基于可扩展光电转台的稳像控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可扩展光电转台的稳像控制方法，提供依次连接的控制器、驱动器、稳像电机及陀螺仪，包括如下步骤：步骤S10、控制器实时采集陀螺仪的陀螺数据，并根据给定值计算出陀螺数据与给定值之间的偏差值，偏差值为控制器的输入量；步骤S20、控制器根据输入量计算得到控制量，并将控制量输出至驱动器；步骤S30、驱动器根据输入的控制量和电流的线性关系得到相对应的电流，通过内部的电流闭环方案实现电流的闭环，驱动器闭环输出的电流直接用于控制稳像电机。与相关技术相比，本发明专利技术提供的基于可扩展光电转台的稳像控制方法，能够在低成本的基础上增强算法的鲁棒性，且稳定性与准确性更高。

【技术实现步骤摘要】
基于可扩展光电转台的稳像控制方法
本专利技术涉及图像控制
，尤其涉及一种基于可扩展光电转台的稳像控制方法。
技术介绍
随着光学监控、跟踪、侦察系统的使用场景和使用要求的不断变大和提高，对光学图像的稳定要求也高了很多，图像不稳定的实质是摄像系统的光轴与目标之间的相互运动引起的，包括平移和角运动，其中相对角运动对图像的影响尤为严重。图像稳定技术包括摄像机、导引头、火控系统的瞄准线的稳定，此类稳像控制技术目前广泛应用于光电领域，从无人机航拍到光电侦察系统均大量应用。现有技术通常采用PID(Proportional-Integral-Derivative)控制方法来保证系统的响应。然而，由于控制系统在运行的工况条件下，存在很多干扰因素直接影响控制系统的性能，即存在很多的干扰源，如信号在传输过程中由控制系统自身引起的电磁干扰、电机本体的齿槽力矩干扰、运行过程中的摩擦力等。同时，现有的PID控制方法对负载扰动的适应控制差，易受到系统参数的变化影响，抗干扰能力弱。具体的，现有的PID控制器主要通过一些智能算法对PID控制器进行参数整定解决伺服系统控制的不确定干扰因素，一般有预测控制算法、模糊控制算法、神经网络控制以及自适应控制算法。其中，预测控制是利用当前周期变量和前一周期变量的偏差值，在预测模型的基础上估计下一周期偏差值，采用滚动优化的方法确定当前最优输入的策略，这样的控制系统在实际应用中，系统的参数对预测控制设计的效果影响很大，从而导致预测控制算法的鲁棒性不强；而由模糊控制和神经网络控制共同组成的模糊神经网络控制，虽然不需要系统对象的数学模型，且能够在基于神经网络的前馈和反馈信号多层网络的基础上通过对系统参数的学习获取控制系统的整定参数，却也存在计算量过大、硬件设计要求高及参数的整定效率较低、参数整定过程时间过长的缺点。因此，有必要提供一种能够在低成本的基础上增强算法的鲁棒性，且稳定性与准确性更高的基于可扩展光电转台的稳像控制方法来解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种能够在低成本的基础上增强算法的鲁棒性，且稳定性与准确性更高的基于可扩展光电转台的稳像控制方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案:一种基于可扩展光电转台的稳像控制方法，提供依次连接的控制器、驱动器、稳像电机及陀螺仪，包括如下步骤：步骤S10、所述控制器实时采集所述陀螺仪的陀螺数据，并根据给定值计算出所述陀螺数据与所述给定值之间的偏差值，所述偏差值为所述控制器的输入量；步骤S20、所述控制器根据所述输入量计算得到控制量，并将所述控制量输出至所述驱动器；步骤S30、所述驱动器根据输入的所述控制量和电流的线性关系得到相对应的电流，通过内部的电流闭环方案实现电流的闭环，所述驱动器闭环输出的电流直接用于控制所述稳像电机。优选的，步骤S20包括如下子步骤：步骤S21、通过扫频得到控制对象的开环频域特性；步骤S22、根据所述开环频域特性得到闭环传递函数；步骤S23、根据所述闭环传递函数设计所述控制器算法；步骤S24、将所述输入量带入所述控制器算法中，计算得到所述控制量，并将所述控制量输出至所述驱动器。优选的，所述陀螺仪与所述控制器之间通过异步差分RS422总线通信连接；其中，波特率为921.6kbps，具有1个起始位，8个数据位，1个偶校验位，1个停止位；数据发送频率为4kHz，第1字节为帧头0x80，第2字节至第4字节为x轴陀螺数据，第5字节至第7字节为y轴陀螺数据，第8个字节为帧校验。优选的，所述陀螺仪的技术指标如下：测量范围：不小于500(°)/s；零偏稳定性：不大于5(°)/h(1σ)；零偏重复性：不大于5(°)/h(1σ)；标度因数：(5000±50)sp/(°)/s；标度因数非线性度：不大于500ppm；阈值/分辨率：不大于4(°)/h；带宽：不小于150Hz(-3dB)；随机游走：不大于0.1(°)/h1/2。通过限定所述陀螺仪的精度，优选的，所述陀螺数据为24位补码二进制格式，D23位为符号位，帧校验字节为6个数据字节的异或。优选的，步骤S10中，所述控制器读取所述陀螺数据之前，利用20HZ的低通滤波器对所述陀螺数据进行滤波处理，将所述陀螺仪中的高频噪声去除。优选的，所述稳像电机采用直驱式直流无刷电机。