云台控制方法及云台技术

本发明专利技术提供了一种云台控制方法及云台，该云台控制方法可以概括为：获取云台目标姿态以明确运动目标，获取云台当前姿态以了解当前运动状态，判断云台姿态以便于产生不同的参数、实施不同的控制策略，依靠算法、查表、设默认值等方法中的至少一种确定电机依照电机控制过程运行的控制参数，然后根据电机控制参数控制电机运行或停止；本发明专利技术可以使得云台响应速度较高、动态稳定性较好，同时能保证定位精度和负载能力的要求，能用来提升云台的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
云台控制方法及云台
本专利技术涉及云台领域，具体涉及一种云台控制方法及云台。
技术介绍
云台是一种设计灵巧的设备载体，通常用来搭载其他设备，它具有提供负载能力、补偿扰动并稳定设备、增加设备的自由度、扩展和延伸设备工作空间等作用。如今云台应用领域逐步扩大，但是，云台本身的性能一直是亟待突破的瓶颈问题，其中包括但不仅限于响应速度、负载能力、定位精度、动态稳定性。如何在保证云台动态稳定性和负载能力的前提下，提高其控制精度和响应能力，一直是云台应用的制约因素，故而电机的控制就显得格外重要。通常，为了将云台应用在各种不同的场合需根据实际情况搭载不同的设备，而用于控制云台运行软件大都是写在无操作系统情况下的控制方法，这种方法往往只是执行特定功能的代码序列，少数方法能响应中断去应对较为复杂的情形，这些方法能够满足一般云台的应用需求；但仍有一些特殊的应用场合，其控制情形复杂多变，这就对控制云台运行的方法提出了较高的要求：要支持多任务、具有通信交互能力、能及时响应处理任务，也就是说要求云台趋于智能化。
技术实现思路
本专利技术提供一种云台控制方法及云台，解决现有技术中的问题。本专利技术提出的方案如下：一种云台控制方法，获取云台目标姿态以明确运动目标，获取云台当前姿态以了解当前运动状态，判断云台姿态以便于产生不同的参数、实施不同的控制策略，使用包括算法、查表、设默认值方法中的至少一种方法确定电机依照电机控制过程运行的控制参数，然后根据电机控制参数控制电机运行或停止。进一步的，具体包括以下步骤：步骤S101，获取云台目标姿态；步骤S102，获取云台当前姿态的原始数据；步骤S103，云台姿态解算；步骤S104，判断云台当前姿态是否满足：目标姿态-ε≤当前姿态≤目标姿态+ε，目标姿态的ε邻域用于描述目标姿态的误差范围或目标可接受域或目标稳定域；如果此步骤条件满足，则进入步骤S109令电机停止；如果此步骤条件不满足，则进入步骤S105；步骤S105，判断云台当前姿态是否满足：目标姿态-α≤当前姿态≤目标姿态+α，目标姿态的α邻域为目标域，α的取值根据电机控制策略不同而不同；步骤S106～S107，根据步骤S105的条件满足与否获取不同的用于控制电机的参数；步骤S108，根据参数进行电机控制，控制后继续进行步骤S102。进一步的，使用包括算法、查表、设默认值方法中的至少一种方法确定电机依照电机控制过程运行的控制参数，所述算法包括变论域模糊控制算法、模糊控制算法、模糊自适应PID控制算法或PID控制算法。一种云台，包括机械支架和安装在机械支架上的载物装置、姿态传感器、电机、电机驱动器、控制器和存储器；所述的姿态传感器可选光电编码器、点位计或霍尔传感器；所述电机可选步进电机或伺服电机。进一步的，载物装置的外形包括盒体、支架、底座、机械臂、平台、垂直壁或吊顶。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的云台控制方法可以使得云台响应速度较高、动态稳定性较好，同时能保证定位精度和负载能力的要求，能用来提升云台的整体性能；本专利技术的云台支持多任务、具有通信交互能力，为搭载其他设备或传感器提供了必要的软硬件接口，便于拓展应用领域。附图说明图1为本专利技术的一个实施例提供的云台控制方法的流程图。图2为本专利技术一种算法实施例的示意图。图3为本专利技术一种划分姿态域的实施例的示意图。图4为本专利技术三种电机控制曲线的一个实施例的示意图。图5为本专利技术一种云台关键硬件实施例结构图。图6为本专利技术一种嵌入式云台操作系统实施例的示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。本专利技术的技术方案可以应用于各种电动云台，该电动云台可以安置在固定或移动的装置或设备上，在本专利技术的实施例中不做限定。本专利技术实施例中的云台控制方法是一种通用技术，和特定云台无关，因此不考虑机械装置对姿态的限制。如无特别说明，本专利技术实施例中所提及的“云台”或“云台系统”都特指电动云台；本专利技术所用的所有科学
的术语都和本专利技术所属
