一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置制造方法
【專利摘要】一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，它涉及一種機(jī)載三自由度云臺閉環(huán)控制方法，本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有機(jī)載云臺由于姿態(tài)控制偏差無法反饋到微處理器，導(dǎo)致測量控制不精確，無法滿足較高拍攝需求的問題。一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，包括控制單元、傳感系統(tǒng)、執(zhí)行單元和成像設(shè)備，控制單元中的微處理器通過其輸出端口與執(zhí)行單元中的三個電機(jī)連接，傳感系統(tǒng)與成像設(shè)備連接，同時傳感系統(tǒng)與控制單元中的微處理器輸入端口連接。本實(shí)用新型將傳感系統(tǒng)、執(zhí)行單元與成像設(shè)備固連后一起固定在機(jī)載三自由度云臺上，能夠消除由于云臺承載設(shè)備本身傾斜造成的畫面傾斜。本實(shí)用新型適用于飛行器系統(tǒng)，尤其適用于無人機(jī)飛控系統(tǒng)。
【專利說明】一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及云臺【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種機(jī)載三自由度云臺閉環(huán)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]云臺具有穩(wěn)定成像設(shè)備、改善拍攝質(zhì)量功能，可應(yīng)用在監(jiān)測、勘探、搜救、森林防火等領(lǐng)域，尤其適用于飛行器系統(tǒng)，飛行器飛行中，機(jī)體本身會傾斜而且存在震動，造成拍攝視頻圖像模糊，目前，主要的解決辦法是通過飛控系統(tǒng)中的姿態(tài)測量元件對飛行器的姿態(tài)進(jìn)行測量，進(jìn)而計(jì)算出云臺作用在成像設(shè)備上的傾斜角度，并控制云臺的轉(zhuǎn)動部件，使云臺向著飛行器的傾斜角度相反的方向轉(zhuǎn)動相同大小的角度。但由于有關(guān)部件的控制誤差等原因，并不能很好的保證云臺旋轉(zhuǎn)姿態(tài)和飛行中機(jī)體本身旋轉(zhuǎn)姿態(tài)傾斜角度大小一致方向相反，云臺的姿態(tài)控制偏差就無法反饋到微處理器，無法實(shí)現(xiàn)對云臺的閉環(huán)控制，導(dǎo)致測量控制不精確，無法滿足要求較高的拍攝需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有機(jī)載云臺由于姿態(tài)控制偏差無法反饋到微處理器，導(dǎo)致測量控制不精確，無法滿足較高拍攝需求的問題，而提出一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置。
[0004]一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，包括控制單元1、傳感系統(tǒng)2、執(zhí)行單元3和成像設(shè)備4，所述的控制單元I包括微處理器11、微處理器輸入端口 a以及微處理器輸出端口 bl、b2和b3 ;所述的傳感系統(tǒng)2包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀；所述執(zhí)行單元3包括第一電機(jī)31、第二電機(jī)32和第三電機(jī)33,分別用于控制云臺的俯仰角、橫滾角和方位角。
[0005]傳感單元2固定在機(jī)載三自由度云臺上，并與云臺上所搭載的成像設(shè)備4固連，將第一電機(jī)31、第二電機(jī)32和第三電機(jī)33通過云臺的安裝支架依次剛性固連,然后將第一電機(jī)31和成像設(shè)備4固連，將第三電機(jī)33和云臺固定座固連。
[0006]控制單元I中的微處理器11通過其輸出端口 bl與執(zhí)行單元3中的第一電機(jī)31連接，通過其輸出端口 b2與執(zhí)行單元3中的第二電機(jī)32連接，通過其輸出端口 b3與執(zhí)行單元3中的第二電機(jī)33連接，傳感系統(tǒng)2與成像設(shè)備4連接，用于對成像設(shè)備4姿態(tài)變化信息進(jìn)行采集，傳感系統(tǒng)2與控制單元I中的微處理器輸入端口 a連接，用于將采集到的成像設(shè)備4姿態(tài)變化信息傳送給微處理器11。
[0007]本發(fā)明包括以下有益效果:
[0008]1、本發(fā)明將傳感系統(tǒng)、執(zhí)行單元與成像設(shè)備固連后一起固定在機(jī)載三自由度云臺上，能夠消除由于云臺承載設(shè)備本身傾斜造成的畫面傾斜，即使云臺承載設(shè)備本身旋轉(zhuǎn)姿態(tài)并不完全與云臺旋轉(zhuǎn)姿態(tài)一致，但由于云臺執(zhí)行單元及傳感系統(tǒng)安裝在云臺上，相對于外部系統(tǒng)獨(dú)立，云臺傳感系統(tǒng)能夠?qū)崟r精確測出云臺(成像設(shè)備)姿態(tài)并反饋至云臺控制系統(tǒng)，這種閉環(huán)控制裝置的控制精度高，對執(zhí)行單元的要求低。[0009]2、本發(fā)明采用將傳感系統(tǒng)、執(zhí)行單元與成像設(shè)備固連后一起固定在機(jī)載三自由度云臺上，與外部系統(tǒng)獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)，便于元器件更換和軟硬件升級，整個成像系統(tǒng)具有集成化、小型化的特點(diǎn)，尤其適用于無人機(jī)航拍應(yīng)用。
