云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，包括：获取云台的当前关节角速度；通过云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，闭环控制器是基于目标旋转轴的运动模型建立得到的；通过目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；基于初始扭矩指令和当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于当前目标扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，以使云台达到第一期待关节角速度。本发明专利技术可以显著提高云台控制效果。明可以显著提高云台控制效果。明可以显著提高云台控制效果。

【技术实现步骤摘要】
云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及云台
，尤其是涉及一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]现有的三轴机载云台机械结构多采用正交结构，即三个旋转轴在初始状态下是两两相互垂直的，其控制算法多采用串级PID控制算法，具体的，通过串级PID控制算法生成用于控制电机旋转的扭矩指令，从而通过改变电机的转矩实现对关节角速度的控制，但是该控制算法具有一定的盲目性、滞后性和不准确性，导致云台控制效果较差。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以显著提高云台控制效果。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种云台控制方法，包括：获取所述云台的当前关节角速度；通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，所述闭环控制器是基于所述目标旋转轴的运动模型建立得到的；通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于所述当前目标扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，以使所述云台达到所述第一期待关节角速度。
[0005]在一种实施方式中，所述云台包括云台基座、云台外框、云台中框和云台内框，所述云台设置有偏航旋转轴、俯仰旋转轴、滚转旋转轴、基座惯性测量结构和内框惯性测量结构；所述获取所述云台的当前关节角速度的步骤，包括：获取所述基座惯性测量结构采集的基座旋转角速度、所述内框惯性测量结构采集的内框实际旋转角速度，以及获取所述偏航旋转轴的偏航旋转角速度、所述俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度和所述滚转旋转轴的滚转旋转角速度；基于所述基座旋转角速度、所述偏航旋转角速度、所述俯仰旋转角速度和所述滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度；根据所述内框预估旋转角速度和所述内框实际旋转角速度，确定所述云台的当前关节角速度。
[0006]在一种实施方式中，所述基于所述基座旋转角速度、所述偏航旋转角速度、所述俯仰旋转角速度和所述滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度的步骤，包括：根据所述基座到所述外框的第一方向余弦矩阵，对所述基座旋转角速度进行坐标转换，得到外框坐标系下的基座旋转角速度，并计算所述外框坐标系下的基座旋转角速度与所述偏航旋转角速度的和值，得到外框旋转角速度；根据所述外框到所述中框的第二方向余弦矩阵，对所述外框旋转角速度进行坐标转换，得到中框坐标系下的外框旋转角速度，并计算所述中框坐标系下的外框旋转角速度与所述俯仰旋转角速度的和值，得到中框旋转角速度；根据所述中框到所述内框的第三方向余弦矩阵，对所述中框旋转角速度进行坐标转换，得到内框坐标
系下的中框旋转角速度，并计算所述内框坐标系下的中框旋转角速度与所述滚转旋转角速度的和值，得到内框预估旋转角速度。
[0007]在一种实施方式中，在所述通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令的步骤之前，所述方法还包括：对于所述云台中目标旋转轴，基于多个不同频率的第一扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，得到所述第一扭矩指令对应的第一实际关节角速度；基于所述第一扭矩指令和所述第一实际关节角速度构建所述目标旋转轴对应的运动模型；根据所述目标旋转轴对应的所述运动模型和预设控制参数，构建所述目标旋转轴对应的闭环控制器。
[0008]在一种实施方式中，在所述根据所述目标旋转轴对应的所述运动模型和预设控制参数，构建所述目标旋转轴对应的闭环控制器的步骤之后，所述方法还包括：通过所述闭环控制器，根据预设的第二期待关节角速度确定第二扭矩指令，并基于所述第二扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，得到所述第二扭矩指令对应的第二实际关节角速度；如果所述第二实际关节角速度与所述第二期待关节角速度之间的差值大于预设阈值，调整所述预设控制参数，并根据所述运动模型和调整后的预设控制参数，再次构建所述目标旋转轴对应的闭环控制器，直至所述第二实际关节角速度与所述第二期待关节角速度之间的差值小于所述预设阈值。
[0009]在一种实施方式中，所述通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值的步骤，还包括：将前一目标扭矩指令和所述当前关节角速度输入至所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，得到所述扩张状态观测器的输出关节角速度；基于所述输出关节角速度与所述当前关节角速度的差值确定扰动系数；其中，所述扰动系数与所述差值呈正相关；根据前一扭矩扰动值和所述扰动系数确定当前扭矩扰动值。
