小二乘法，得到：
Figure P_220823174137318_318443001
，
Figure P_220823174137349_349717002
，
Figure P_220823174137365_365375003
。
因此，函数系数值的矩阵表达为：
Figure P_220823174137396_396610001
，从而利用最小二乘法拟合，基于多组第二实际机械角度和初始干扰数据，拟合初始干扰函数的系数，即可得到目标干扰函数。
针对后续应用阶段，本发明实施例提供了一种获取云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度的实施方式，可以采集云台驱动电机的磁编码器，在当前时刻输出的角度数据，并基于角度数据计算磁编码器对应的实际电角度，并将实际电角度转换为第一实际机械角度。其中，计算实际电角度的计算公式和将电角度转换为机械角度的转换公式可参见前述函数拟合阶段，本发明实施例对此不在进行赘述。在确定第一实际机械角度后，将该第二实际机械角度代入至目标干扰函数，即可得到该第二实际机械角度对应的初始干扰数据
Figure P_220823174137412_412260001
。
另外，在实际应用中无人机设置有云台陀螺仪、机体陀螺仪和加速度计，还设置有云台微控制单元和机体微控制单元，在此基础上，针对后续应用阶段，本发明实施例还提供了一种获取云台驱动电机的磁编码器对应的编码误差值的实施方式，参见如下（1）至（3）：
（1）获取云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据，以及获取机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据。在一种实施方式中，无人机的云台和机体上均设置有陀螺仪，可以通过云台MCU同时采集云台陀螺仪输出的云台角速度数据和加速度计输出的云台加速度，还可以利用机体MCU同时采集机体陀螺仪输出的机体角速度数据和加速度计输出的机体加速度。
（2）基于云台角速度数据和云台加速度数据确定云台姿态角，以及基于机体角速度数据和机体加速度数据确定机体姿态角。目前，对于六轴数据，相关技术提出了两种计算姿态角的方式，一种是通过对角速度积分得到姿态角，但是在积分过程中角速度的误差将被不断放大，从而影响姿态角的准确性；另一种是通过对加速度进行正交分解得到姿态角，但是由于加速度计较为敏感，因此云台驱动电机旋转过程中产生的振动会给加速度计输出的加速度数据带来高频噪声。
基于此，本发明实施例提出通过融合加速度数据和角速度数据，得到准确度较高的云台姿态角和机体姿态角，可选的，可以通过加速度数据补偿角速度数据。为便于理解，本发明实施例提供了一种通过加速度数据补偿角速度数据的实施方式，具体的：
设有大地坐标下的实际重力加速度g，通过姿态矩阵（也可称之为坐标转换矩阵）的逆将实际重力加速度g从地理坐标系 R 转换至机体坐标系 b，得到其在机体坐标系b下的理论重力加速度向量
Figure P_220823174137443_443477001
，转换关系如下所示：
Figure P_220823174137459_459103001
。
其中，
Figure P_220823174137490_490366001
为从地理坐标系 R 转换至机体坐标系 b的转换矩阵，
Figure P_220823174137521_521611002
、
Figure P_220823174137537_537227003
、
Figure P_220823174137552_552860004
、
Figure P_220823174137584_584112005
为描述刚体姿态的四元数。在实际应用中，将重力加速度向量变换至机体坐标系b后，恰好是矩阵的最后一列，因此得到了由描述刚体姿态的四元数推导出的理论重力加速度向量
Figure P_220823174137599_599718006
。
另外，还需要定义理论重力加速度向量
Figure P_220823174137630_630983001
的误差补偿，理论重力加速度向量
Figure P_220823174137646_646604002
和实际重力加速度向量g均是向量，反应向量间夹角关系的运算有两种：内积（点乘）和外积（叉乘），考虑到向量外积模的大小与向量夹角呈正相关，故通过计算外积来得到向量方向差值θ：
Figure P_220823174137677_677844001
。
由于在进行叉乘运算前，应先将理论重力加速度向量
Figure P_220823174137693_693485001
和实际重力加速度向量g做单位化处理，因此上式可简化为：
Figure P_220823174137710_710052001
。
考虑到实际情况中理论重力加速度向量
Figure P_220823174137741_741803001
和实际重力加速度向量g之间偏差角不会超过45°，而当θ在±45°内时，sinθ与θ的值非常接近，因此上式可进一步简化为：
Figure P_220823174137757_757449001
。从而根据向量叉积得到误差
Figure P_220823174137788_788684002
，本发明实施例还提供了一种计算误差补偿量
Figure P_220823174137804_804342003
的实施方式，具体可以按照下述公式计算误差补偿量
Figure P_220823174137835_835626004
：
Figure P_220823174137851_851202001
。其中，
Figure P_220823174137882_882453002
为比例系数，
