一种云台姿态控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种云台姿态控制方法及系统，涉及无人机技术领域，该方法包括：电机控制板采集电机的机械角数据，并将所述机械角数据发送给主控板；主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；电机控制板根据所述电流期望进行电流闭环控制，能够通过解耦的方式获得电流期望，实现对云台姿态的电流闭环控制。

【技术实现步骤摘要】
一种云台姿态控制方法及系统本专利申请是基于中国专利申请号为201611093265.6、申请日为2016年12月1日、专利技术名称为“一种云台姿态控制方法及系统”的所提出的分案申请。
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种云台姿态控制方法及系统。
技术介绍
随着控制理论的不断发展，无人飞行器也受到各国研究者的关注，世界上产生了各式各样的飞行器，对于其中机械结构简单、占地体积小旋翼类飞行器尤为引人关注。但大多是对机身的姿态进行控制，来改变螺旋桨升力的方向，从而实现对飞行器空间位置的控制。但这种方法和结构就要求机身姿态的可控制器件比较多，才能完成对系统姿态的调整。这样就使得机体结构和控制算法变得复杂起来。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种云台姿态控制方法及系统，能够通过解耦的方式获得电流期望，实现对云台姿态的电流闭环控制。为实现上述目的，本专利技术提供的一种云台姿态控制方法，包括：电机控制板采集电机的机械角数据，并将所述机械角数据发送给主控板；主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；电机控制板根据所述电流期望进行电流闭环控制。可选地，所述姿态数据包括云台姿态及机体角速度，通过惯性测量单元采集得到所述姿态数据，并通过姿态航向系统对所述姿态数据进行解算得到所述云台姿态及机体角速度。可选地，所述主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望包括：以转子角速度作为姿态角度环的控制量，主控板运行姿态角度环，姿态角度环通过反馈及坐标系转换输出转子角速度期望；根据所述转子角速度期望及所述机体角速度实现转子角速度闭环控制，并输出电流期望。可选地，根据所述云台姿态和所述机械角数据解算出无人机姿态，由无人机姿态量衡量翻滚程度，当所述翻滚程度达到预设的保护阈值时，进入保护模式。可选地，所述电机控制板通过电机角度传感器采集电机的机械角数据，所述电机角度传感器包括磁编码器和线性霍尔传感器。可选地，所述电机包括横滚轴电机、俯仰轴电机和偏航轴电机，所述电机控制板包括横滚轴电机控制板、俯仰轴电机控制板和偏航轴电机控制板。可选地，当所述偏航轴电机的偏航机械角大于45度时，逐步减少所述偏航轴电机的转子角速度期望，当所述偏航机械角到达90度时，所述转子角速度期望为零。可选地，所述主控板和电机控制板通过控制器局域网络CAN进行通信。可选地，所述姿态航向系统包括陀螺仪和加速度计。作为本专利技术的另一个方面，提供的一种云台姿态控制系统，包括：电机控制板和主控板，其中，所述电机控制板，用于采集电机的机械角数据，并将所述机械角数据发送给主控板；所述主控板，用于根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；所述电机控制板，还用于根据所述电流期望进行电流闭环控制。可选地，所述姿态数据包括云台姿态及机体角速度，通过惯性测量单元采集得到所述姿态数据，并通过姿态航向系统对所述姿态数据进行解算得到所述云台姿态及机体角速度。可选地，所述主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望包括：以转子角速度作为姿态角度环的控制量，主控板运行姿态角度环，姿态角度环通过反馈及坐标系转换输出转子角速度期望；根据所述转子角速度期望及所述机体角速度实现转子角速度闭环控制，并输出电流期望。可选地，根据所述云台姿态和所述机械角数据解算出无人机姿态，由无人机姿态量衡量翻滚程度，当所述翻滚程度达到预设的保护阈值时，进入保护模式。可选地，所述电机控制板通过电机角度传感器采集电机的机械角数据，所述电机角度传感器包括磁编码器和线性霍尔传感器。可选地，所述电机包括横滚轴电机、俯仰轴电机和偏航轴电机，所述电机控制板包括横滚轴电机控制板、俯仰轴电机控制板和偏航轴电机控制板。可选地，当所述偏航轴电机的偏航机械角大于45度时，逐步减少所述偏航轴电机的转子角速度期望，当所述偏航机械角到达90度时，所述转子角速度期望为零。本专利技术提出的一种云台姿态控制方法及系统，该方法包括：电机控制板采集电机的机械角数据，并将所述机械角数据发送给主控板；主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；电机控制板根据所述电流期望进行电流闭环控制，能够通过解耦的方式获得电流期望，实现对云台姿态的电流闭环控制。