CN204101987U - 一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，它包括水平方向控制电机，水平方向控制电机控制二自由度云台的水平运动，在水平方向控制电机的机械水平转动轴上安装一编码器；俯仰方向控制电机控制二自由度云台的俯仰运动，在俯仰方向控制电机的垂直转动轴上安装另一编码器；两个编码器将采集到的水平绝对角度值和俯仰绝对角度值传输至微处理器后得到电机PWM控制信号；微处理器将电机PWM控制信号分别经一个电机驱动器传输至水平方向控制电机和俯仰方向控制电机；每个电机驱动器都将采集到的电流信号转化为电压信号，并将电压信号传输至一个电压比较器，经电压比较器反馈回电机驱动器内。本实用新型可以广泛在电力视频监控领域中应用。

Description

一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种云台控制系统，特别是关于一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统。

背景技术

作为工业视频监控领域的电力视频监控,在电力行业已经被广泛采用；特别是在大量的无人值班变电站，利用摄像机对众多的变电设备进行远程监视以及安防监控已经成为电力部门必不可少的运行管理手段；但是目前电力视频监控存在以下问题：

1、由于变电设备架构较高，装有球形云台的摄像机(简称“球机”)只能水平向下观看，而架构上面都是带电设备，球机不可能安装太高，因此必须采用具有大幅度仰角的云台。

2、目前市场上的普通云台(简称“枪机”)普遍存在重复精度差，即使所谓的“高精密云台”在运行一段时间后角度也会产生偏差，致使监控目标局部或全部消失，特别是对于重点观测目标或有测量功能要求的环境(如红外测温)影响更大。

为了解决这些问题，提高云台的重复精度至关重要。传统云台多采用单片机作为控制器，基本上匀速运动。速度一般在水平方向3°～10°/s，垂直方向为4°/s。传统云台在市场导向和成本利润的影响和趋势下，多采用开环控制方式。在位置控制和定位方面，通过控制线的五个输入端以预置点定位的方式实现指定位置控制，这种开环云台仅由限位开关来实现云台在有效范围内的安全运转，但缺乏对云台在运转中的位置角度和突发故障的处理能力。如断电后再次开机时，由于无法识别角度位置，可能会出现运动紊乱和系统错误等问题，甚至会出现误操作损坏。无法满足高稳定性和安全性要求。同时，由于控制的开环模式，决定了其定位精度较差，预制位的重复一致性更差。对于要求定位精度较高的应用无法满足。而国外进口高精度云台价格很高，成本工程上难以承受，因此设计性价比高的精密云台十分有意义。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，该控制系统具有较高的控制精度，抗干扰及可靠性较强，能使云台运行更加精密平稳。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，其特征在于：它包括一个水平方向控制电机、两个编码器、一个俯仰方向控制电机、一个微处理器、两个电机驱动器和两个电压比较器；所述水平方向控制电机控制二自由度云台的水平运动，在所述水平方向控制电机的机械水平转动轴上安装一个所述编码器；所述俯仰方向控制电机控制二自由度云台的俯仰运动，在所述俯仰方向控制电机的垂直转动轴上安装另一个所述编码器；两个所述编码器分别将采集到的二自由度云台水平绝对角度值和俯仰绝对角度值传输至所述微处理器，经所述微处理器处理后得到电机PWM控制信号；所述微处理器将电机PWM控制信号分别经一个所述电机驱动器传输至所述水平方向控制电机和俯仰方向控制电机；每个所述电机驱动器都将采集到的电流信号转化为电压信号，并将电压信号传输至一个所述电压比较器，经所述电压比较器反馈回所述电机驱动器内。