Figure P_220823174137898_898058003
为积分系数。
Figure P_220823174137933_933217004
可以表示对传感器的信任程度，
Figure P_220823174137948_948849005
越大，越信任加速度计的测量值，反之
Figure P_220823174137964_964466006
越小，越信任陀螺仪的数据。
Figure P_220823174137995_995716007
用于消除角速度测量值中的有偏噪声，故对于经过零偏矫正的角速度测量值，一般选取很小的
Figure P_220823174138011_011349008
。在实际应用中，利用上述公式计算得到误差补偿量，可以根据误差补偿量分别对云台角速度数据和机体角速度数据进行补偿。
进一步的，可以利用补偿后的角速度数据更新四元数：
Figure P_220823174138042_042598001
，其中，
Figure P_220823174138073_073839002
、
Figure P_220823174138089_089469003
、
Figure P_220823174138124_124629004
、
Figure P_220823174138140_140252005
为更新后的四元数，
Figure P_220823174138155_155891006
、
Figure P_220823174138187_187148007
、
Figure P_220823174138202_202764008
为补偿后的角速度数据。
在一种实施方式中，可以利用上述更新后的四元数计算云台姿态角和机体姿态角，基于四元数计算姿态角
Figure P_220823174138234_234017001
的公式如下所示：
Figure P_220823174138249_249628001
。
（3）根据云台姿态角和机体姿态角，确定云台驱动电机的磁编码器对应的编码误差值。在一种实施方式中，可以按照如下公式计算编码误差值：
Figure P_220823174138280_280884001
；其中，
Figure P_220823174138314_314043002
为编码误差值，
Figure P_220823174138330_330199003
为云台姿态角，
Figure P_220823174138361_361446004
为机体姿态角。
在前述实施例的基础上，可以得出系统的状态方程和观测方程，其中，状态方程如下所示：
Figure P_220823174138377_377082001
，其中，
Figure P_220823174138408_408324002
为目标干扰数据，
Figure P_220823174138439_439568003
为初始干扰数据，
Figure P_220823174138455_455208004
为预设状态转移矩阵，
Figure P_220823174138470_470834005
为输入转换状态矩阵，
Figure P_220823174138503_503025006
为常数，通常设置为0。观测方程如下所示：
Figure P_220823174138519_519163001
，其中，
Figure P_220823174138550_550413002
为当前编码器误差，
Figure P_220823174138566_566051003
为测量矩阵，
Figure P_220823174138581_581671004
为测量噪声。在此基础上，本发明实施例还提供了一种根据编码误差值和初始干扰数据确定目标干扰数据的实施方式，参见如下步骤1至步骤2：
步骤1，获取磁编码器对应的目标修正矩阵，具体的，可以参见如下步骤1.1至步骤1.2：
步骤1.1，根据磁编码器对应的前一先验误差和预设状态转移矩阵，确定当前先验误差。在一种实施方式中，可以按照如下公式确定当前先验误差：
Figure P_220823174138612_612926001
，其中，
Figure P_220823174138628_628554002
为当前先验误差，
Figure P_220823174138659_659828003
为更新后的前一先验误差或根据认为经验设置的先验误差，
Figure P_220823174138675_675433004
为常量，可以设置为0。
步骤1.2，根据当前先验误差、磁编码器对应的测量矩阵和测量噪声，确定磁编码器对应的目标修正矩阵。在一种实施方式中，可以按照如下公式确定目标修正矩阵：
Figure P_220823174138707_707612001
，其中，
Figure P_220823174138723_723753002
为目标修正矩阵。
步骤2，根据编码器误差和目标修正矩阵，对初始干扰数据进行更新得到目标干扰数据。在一种实施方式中，可以按照以下公式确定目标干扰数据：
Figure P_220823174138755_755009001
其中，
Figure P_220823174138770_770626001
为目标干扰数据、
Figure P_220823174138801_801878002
为初始干扰数据、
Figure P_220823174138817_817518003
为目标修正矩阵、
Figure P_220823174138848_848761004
为当前编码器误差、
Figure P_220823174138895_895637005
为磁编码器对应的测量矩阵。
可选的，还可以基于目标修正矩阵，按照以下公式对当前先验误差进行更新，得到更新后的当前先验误差，从而利用更新后的当前先验误差计算下一时刻的目标修正矩阵，其中，计算公式如下所示：
