本發(fā)明涉及穩(wěn)定云臺技術領域，尤其涉及一種驅動控制系統(tǒng)及具有該控制系統(tǒng)的穩(wěn)定云臺。

背景技術：

近年來，各類動基座成像云臺廣泛用于航拍、無人車、機器人等領域，越來越受到人們的關注。特別是利用無人機進行航拍，具有快速、靈活、清晰、準確地獲取人們感興趣區(qū)域的照片、視頻信息的重要手段。但是對于以無人機為代表的動基座載體，在移動過程中不可避免地存在載體姿態(tài)的變化、振動等影響，導致視頻嚴重晃動、照片模糊不清。穩(wěn)定云臺的誕生解決了這一問題。穩(wěn)定云臺由多自由度的機械機構、各軸上的驅動電機以及控制電路所組成。常見的云臺電機包括航模用的舵機、帶有減速機構的直流伺服電機、步進電機以及無刷電機等。但是，現(xiàn)有的無刷云臺驅動控制系統(tǒng)中，有一部分流過電機的電流并沒有有效地參與做功，導致能耗高，并且難以進一步提升穩(wěn)定精度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中有一部分流過電機的電流并沒有有效地參與做功的技術問題，提供一種能使流過電機的電流有效地參與做功的驅動控制系統(tǒng)及具有該控制系統(tǒng)的穩(wěn)定云臺。

本發(fā)明提供一種驅動控制系統(tǒng)，所述驅動控制系統(tǒng)包括：

穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)和至少一個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)連接且按照所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的順序與所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)進行通信，用于根據(jù)獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息；獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度；根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)；

所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)與至少一個無刷電機連接，用于判斷當前是否存在電角度絕對初始值；如果不存在電角度絕對初始值時，在初始化模式下得到當前的電角度值、交軸電壓控制量、直軸電壓控制量和電角度絕對初始值；如果存在電角度絕對初始值時，獲取絕對角位置傳感器的角度值，根據(jù)所述絕對角位置傳感器的角度值和電角度絕對初始值得到當前的電角度值，以及得到所述交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動。

本發(fā)明還提供一種穩(wěn)定云臺，包括上述的驅動控制系統(tǒng)和與所述驅動系統(tǒng)對應連接的無刷電機。

本發(fā)明的技術方案與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于：在電流開環(huán)模式下進行計算，可以減小處理器的壓力，當選用性能較低的處理器時，由于處理器計算能力弱，無法在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成電流閉環(huán)算法的計算，可以在電流開環(huán)模式下計算，而在電流閉環(huán)模式下進行計算，可以有效的消除電機感應電動勢的影響，使力矩輸出更加平穩(wěn)，同時也能使流過電機的電流都可以有效地參與做功。

附圖說明

圖1為本發(fā)明無刷電機的驅動控制系統(tǒng)一種實施例的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明多路信息交互接口一種實施例的電路圖。