[0010]3、本發(fā)明所述成像系統(tǒng)具有自適應(yīng)性強(qiáng)、安裝簡便、安全性高和對用戶安裝操作的要求低等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，I為控制單兀，其中11為微處理器，a為微處理器輸入端口，bl、b2和b3為微處理器輸出端口，2為傳感系統(tǒng)，3為執(zhí)行單元，其中31為第一電機(jī)，32為第二電機(jī)，33為第三電機(jī)，4為成像設(shè)備；
[0012]圖2為實(shí)驗(yàn)一中關(guān)于測量傾斜角度的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]【具體實(shí)施方式】一:一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，包括控制單兀1、傳感系統(tǒng)2、執(zhí)行單元3和成像設(shè)備4，所述的控制單元I包括微處理器11、微處理器輸入端口a以及微處理器輸出端口 bl、b2和b3 ;所述執(zhí)行單元3包括第一電機(jī)31、第二電機(jī)32和第三電機(jī)33 ；
[0014]傳感單元2固定在機(jī)載三自由度云臺上，并與云臺上所搭載的成像設(shè)備4固連，將第一電機(jī)31、第二電機(jī)32和第三電機(jī)33通過云臺的安裝支架依次剛性固連,然后將第一電機(jī)31和成像設(shè)備4固連，將第三電機(jī)33和云臺固定座固連；
[0015]控制單元I中的微處理器11通過其輸出端口 bl與執(zhí)行單元3中的第一電機(jī)31連接，通過其輸出端口 b2與執(zhí)行單元3中的第二電機(jī)32連接，通過其輸出端口 b3與執(zhí)行單元3中的第二電機(jī)33連接，傳感系統(tǒng)2與成像設(shè)備4連接，傳感系統(tǒng)2與控制單元I中的微處理器輸入端口 a連接。
[0016]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一作進(jìn)一步說明，所述傳感系統(tǒng)2包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀。
[0017]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】二作進(jìn)一步說明，所述三軸加速度計(jì)用于測量成像設(shè)備4在其三個正交的方向上所承受的加速度。
[0018]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】二作進(jìn)一步說明，所述三軸陀螺儀用于測量成像設(shè)備4在其三個正交的方向上所承受的運(yùn)動角速度。
[0019]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一至四之一作進(jìn)一步說明，所述第一電機(jī)31用于控制云臺的俯仰角。
[0020]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一至四之一作進(jìn)一步說明，所述第二電機(jī)32用于控制云臺的橫滾角。
[0021]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一至四之一作進(jìn)一步說明，所述第三電機(jī)33用于控制云臺的方位角。
[0022]為說明本發(fā)明的有益效果，實(shí)驗(yàn)一對本發(fā)明所述的機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置的操作過程做詳細(xì)說明。[0023]一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，包括控制單元1、傳感系統(tǒng)2、執(zhí)行單元3和成像設(shè)備4，所述的控制單元I包括微處理器11、微處理器輸入端口 a以及微處理器輸出端口 bl、b2和b3 ;所述執(zhí)行單元3包括第一電機(jī)31、第二電機(jī)32和第三電機(jī)33，分別用于控制云臺的俯仰角、橫滾角和方位角，可由控制單元I互不干擾地控制轉(zhuǎn)動；
[0024]傳感單元2固定在機(jī)載三自由度云臺上，并與云臺上所搭載的成像設(shè)備4固連，將第一電機(jī)31、第二電機(jī)32和第三電機(jī)33通過云臺的安裝支架依次剛性固連,然后將第一電機(jī)31和成像設(shè)備4固連，將第三電機(jī)33和云臺固定座固連；
[0025]控制單元I中的微處理器11通過其輸出端口 bl與執(zhí)行單元3中的第一電機(jī)31連接，通過其輸出端口 b2與執(zhí)行單元3中的第二電機(jī)32連接，通過其輸出端口 b3與執(zhí)行單元3中的第二電機(jī)33連接，傳感系統(tǒng)2與成像設(shè)備4連接，用于對成像設(shè)備4姿態(tài)變化信息進(jìn)行采集，傳感系統(tǒng)2與控制單元I中的微處理器輸入端口 a連接，用于將采集到的成像設(shè)備4姿態(tài)變化信息傳送給微處理器11。