[0010]在一种实施方式中，所述基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令的步骤，包括：将所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值的和值，确定为当前目标扭矩指令。
[0011]第二方面，本专利技术实施例还提供一种云台控制装置，包括：角速度获取模块，用于获取所述云台的当前关节角速度；初始指令确定模块，用于通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，所述闭环控制器是基于所述目标旋转轴的运动模型建立得到的；扰动确定模块，用于通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；目标指令确定模块，用于基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于所述当前目标扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，以使所述云台达到所述第一期待关节角速度。
[0012]第三方面，本专利技术实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项所述的方法。
[0013]第四方面，本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项所述的方法。
Unit，惯性测量单元），假定基座是静止不动的，通过负载端IMU测得角速度，通过磁编码器或线性霍尔等传感器测得关节角度，结合矩阵换算出关节角速度。现有技术中通过相机角速度和关节角度换算关节角速度的方式，需要使基座保持不变，如果基座也处于旋转状态，将会导致换算得到的关节角速度不准确，必然会导致最终姿态控制不准确。另外，现有技术采用PID的控制方式需要不停地试凑参数，具有一定的盲目性。同样在抵消扰动上，PID的思路是通过误差来消除误差，通过误差估计出扰动，因此天然具有滞后性、不准确性。
[0021]基于此，本专利技术实施提供了一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以显著提高云台控制效果。
[0022]为便于对本实施例进行理解，首先对本专利技术实施例所公开的一种云台控制方法进行详细介绍，参见图1所示的一种云台控制方法的流程示意图，该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种云台控制方法，其特征在于，包括：获取所述云台的当前关节角速度；通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，所述闭环控制器是基于所述目标旋转轴的运动模型建立得到的；通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于所述当前目标扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，以使所述云台达到所述第一期待关节角速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述云台包括云台基座、云台外框、云台中框和云台内框，所述云台设置有偏航旋转轴、俯仰旋转轴、滚转旋转轴、基座惯性测量结构和内框惯性测量结构；所述获取所述云台的当前关节角速度的步骤，包括：获取所述基座惯性测量结构采集的基座旋转角速度、所述内框惯性测量结构采集的内框实际旋转角速度，以及获取所述偏航旋转轴的偏航旋转角速度、所述俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度和所述滚转旋转轴的滚转旋转角速度；基于所述基座旋转角速度、所述偏航旋转角速度、所述俯仰旋转角速度和所述滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度；根据所述内框预估旋转角速度和所述内框实际旋转角速度，确定所述云台的当前关节角速度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述基座旋转角速度、所述偏航旋转角速度、所述俯仰旋转角速度和所述滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度的步骤，包括：根据所述基座到所述外框的第一方向余弦矩阵，对所述基座旋转角速度进行坐标转换，得到外框坐标系下的基座旋转角速度，并计算所述外框坐标系下的基座旋转角速度与所述偏航旋转角速度的和值，得到外框旋转角速度；根据所述外框到所述中框的第二方向余弦矩阵，对所述外框旋转角速度进行坐标转换，得到中框坐标系下的外框旋转角速度，并计算所述中框坐标系下的外框旋转角速度与所述俯仰旋转角速度的和值，得到中框旋转角速度；根据所述中框到所述内框的第三方向余弦矩阵，对所述中框旋转角速度进行坐标转换，得到内框坐标系下的中框旋转角速度，并计算所述内框坐标系下的中框旋转角速度与所述滚转旋转角速度的和值，得到内框预估旋转角速度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令的步骤之前，所述方法还包括：对于所述云台中目标旋转轴，基于多个不同频率的第一扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，得到所述第一扭矩指令对应的第一实际关节角速度；基于所述第一扭矩指令和所述第一实际关节角速度构建所述目标旋转轴对应的运动

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方平，倪学斌，耿枝涛，张小杰，
申请(专利权)人：天津云圣智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：