综上所述，与现有技术相比，本专利技术提供的基于可扩展光电转台的稳像控制方法，通过设置所述控制器采用STM32H7处理器与FPGA处理器结合的双处理器构架，取代现有技术中采用PID控制器参数整定方法，具有很高的集成度，且与控制算法之间具有很强的兼容性，使得产品的可靠性及可维修性得到提升，同时能够降低产品的生产成本；通过在所述控制器读取所述陀螺数据之前，利用20HZ的低通滤波器对陀螺数据进行滤波处理，将陀螺仪中的高频噪声去除，使得所述陀螺数据更加准确平稳，减少控制难度；通过设置所述稳像电机采用直驱式直流无刷电机，使得所述稳像电机既具备交流电机结构简单、运行可靠及维护方便的优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的优点，性能更加稳定。附图说明图1为本专利技术提供的基于可扩展光电转台的稳像控制方法的流程框图；图2为本专利技术提供的基于可扩展光电转台的稳像控制方法的稳像控制流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本方法进行详细描述。下述实验例和实施例用于进一步说明但不限于本专利技术。请结合参阅图1与图2，本专利技术提供了一种基于可扩展光电转台的稳像控制方法，提供依次连接的控制器、驱动器、稳像电机及陀螺仪，具体包括如下步骤：步骤S10、所述控制器实时采集所述陀螺仪的陀螺数据，并根据给定值计算出所述陀螺数据与所述给定值之间的偏差值，所述偏差值为所述控制器的输入量；优选的，在本步骤中，所述控制器读取所述陀螺数据之前，利用20HZ的低通滤波器对所述陀螺数据进行滤波处理，将所述陀螺仪中的高频噪声去除。如此一来，使得所述陀螺数据更加准确平稳，减少控制难度。同时，所述控制器采用STM32H7处理器与FPGA处理器结合的双处理器构架。具体的，在STM32H7处理器中，其内核为32位Cortex-M7内核，内置双精度浮点运算器(FloatingPointUnit，FPU)及L1缓存，最高主频为400MHz；存储最高2MB的FLASH存储空间，最高1MB的SRAM存储空间，其中包括192KB的可信计算平台模块(TrustedCryptographyModule，TCM)；采用双模式QSPI存储接口，使得所述控制器能够运行于133MHz频率之下；提供FMC支持的同时外扩同步动态随机存储器(SynchronousDynamicRandomAccessMemory，SDRAM)，使得所述控制器能够更为安全、轻松的支持ROP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可扩展光电转台的稳像控制方法，提供依次连接的控制器、驱动器、稳像电机及陀螺仪，其特征在于，所述控制器采用STM32H7处理器与FPGA处理器结合的双处理器构架，具体包括如下步骤：/n步骤S10、所述控制器实时采集所述陀螺仪的陀螺数据，并根据给定值计算出所述陀螺数据与所述给定值之间的偏差值，所述偏差值为所述控制器的输入量；/n步骤S20、所述控制器根据所述输入量计算得到控制量，并将所述控制量输出至所述驱动器；/n步骤S30、所述驱动器根据输入的所述控制量和电流的线性关系得到相对应的电流，通过内部的电流闭环方案实现电流的闭环，所述驱动器闭环输出的电流直接用于控制所述稳像电机。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可扩展光电转台的稳像控制方法，提供依次连接的控制器、驱动器、稳像电机及陀螺仪，其特征在于，所述控制器采用STM32H7处理器与FPGA处理器结合的双处理器构架，具体包括如下步骤：
步骤S10、所述控制器实时采集所述陀螺仪的陀螺数据，并根据给定值计算出所述陀螺数据与所述给定值之间的偏差值，所述偏差值为所述控制器的输入量；
步骤S20、所述控制器根据所述输入量计算得到控制量，并将所述控制量输出至所述驱动器；
步骤S30、所述驱动器根据输入的所述控制量和电流的线性关系得到相对应的电流，通过内部的电流闭环方案实现电流的闭环，所述驱动器闭环输出的电流直接用于控制所述稳像电机。


2.根据权利要求1所述的基于可扩展光电转台的稳像控制方法，其特征在于，步骤S20包括如下子步骤：
步骤S21、通过扫频得到控制对象的开环频域特性；
步骤S22、根据所述开环频域特性得到闭环传递函数；
步骤S23、根据所述闭环传递函数设计所述控制器算法；
步骤S24、将所述输入量带入所述控制器算法中，计算得到所述控制量，并将所述控制量输出至所述驱动器。


3.根据权利要求1所述的基于可扩展光电转台的稳像控制方法，其特征在于，所述陀螺仪与所述控制器之间通过异步差分RS422总线通信连接；
其中，波特率为921.6kbps，具有1个起...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳朝庆，吴栋，龚建，龙林，肖申泰，张智永，
申请(专利权)人：湖南宇正智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43