Figure P_220823174138946_946394001
；
其中，
Figure P_220823174138962_962023001
为更新后的当前先验误差，
Figure P_220823174138993_993289002
为单位矩阵，
Figure P_220823174139024_024526003
为目标修正矩阵，
Figure P_220823174139055_055781004
为磁编码器对应的测量矩阵，
Figure P_220823174139087_087044005
为当前先验误差。
对于前述步骤S108，本发明实施例还提供了一种基于目标干扰数据对第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度的实施方式，可以将第一实际机械角度与目标干扰数据之间的差值，作为补偿后的第一实际机械角度，也即，将第一实际机械角度与目标干扰数据做差即可得到校正补偿后的第一实际机械角度。
为便于对前述实施例提供的无人机中磁编码器的补偿方法进行理解，本发明实施例还提供了一种无人机中磁编码器的补偿方法的应用示例，参见图2所示的另一种无人机中磁编码器的补偿方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S202至步骤S218：
步骤S202，按照预先设置的第一感应电流和第二感应电流控制云台驱动电机旋转，并将云台驱动电机转动过程中的理论电角度转换为机械角度。
步骤S204，通过MUC采集磁编码器输出的第二实际机械角度。
步骤S206，将第二实际机械角度与理论机械角度做差，得到磁铁对磁编码器的相对干扰数据。
步骤S208，将相对干扰数据与第二实际机械角度进行实时最小二乘法拟合，得到第二实际机械角度与相对干扰数据的目标干扰函数。其中，目标干扰函数为三次多项式形式。
步骤S210，采集第一实际机械角度，并将第一实际机械角度带入至目标干扰函数中得到初始干扰数据。
步骤S212，获取云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据，以及获取机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据，并对云台角速度数据和云台加速度数据进行融合得到云台姿态角，以及机体角速度数据和机体加速度数据进行融合得到机体姿态角。
步骤S214，对比云台姿态角和机体姿态角，得到磁编码器的编码误差值。
步骤S216，对编码误差值和初始干扰数据进行卡尔曼滤波，得到目标干扰数据。
步骤S218，将第一实际机械角度与目标干扰数据做差，得到补偿后的第一实际机械角度。
综上所述，本发明实施例提供的无人机中磁编码器的补偿方法，首先通过最小二乘法拟合，得到在任一机械角度下的初始干扰数据，再通过机体姿态角和云台姿态数据进一步对初始干扰数据进行补偿得到目标干扰数据，利用目标干扰数据校正补偿第一实际机械角度，从而实现针对云台驱动电机的高精度控制。
对于前述实施例提供的无人机中磁编码器的补偿方法，本发明实施例提供了一种无人机中磁编码器的补偿装置，无人机设置有云台驱动电机，参见图3所示的一种无人机中磁编码器的补偿装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：
获取模块302，用于获取云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值；
初始干扰数据确定模块304，用于通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据；
目标干扰数据确定模块306，用于根据编码误差值和初始干扰数据确定目标干扰数据；
补偿模块308，用于基于目标干扰数据对第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。
本发明实施例提供的无人机中磁编码器的补偿装置，利用目标干扰函数确定第一实际机械角度对应的初始干扰数据，再利用磁编码器的编码误差值更新初始干扰值得到目标干扰数据，从而可以利用目标干扰数据较好地对第一实际机械角度进行补偿，本发明实施例通过将无人机快拆上部组件和快拆下部组件中的磁体对磁编码器输出的第一实际机械角度的影响进行角度补偿，可以显著提升对云台驱动电机的控制精度，从而可以使无人机中的云台更加平稳。
在一种实施方式中，上述装置还包括函数拟合模块，用于：获取预先设置的第一感应电流和第二感应电流，以基于第一感应电流和第二感应电流控制云台驱动电机旋转；在云台驱动电机旋转过程中，确定云台驱动电机对应的理论机械角度，以及获取云台驱动电机的磁编码器对应的第二实际机械角度；将理论机械角度与第二实际机械角度之间的差值，作为相对干扰数据；基于第二实际机械角度与相对干扰数据之间的映射关系，拟合预设的初始干扰函数的函数系数值，得到目标干扰函数；其中，初始干扰函数采用三次多项式。
在一种实施方式中，无人机设置有云台陀螺仪、机体陀螺仪和加速度计，所述无人机设置有云台微控制单元和机体微控制单元；获取模块302还用于：获取云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据，以及获取机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据；基于云台角速度数据和云台加速度数据确定云台姿态角，以及基于机体角速度数据和机体加速度数据确定机体姿态角；以及，采集云台陀螺仪输出的云台角速度数据、机体陀螺仪输出的机体角速度数据和加速度计输出的加速度数据；基于云台角速度数据和加速度数据确定云台姿态角，以及基于机体角速度数据和加速度数据确定机体姿态角；根据云台姿态角和机体姿态角，确定云台驱动电机的磁编码器对应的编码误差值。
