基于陀螺仪PID稳像云台控制系统及方法、载人飞行器技术方案

本发明专利技术属于非电变量的控制或调节系统技术领域，公开了一种基于陀螺仪PID稳像云台控制系统及方法、载人飞行器，中央控制器与三轴陀螺仪、电源、存储器、水平驱动模块、垂直驱动模块连接；水平驱动模块与水平电机连接，垂直驱动模块与垂直电机连接。本发明专利技术结合三轴陀螺仪输出的角度信息，再加上存储器中存储的相对角度信息，实现步进电机驱动，实现云台的图像稳定，总体设计简单，稳定可靠，构成器件少，成本低，体积小，抗干扰能力强，能够满足不同类型的载体要求，通用性较好；不仅能对指定位置或方位的图像采集，而且能自动的调整当前镜头位置实现自动对准方位的功能；能够用于无人控制平台，实现全自动化全天候图像采集，具有良好的应用价值及前景。

【技术实现步骤摘要】
基于陀螺仪PID稳像云台控制系统及方法、载人飞行器
本专利技术属于非电变量的控制或调节系统
，尤其涉及一种基于陀螺仪PID稳像云台控制系统及方法、载人飞行器。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：在监测领域，搭载了云台的承运载体(例如飞行器、汽车、轮船等)在运行过程中，由于承运载体本身存在高频震动和低频抖动,需要配置稳定云台用来搭载摄像机、照相机以实现稳定拍摄。稳定云台大多是通过电子设备检测摄像机或照相机的姿态变化，控制电机反向补偿来实现摄像机或照相机图像的稳定。云台响应时间长，从而使摄像机或照相机很难及时调整角度，导致摄像机或照相机图像质量受到影响。大多云台存在稳定性能不够，承运载体发生位置变化过程中相机抖动较为剧烈，不能消除由于低频晃动或机体倾斜造成的影响，在很多场合中，成像仪安装在如车辆、船只、飞行体上等可移动载体之上，镜头会因载体位置的改变而偏离预定的图像采集位置，而监测人员亦不能实时监测的情况下，对指定位置或方位的图像采集将成为困难。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术中云台存在稳定性能不够，影响拍摄设备的拍摄质量低。解决上述技术问题的难度和意义：解决上述技术问题的难度在于：确定云台稳像系统的的公式，云台稳像系统的的公式将直接决定图像的质量。解决上述技术问题的意义在于：成像仪安装在可移动载体之上，当载体位置发生改变时，图像并不偏离预定的图像采集位置，监测人员从而能实时监测，对指定位置或方位的图像进行采集。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于陀螺仪PID稳像云台控制系统及方法、载人飞行器。本专利技术是这样实现的，一种基于陀螺仪PID稳像云台控制系统，所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统设置有：中央控制器；中央控制器与三轴陀螺仪、电源、存储器、水平驱动模块、垂直驱动模块连接；水平驱动模块与水平电机连接，垂直驱动模块与垂直电机连接。进一步，所述中央控制器分别通过通信接ロ、三轴陀螺仪、水平驱动模块、垂直驱动模块、电源和存储器实时检测和处理。进一步，安装在可移动载体上的云台，云台上安装三轴陀螺仪，云台上装有摄像头。进一步，所述电源同时与水平电机、垂直电机供电连接，水平驱动模块、垂直驱动模块与水平电机、垂直电机、三轴陀螺仪依次连接。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的基于陀螺仪PID稳像云台控制方法，所述基于陀螺仪PID稳像云台控制方法包括以下步骤：步骤一，设置云台存储位置，将云台图像停留在需要的位置，根据三轴陀螺仪采集当前云台静止时的垂直角度，并将此当前位置存储到存储器中，作为目标位置；步骤二，实时对三轴陀螺仪的输出进行采样，采样周期越小，采样值越能反应数据的变化情况，但是太小会增加中央处理器的运算工作量，所以应保证在云台运动过程中，确定一定的采样周期，将采样的数据与目标位置比较，将当前位置与目标位置相减，如果不超过误差值，设备保持不动，如果超过误差值，则进行步骤三；步骤三，当承载云台的承运载体本身存在高频震动和低频抖动时，根据三轴陀螺仪实时采集云台的运行角度，利用PID算法，将云台图像及时纠正到存储器中存储的位置。传统比例(P)算法能够快速的到达目标位置。但由于设备机械框量，运行惯性，数据延时等原因，导致到达目标位置时设备存在超调现象，直观表现为视频图像在目标位置来回抖动；影响观看效果。添加微分(D)算法后,设备在去目标位置过程中添加了提前量，采用逐步接近目标位置的方式，能够解决由于机械框量，运行惯性，数据延时等原因导致的超调问题，图像能够平滑接近目标位置。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的载人飞行器。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的汽车。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的机器人。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的电影拍摄系统。本专利技术的另一目的在于提供一种安装有所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的手持设备。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术结合三轴陀螺仪输出的角度信息，再加上存储器中存储的相对角度信息，实现步进电机驱动，实现云台的图像稳定，总体设计简单，稳定可靠，构成器件少，成本低，体积小，抗干扰能力强，能够满足不同类型的载体要求，通用性较好；不仅能对指定位置或方位的图像采集，而且能自动的调整当前镜头位置实现自动对准方位的功能；能够用于无人控制平台，实现全自动化全天候图像采集，具有良好的应用价值及前景。本专利技术涉及摄影、照相和/或监测用的辅助装置，尤其涉及ー种陀螺仪的PID算法的动态自平衡两轴云台及陀螺式动态自平衡三轴云台，属于动态成像的