的技术人员通常理解的含义相同。应该理解，本专利技术的实施例中出现的“或”、“或者”、“/”具有相同的含义；所提及的“或”、“和”、“与”等类似连词连接的内容任意组合，都在本专利技术可能的实施例的考虑范围内。图1展示了本专利技术的一个实施例提供的云台控制方法100的流程图。步骤S101，获取云台目标姿态。本专利技术的实施例中获取云台的目标姿态，通常情况下设置默认值(载物装置处于水平位置)，云台载物装置稳定在某一相对于地面的指定姿态，当搭载云台的装置或设备由于运动等因素而发生姿态改变时，导致云台载物装置相对于地面的姿态发生改变，此时云台电机转动，继续使云台载物装置保持默认设置的相对于地面的指定姿态。可选的，获取所述目标姿态的方式还包括但不局限于：网络通信(有线、无线)、串口通信、USB通信等几种方式；且获取的目标姿态值或默认值不局限于使云台的载物装置处于水平状态。步骤S102，获取云台当前姿态的原始数据。本专利技术的实施例中获取云台当前姿态的原始数据，通常情况下可以使用但不局限于I2C通信、ISP通信的方式，通过控制器将姿态原始采样/测量数据从姿态传感器中读取并保存于控制器的寄存器中或保存于控制器可以访问的内存中。应该理解，使用某些姿态传感器可以直接获取所需要的姿态，为获取该姿态，步骤S101中用于获取目标姿态的方式也在考虑中，此时可以没有步骤S103。可选的，可以将该数据存储在外存/辅存中。可选的，可以获取一组云台静止时的姿态传感器原始数据，取平均值用来校准各个传感器的零点漂移。步骤S103，云台姿态解算。本专利技术的实施例中，把姿态传感器的原始测量数据解算成姿态信息的方法包括但不局限于欧拉角法、方向余弦法、四元数法几种方式；为了取得精确性更好的姿态信息对多种传感器的解算姿态进行数据融合，数据融合的方法包括但不局限于卡尔曼滤波、平滑滤波、互补滤波几种。应该理解，某些传感器例如陀螺仪需要数据的更新。步骤S104，判断云台当前姿态是否满足：目标姿态-ε≤当前姿态≤目标姿态+ε？本专利技术的实施例中，目标姿态的ε邻域用于描述目标姿态的误差范围或目标可接受域或目标稳定域，见图3，处于目标姿态的ε邻域时则可以认为云台已经到达目标姿态。因此，ε值可以用于控制云台的定位精度，同时ε的确定要保证：电机带动云台载物装置低速转动时，所获取的两次目标姿态之间的差值≤ε，否则电机带动云台载物装置经过目标姿态时，控制程序会切换脉冲的方向，出现近目标稳定域震颤现象。如果此步骤条件满足，则令电机停止S109，结束此次电机控制过程；如果不满足，则继续执行云台控制方法100的后续步骤S105～S108。步骤S105，判断云台当前姿态是否满足：目标姿态-α≤当前姿态≤目标姿态+α？本专利技术的实施例中，目标姿态的α邻域可以称为目标域，见图3，其功用根据步骤S108中的对电机具体控制策略不同有所不同，α的取值应根据实际情况决定，通常要求α≥ε>0。步骤S106～S107，获取用于控制电机的参数。在该步骤中所提及的“PID控制器”、“模糊控制器”、“变论域控制器”中的“控制器”与“控制算法”不做区分。本专利技术的实施例中，获取用于控制电机的参数方法可以是变论域模糊自适应PID控制算法，图2是该算法的一种实施例，此算法是在传统P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种云台控制方法，其特征在于，获取云台目标姿态以明确运动目标，获取云台当前姿态以了解当前运动状态，判断云台姿态以便于产生不同的参数、实施不同的控制策略，使用包括算法、查表、设默认值方法中的至少一种方法确定电机依照电机控制过程运行的控制参数，然后根据电机控制参数控制电机运行或停止。

【技术特征摘要】
1.一种云台控制方法，其特征在于，获取云台目标姿态以明确运动目标，获取云台当前姿态以了解当前运动状态，判断云台姿态以便于产生不同的参数、实施不同的控制策略，使用包括算法、查表、设默认值方法中的至少一种方法确定电机依照电机控制过程运行的控制参数，然后根据电机控制参数控制电机运行或停止。2.根据权利要求1所述云台控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S101，获取云台目标姿态；步骤S102，获取云台当前姿态的原始数据；步骤S103，云台姿态解算；步骤S104，判断云台当前姿态是否满足：目标姿态-ε≤当前姿态≤目标姿态+ε，目标姿态的ε邻域用于描述目标姿态的误差范围或目标可接受域或目标稳定域；如果此步骤条件满足，则进入步骤S109令电机停止；如果此步骤条件不满足，则进入步骤S105；步骤S105，判断云台当前姿态是否满足：目标姿态-α≤当前姿态≤目标姿态+...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑萍，陈毅维，苏小会，高广棵，黄梦瑶，董齐宇，王钦钦，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61