所述微处理器采用32位ARM Cortex-M3处理器LM3S9B92。

每个所述编码器都采用非接触性磁角度编码器。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于采用由水平方向控制电机、编码器、俯仰方向控制电机、微处理器、电机驱动器和电压比较器构成的控制系统，实现对二自由度云台的水平方向和俯仰方向运动的控制与驱动一体化，有效提高对电机的控制精度。2、本实用新型采用了非接触性磁角度编码器，该编码器角度分辨率达到了0.02度，微处理器与该角度编码器接口，实时采集云台水平、垂直二自由度转动姿态，作为电机PID控制输入，实现电机伺服控制，综合控制精度可以达到0.02度。3、本实用新型由于微处理器采用32位ARM Cortex-M3处理器LM3S9B92，该处理器采用SOC(System On Chip—系统在片)架构，将程序存储器，数据存储器，串行通信设备，网络通信设备，电机控制PWM设备，控制I/O等集成在了一个单芯片中，不仅能提高对电机的控制精度，而且能有效加强整个控制系统的抗干扰性和可靠性。4、本实用新型由于电机驱动器将采集到的电流信号转化为电压信号后，经电压比较器反馈回电机驱动器内实现过流保护，因此，使得本实用新型控制驱动二自由度云台具有开机自检复位和过流保护功能、防止误操作及工作过程中的意外损坏等功能。本实用新型可以广泛在电力视频监控及其他领域中应用。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，其包括一个水平方向控制电机1、两个编码器2、一个俯仰方向控制电机3、一个微处理器4、两个电机驱动器5和两个电压比较器6。

水平方向控制电机1用于控制二自由度云台的水平运动，在水平方向控制电机1的机械水平转动轴上安装一个编码器2，该编码器2用于采集二自由度云台的水平绝对角度值；俯仰方向控制电机3用于控制二自由度云台的俯仰运动，在俯仰方向控制电机3的垂直转动轴上安装另一个编码器2，该编码器2用于采集二自由度云台的俯仰绝对角度值。两个编码器2分别将采集到的二自由度云台水平绝对角度值和俯仰绝对角度值传输至微处理器4，经微处理器4处理后得到电机PWM控制信号。微处理器4将电机PWM控制信号分别经一个电机驱动器5传输至水平方向控制电机1和俯仰方向控制电机3，用于控制水平方向控制电机1和俯仰方向控制电机3在水平和俯仰两个方向高精确地速度控制和定位。其中，每个电机驱动器5都将采集到的电流信号转化为电压信号，并将电压信号传输至一个电压比较器6，经电压比较器6反馈回电机驱动器5内实现过流保护。

上述实施例中，微处理器4采用32位ARM Cortex-M3处理器LM3S9B92。该处理器具有100M处理速度，它采用了系统在片技术(SOC)，将256KB程序Flash存储器，96KB数据SRAM，串行通信设备，网络通信设备，电机控制PWM设备，控制I/O等集成在了一个单芯片中，系统集成度高、可靠性极高。

上述各实施例中，每个编码器2都采用非接触性磁角度编码器，该编码器分辨率较高。由于编码器2的分辨率决定了微处理器4对水平方向控制电机1和俯仰方向控制电机3的定位精度，可达到0.02度的高控制精度。

综上所述，本实用新型在使用时，微处理器4产生PWM控制信号控制电机的转速，改变PWM波的占空比即可实现电机无级调速。微处理器4根据编码器2反馈回的位置与预设期望值相比较，以实现双闭环，从而可以在水平和俯仰两个方向高精确地进行速度控制和定位。并采用电机驱动器和电压比较器实现过流保护，因此，本实用新型控制驱动二自由度云台具有开机自检复位和过流保护功能、防止误操作及工作过程中的意外损坏等功能。控制算法上根据当前位置与目标位置进行智能控制，电机启动阶段调整PWM占空比由小渐大，停止阶段调整PWM占空比由大渐小，做到启停平稳柔和、中途迅速，增加电机寿命。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，其特征在于：它包括一个水平方向控制电机、两个编码器、一个俯仰方向控制电机、一个微处理器、两个电机驱动器和两个电压比较器；

所述水平方向控制电机控制二自由度云台的水平运动，在所述水平方向控制电机的机械水平转动轴上安装一个所述编码器；所述俯仰方向控制电机控制二自由度云台的俯仰运动，在所述俯仰方向控制电机的垂直转动轴上安装另一个所述编码器；两个所述编码器分别将采集到的二自由度云台水平绝对角度值和俯仰绝对角度值传输至所述微处理器，经所述微处理器处理后得到电机PWM控制信号；所述微处理器将电机PWM控制信号分别经一个所述电机驱动器传输至所述水平方向控制电机和俯仰方向控制电机；每个所述电机驱动器都将采集到的电流信号转化为电压信号，并将电压信号传输至一个所述电压比较器，经所述电压比较器反馈回所述电机驱动器内。

2.如权利要求1所述的一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，其特征在于：所述微处理器采用32位ARM Cortex-M3处理器LM3S9B92。

3.如权利要求1或2所述的一种具有磁编码器反馈的精密云台控制系统，其特征在于：每个所述编码器都采用非接触性磁角度编码器。