在一种实施方式中，目标干扰数据确定模块306还用于：获取磁编码器对应的目标修正矩阵；根据编码器误差和目标修正矩阵，对初始干扰数据进行更新得到目标干扰数据。
在一种实施方式中，目标干扰数据确定模块306还用于：根据磁编码器对应的前一先验误差和预设状态转移矩阵，确定当前先验误差；根据当前先验误差、磁编码器对应的测量矩阵和测量噪声，确定磁编码器对应的目标修正矩阵。
在一种实施方式中，目标干扰数据确定模块306还用于：基于目标修正矩阵，按照以下公式对当前先验误差进行更新，得到更新后的当前先验误差：
Figure P_220823174139135_135848001
；
其中，
Figure P_220823174139167_167120001
为更新后的当前先验误差，
Figure P_220823174139198_198355002
为单位矩阵，
Figure P_220823174139538_538672003
为目标修正矩阵，
Figure P_220823174139732_732542004
为磁编码器对应的测量矩阵，
Figure P_220823174139810_810670005
为当前先验误差。
在一种实施方式中，目标干扰数据确定模块306还用于：按照以下公式确定目标干扰数据：
Figure P_220823174139990_990344001
其中，
Figure P_220823174140052_052854001
为目标干扰数据、
Figure P_220823174140117_117766002
为初始干扰数据、
Figure P_220823174140227_227691003
为目标修正矩阵、
Figure P_220823174140258_258909004
为当前编码器误差、
Figure P_220823174140325_325807005
为磁编码器对应的测量矩阵。
在一种实施方式中，补偿模块308还用于：将第一实际机械角度与目标干扰数据之间的差值，作为补偿后的第一实际机械角度。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本发明实施例提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法。
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备100包括：处理器40，存储器41，总线42和通信接口43，所述处理器40、通信接口43和存储器41通过总线42连接；处理器40用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口43（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线42可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器41用于存储程序，所述处理器40在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器40中，或者由处理器40实现。
处理器40可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器40中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器40可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器40读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种无人机中磁编码器的补偿方法，其特征在于，所述无人机设置有云台驱动电机，包括：
获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值；其中，所述编码误差值为所述磁编码器的角度误差，所述编码误差值是对比云台姿态角和机体姿态角得到的，所述云台姿态角是对云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据进行融合得到的，所述机体姿态角是对机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据进行融合得到的；
通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定所述第一实际机械角度对应的初始干扰数据；其中，所述初始干扰数据是将所述第一实际机械角度带入至目标干扰函数中得到的，所述目标干扰函数是将相对干扰数据与第二实际机械角度进行实时最小二乘法拟合，所述相对干扰数据是将所述磁编码器输出的第二实际机械角度与理论机械角度做差得到的；
根据所述编码误差值和所述初始干扰数据确定目标干扰数据；
基于所述目标干扰数据对所述第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取预先设置的第一感应电流和第二感应电流，以基于所述第一感应电流和所述第二感应电流控制所述云台驱动电机旋转；
在所述云台驱动电机旋转过程中，确定所述云台驱动电机对应的理论机械角度，以及获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第二实际机械角度；
将所述理论机械角度与所述第二实际机械角度之间的差值，作为相对干扰数据；