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的一种云台姿态控制方法流程图；图2为本专利技术实施例一提供的另一种云台姿态控制方法流程图；图3为本专利技术实施例二提供的一种云台姿态控制系统示范性结构框图；图4为本专利技术实施例二提供的另一种云台姿态控制系统示范性结构框图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，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。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本专利技术的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。实施例一如图1所示，在本实施例中，一种云台姿态控制方法，包括：S10、电机控制板采集电机的机械角数据，并将所述机械角数据发送给主控板；S20、主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；S30、电机控制板根据所述电流期望进行电流闭环控制。在本实施例中，主要用于无人机云台控制，能够通过解耦的方式获得电流期望，实现对云台姿态的电流闭环控制。在本实施例中，所述姿态数据包括云台姿态及机体角速度，通过惯性测量单元采集得到所述姿态数据，并通过姿态航向系统对所述姿态数据进行解算得到所述云台姿态及机体角速度。在本实施例中，所述姿态航向系统AHRS(AttitudeandHeadingReferenceSystem)包括陀螺仪和加速度计，其与惯性测量单元IMU(InertialMeasurementUnit)的区别在于包含了嵌入式的姿态数据解算单元与航向信息，惯性测量单元IMU仅仅提供传感器数据，并不提供准确可靠的姿态数据，在本实施例中，所述姿态航向系统为云台上的姿态航向系统。在本实施例中，所述主控板和电机控制板通过控制器局域网络CAN(ControllerAreaNetwork)进行通信，电机板通过CAN总线以1000hz通过CAN给主控板发送机械角数据进行解耦控制，主控板通过CAN总线以1000hz的频率向电机板发送期望电流数据，实现整体的解耦与闭环控制。如图2所示，在本实施例中，所述步骤S20包括：S21、以转子角速度作为姿态角度环的控制量，主控板运行姿态角度环，姿态角度环通过反馈及坐标系转换输出转子角速度期望；S22、根据所述转子角速度期望及所述机体角速度实现转子角速度闭环控制，并输出电流期望。在本实施例中，主控板运行姿态角度环得出转子角速度期望，并且根据陀螺仪和机械角数据，主控板解算出转子角速度，然后运行转子角速度环，最后输出给电机电流期望，也即，主控板运行姿态角度环、转子角速度环；电机只运行电流环。在本实施例中，电流期望通过CAN总线把电流期望发送给三个电机板，电机板通过磁场导向控制FOC(field-orientedcontrol)方案实现电流闭环，最后对电机输出空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVectorPulseW本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种云台姿态控制方法，其特征在于，包括：主控板根据机械角数据进行解耦控制获取电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；电机控制板根据所述电流期望进行电流闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种云台姿态控制方法，其特征在于，包括：主控板根据机械角数据进行解耦控制获取电流期望，并将所述电流期望发送至电机控制板；电机控制板根据所述电流期望进行电流闭环控制。2.根据权利要求1所述的云台姿态控制方法，其特征在于，在所述主控板根据机械角数据进行解耦控制获取电流期望之前，所述方法还包括：电机控制板采集电机的机械角数据，并将所述机械角数据发送给主控板。3.根据权利要求1所述的云台姿态控制方法，其特征在于，所述主控板根据机械角数据进行解耦控制获取电流期望，包括：采集姿态数据，所述姿态数据包括云台姿态及机体角速度；主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望。4.根据权利要求3所述的云台姿态控制方法，其特征在于，所述采集姿态数据，包括：通过惯性测量单元采集得到所述姿态数据，并通过姿态航向系统对所述姿态数据进行解算得到所述云台姿态及机体角速度。5.根据权利要求4所述的云台姿态控制方法，其特征在于，所述主控板根据姿态数据及所述机械角数据计算出电流期望，包括：以转子角速度作为姿态角度环的控制量，主控板运行姿态角度环，姿态角度环通过反馈及坐标系转换输出转子角速度期望；根据所述转子角速度期望及所述机体角速度实现转子角速度闭环控制，并输出电流期望。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡华智，
申请(专利权)人：广州亿航智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44