[0026]1、由于傳感單元2和成像設(shè)備4與云臺固定連接，當(dāng)云臺發(fā)生姿態(tài)改變時，測量成像設(shè)備4的姿態(tài)改變值就等同于測量云臺的姿態(tài)改變值，傳感系統(tǒng)2對成像設(shè)備4的姿態(tài)改變值進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果通過微處理器輸入端口 a發(fā)送給控制單元I中的微處理器11，其中成像設(shè)備4的姿態(tài)改變值包括:成像設(shè)備4在三軸加速度計(jì)的三個正交的方向上所承受的加速度，成像設(shè)備4在三軸陀螺儀的三個正交的方向上所承受的運(yùn)動角速度；
[0027]2、控制單元I中的微處理器11對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到成像設(shè)備4的傾斜
角度，利用如下公式:sin(f D =.[0028]其中，Gl是三軸加速度計(jì)的一個軸上測得的加速度值，G是當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，而?I是對應(yīng)軸與重力加速度即鉛垂線的夾角，圖2為實(shí)驗(yàn)一中關(guān)于測量傾斜角度的過程示意圖；
[0029]得到成像設(shè)備4的傾斜角度(成像設(shè)備4的俯仰角、橫滾角和方位角)后，控制單元I將調(diào)整信號通過微處理器輸出端口 bl傳送給執(zhí)行單元3中的第一電機(jī)31，以調(diào)整云臺的俯仰角，將調(diào)整信號通過微處理器輸出端口 b2傳送給執(zhí)行單元3中的第一電機(jī)32，以調(diào)整云臺的橫滾角，將調(diào)整信號通過微處理器輸出端口 b3傳送給執(zhí)行單元3中的第一電機(jī)33，以調(diào)整云臺的方位角，使成像設(shè)備4和云臺的姿態(tài)朝著傾斜偏差減小的方向改變。
[0030]3、重復(fù)步驟I和步驟2直到成像設(shè)備4和云臺的俯仰角偏差、橫滾角偏差和方位角偏差都變?yōu)榱銥橹梗瑥亩鴮?shí)現(xiàn)云臺的閉環(huán)調(diào)節(jié)。
[0031]本發(fā)明將傳感系統(tǒng)、執(zhí)行單元與成像設(shè)備固連后一起固定在機(jī)載三自由度云臺上，能夠消除由于云臺承載設(shè)備本身傾斜造成的畫面傾斜，即使云臺承載設(shè)備本身旋轉(zhuǎn)姿態(tài)并不完全與云臺旋轉(zhuǎn)姿態(tài)一致，但由于云臺執(zhí)行單元及傳感系統(tǒng)安裝在云臺上，相對于外部系統(tǒng)獨(dú)立，云臺傳感系統(tǒng)能夠?qū)崟r精確測出云臺(成像設(shè)備)姿態(tài)并反饋至云臺控制系統(tǒng)，這種閉環(huán)控制裝置的控制精度高，對執(zhí)行單元的要求低。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于它包括控制單元(I)、傳感系統(tǒng)(2)和執(zhí)行單元(3)，所述的控制單元(I)包括微處理器(11)、微處理器輸入端口(a)以及微處理器輸出端口(bl)、(b2)和(b3);所述執(zhí)行單元(3)包括第一電機(jī)(31)、第二電機(jī)(32)和第三電機(jī)(33);傳感單元(2)固定在機(jī)載三自由度云臺上，并與云臺上所搭載的成像設(shè)備(4)固連，將第一電機(jī)(31)、第二電機(jī)(32)和第三電機(jī)(33)通過云臺的安裝支架依次剛性固連，然后將第一電機(jī)(31)和成像設(shè)備(4)固連，將第三電機(jī)(33)和云臺固定座固連；控制單元(I)中的微處理器(11)通過其輸出端口(bl)與執(zhí)行單元(3)中的第一電機(jī)(31)連接，通過其輸出端口(b2)與執(zhí)行單元(3)中的第二電機(jī)(32)連接，通過其輸出端口(b3)與執(zhí)行單元(3 )中的第二電機(jī)(33 )連接，傳感系統(tǒng)(2 )與成像設(shè)備(4)連接，同時傳感系統(tǒng)(2 )與控制單元(I)中的微處理器輸入端口( a )連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述傳感系統(tǒng)(2 )包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀。
3.如權(quán)利要求2所述的一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述三軸加速度計(jì)用于測量成像設(shè)備(4)在其三個正交的方向上所承受的加速度。
4.如權(quán)利要求2所述的一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述三軸陀螺儀用于測量成像設(shè)備(4)在其三個正交的方向上所承受的運(yùn)動角速度。
5.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述第一電機(jī)(31)用于控制云臺的俯仰角。
6.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述第二電機(jī)(32 )用于控制云臺的橫滾角。
7.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載三自由度云臺穩(wěn)定閉環(huán)控制裝置，其特征在于所述第三電機(jī)(33)用于控制云臺的方位角。
【文檔編號】G05D3/12GK203705964SQ201420090223
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】莫宏偉, 雍升, 徐立芳 申請人:哈爾濱偉方智能科技開發(fā)有限責(zé)任公司