基于所述第二实际机械角度与所述相对干扰数据之间的映射关系，拟合预设的初始干扰函数的函数系数值，得到目标干扰函数；其中，所述初始干扰函数采用三次多项式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机设置有云台微控制单元和机体微控制单元，所述获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值的步骤，包括：
采集所述云台驱动电机的磁编码器，在当前时刻输出的角度数据；
基于所述角度数据计算所述磁编码器对应的实际电角度，并将所述实际电角度转换为第一实际机械角度；
以及，获取云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据，以及获取机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据；
基于所述云台角速度数据和所述云台加速度数据确定云台姿态角，以及基于所述机体角速度数据和所述机体加速度数据确定机体姿态角；
根据所述云台姿态角和所述机体姿态角，确定所述云台驱动电机的磁编码器对应的编码误差值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述编码误差值和所述初始干扰数据确定目标干扰数据的步骤，包括：
获取所述磁编码器对应的目标修正矩阵；
根据所述编码器误差和所述目标修正矩阵，对所述初始干扰数据进行更新得到目标干扰数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述磁编码器对应的目标修正矩阵的步骤，包括：
根据所述磁编码器对应的前一先验误差和预设状态转移矩阵，确定当前先验误差；
根据所述当前先验误差、所述磁编码器对应的测量矩阵和测量噪声，确定所述磁编码器对应的目标修正矩阵。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述目标修正矩阵，按照以下公式对所述当前先验误差进行更新，得到更新后的当前先验误差：
Figure P_221021113414251_251821001
；
其中，
Figure P_221021113414301_301619001
为所述更新后的当前先验误差，
Figure P_221021113414317_317240002
为单位矩阵，
Figure P_221021113414348_348496003
为目标修正矩阵，
Figure P_221021113414364_364118004
为所述磁编码器对应的测量矩阵，
Figure P_221021113414395_395399005
为所述当前先验误差。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述编码器误差和所述目标修正矩阵，对所述初始干扰数据进行更新得到目标干扰数据的步骤，包括：
按照以下公式确定目标干扰数据：
Figure P_221021113414426_426661001
其中，
Figure P_221021113414442_442237001
为目标干扰数据、
Figure P_221021113414473_473499002
为初始干扰数据、
Figure P_221021113414490_490578003
为目标修正矩阵、
Figure P_221021113414522_522326004
为当前编码器误差、
Figure P_221021113414569_569203005
为所述磁编码器对应的测量矩阵。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标干扰数据对所述第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度的步骤，包括：
将所述第一实际机械角度与所述目标干扰数据之间的差值，作为补偿后的第一实际机械角度。
9.一种无人机中磁编码器的补偿装置，其特征在于，所述无人机设置有云台驱动电机，包括：
获取模块，用于获取所述云台驱动电机的磁编码器对应的第一实际机械角度和编码误差值；其中，所述编码误差值为所述磁编码器的角度误差，所述编码误差值是对比云台姿态角和机体姿态角得到的，所述云台姿态角是对云台微控制单元采集的云台角速度数据和云台加速度数据进行融合得到的，所述机体姿态角是对机体微控制单元采集的机体角速度数据和机体加速度数据进行融合得到的；
初始干扰数据确定模块，用于通过预先拟合得到的目标干扰函数，确定所述第一实际机械角度对应的初始干扰数据；其中，所述初始干扰数据是将所述第一实际机械角度带入至目标干扰函数中得到的，所述目标干扰函数是将相对干扰数据与第二实际机械角度进行实时最小二乘法拟合，所述相对干扰数据是将所述磁编码器输出的第二实际机械角度与理论机械角度做差得到的；
目标干扰数据确定模块，用于根据所述编码误差值和所述初始干扰数据确定目标干扰数据；
补偿模块，用于基于所述目标干扰数据对所述第一实际机械角度进行补偿，得到补偿后的第一实际机械角度。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至8任一项所述的方法。
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述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在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至8任一项所述的方法。
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