，是ー种在动态条件下能自动控制和增稳的稳定系统。可应用于载人飞行器、运载体、汽车、轮船、机器人、电影拍摄、手持设备等领域。将装有陀螺仪的稳像样机安装在另一个拟浪云台上，利用拟浪云台上下运动来模拟可移动载体遇到的高频震动和低频抖动，测试结果如下：没有安装陀螺仪的机器测试，图像将偏差超过15.75°。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统结构示意图；图中：1、中央控制器；2、三轴陀螺仪；3、电源；4、存储器；5、水平驱动模块；6、垂直驱动模块；7、水平电机；8、垂直电机。图2是本专利技术实施例提供的基于陀螺仪PID稳像云台控制方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术根据三轴陀螺仪采集当前云台静止时的XYZ三轴角度，存储到存储器，当承载云台的承运载体本身存在高频震动和低频抖动时，根据三轴陀螺仪实时采集云台的运行角度，利用PID算法，将云台图像及时纠正到存储器中存储的位置。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统包括：中央控制器1、三轴陀螺仪2、电源3、存储器4、水平驱动模块5、垂直驱动模块6、水平电机7、垂直电机8。中央控制器1与三轴陀螺仪2、电源3、存储器4、水平驱动模块5、垂直驱动模块6连接，水平驱动模块5与水平电机7连接，垂直驱动模块6与垂直电机8连接。本专利技术实施例提供的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统采用中央控制器1分别通信接ロ、三轴陀螺仪2、水平驱动模块5、垂直驱动模块6、电源3和存储器4进行实时检测和处理，能在云台倾斜时通过PID算法，利用水平电机7、垂直电机8对图像进行实时矫正。本专利技术实施例提供的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统包括安装在可移动载体上的云台，云台上安装三轴陀螺仪2，云台上装有摄像头；所述控制系统的结构是，包括中央控制器1分别与PID算法、通信接ロ、三轴陀螺仪2、水平驱动模块5、垂直驱动模块6、电源3和存储器4同时连接，电源3同时与水平电机7、垂直电机8供电连接，水平驱动模块5、垂直驱动模块6与水平电机7、垂直电机8、三轴陀螺仪2依次连接。如图2所示，本专利技术实施例提供的基于陀螺仪PID稳像云台控制方法包括以下步骤：S201：设置云台存储位置，将云台图像停留在需要的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陀螺仪PID稳像云台控制系统，其特征在于，所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统设置有：中央控制器；中央控制器与三轴陀螺仪、电源、存储器、水平驱动模块、垂直驱动模块连接；水平驱动模块与水平电机连接，垂直驱动模块与垂直电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于陀螺仪PID稳像云台控制系统，其特征在于，所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统设置有：中央控制器；中央控制器与三轴陀螺仪、电源、存储器、水平驱动模块、垂直驱动模块连接；水平驱动模块与水平电机连接，垂直驱动模块与垂直电机连接。2.如权利要求1所述的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统，其特征在于，所述中央控制器分别通过通信接ロ、三轴陀螺仪、水平驱动模块、垂直驱动模块、电源和存储器实时检测和处理。3.如权利要求1所述的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统，其特征在于，安装在可移动载体上的云台，云台上安装三轴陀螺仪，云台上装有摄像头。4.如权利要求1所述的基于陀螺仪PID稳像云台控制系统，其特征在于，所述电源同时与水平电机、垂直电机供电连接，水平驱动模块、垂直驱动模块与水平电机、垂直电机、三轴陀螺仪依次连接。5.一种实施权利要求1所述基于陀螺仪PID稳像云台控制系统的基于陀螺仪PID稳像云台控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄山娟，张帅奇，
申请(专利权)人：天津市亚安科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12