圖3為本發(fā)明多路信息交互接口另一種實施例的電路圖。

圖4為本發(fā)明三相橋驅動組件一種實施例的電路圖。

圖5為本發(fā)明三相橋驅動組件另一種實施例的電路圖。

圖6(a)是本發(fā)明的無刷電機與功率級控制器的第一種實施例接線圖。

圖6(b)是本發(fā)明的無刷電機與功率級控制器的第二種實施例接線圖。

圖6(c)是本發(fā)明的無刷電機與功率級控制器的第三種實施例接線圖。

圖7為本發(fā)明功率級數(shù)字控制系統(tǒng)一種實施例的結構示意圖。

圖8為本發(fā)明穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)一種實施例的結構示意圖。

圖9為本發(fā)明用于控制電機轉動的矢量控制方法第一種實施例的流程圖。

圖10為本發(fā)明用于控制電機轉動的矢量控制方法第二種實施例的流程圖。

圖11為本發(fā)明用于控制電機轉動的矢量控制方法第三種實施例的流程圖。

圖12為本發(fā)明用于控制電機轉動的矢量控制方法第四種實施例的流程圖。

圖13為本發(fā)明穩(wěn)定云臺轉動的控制方法第一種實施例的流程圖。

圖14為本發(fā)明穩(wěn)定云臺轉動的控制方法第二種實施例的流程圖。

圖15為本發(fā)明穩(wěn)定云臺轉動的控制方法第三種實施例的流程圖。

圖中，1、穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)，2、功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，3、穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片。4、慣性測量器，5、多路信息交互接口，6、圖像追蹤器，7、通信接口，8、功率級控制器，9、三相橋驅動組件，10、電流傳感器，11、無刷電機，12、絕對角位置傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。

穩(wěn)定云臺轉動的驅動控制系統(tǒng)作為航拍攝影、監(jiān)測、遙感、采樣云臺的核心控制裝置，能夠在穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架產(chǎn)生角運動的工作條件下，例如掛在在無人機上的云臺，無人機發(fā)生飛行姿態(tài)變化，通過控制穩(wěn)定云臺各軸的無刷電機轉動，保證穩(wěn)定云臺上承載的成像裝置指向角度始終保持慣性穩(wěn)定或始終指向感興趣的目標。

本發(fā)明提供一種實施例的無刷電機的驅動控制系統(tǒng)，如圖1所示，所述驅動控制系統(tǒng)包括穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1和至少一個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2連接且按照所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2的順序與所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2進行通信，用于根據(jù)獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息；獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度；根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度和穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息進行閉環(huán)穩(wěn)定控制，并輸出穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令；根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2；

所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2與至少一個無刷電機11連接，用于判斷當前是否存在電角度絕對初始值；如果不存在電角度絕對初始值時，在初始化模式下得到當前的電角度值、交軸電壓控制量、直軸電壓控制量和電角度絕對初始值；如果存在電角度絕對初始值時，獲取絕對角位置傳感器的角度值，根據(jù)所述絕對角位置傳感器的角度值和電角度絕對初始值得到當前的電角度值，以及得到所述交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動。

具體的，如圖1所示，所述驅動控制系統(tǒng)包括n個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2，第一個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的序號為2-1，第二個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的序號2-2，第n個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的序號2-n,穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1可以按照所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2的序號從小到大或從大到小的順序與所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2進行通信,其中，n為大于等于1的正整數(shù)。

在具體實施中，所述功率級控制器8，還用于獲取當前的工作模式，并判斷當前的工作模式為電流開環(huán)模式或者電流閉環(huán)模式；

當前的工作模式為電流閉環(huán)模式，根據(jù)獲取到兩相驅動電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；

當前的工作模式為電流開環(huán)模式，獲取交軸電壓控制量和直軸電壓控制量。

在具體實施中，所述功率級控制器8，還用于獲取到的控制指令，并判斷控制指令是否為結束指令；如果控制指令是為結束指令時，則保存電角度絕對初始值；如果控制指令不是為結束指令，則執(zhí)行獲取絕對角位置傳感器的角度值的工作。

具體的，三個軸的穩(wěn)定環(huán)控制量必須有3個無刷電機來執(zhí)行，在具體實施中，每個無刷電機采用1個功率級控制系統(tǒng)2來驅動，1個功率級控制系統(tǒng)2也可以實現(xiàn)對更多無刷電機的驅動，但是在只有1個功率級控制系統(tǒng)2的情況下，通過驅動3個電機也能實現(xiàn)3軸控制。但是，如果整個系統(tǒng)只有1個電機，那就只能實現(xiàn)1個軸的控制。

如圖1所示，每個軸需要一個功率級控制系統(tǒng)2，每個功率級控制系統(tǒng)都有一個功率級數(shù)字控制器，因此三軸云臺包含3個功率級數(shù)字控制器，另外所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2的控制指令可以為根據(jù)用戶通過遙控系統(tǒng)或數(shù)傳發(fā)送的結束命令，該命令也通過多路信息交互接口5接收。

具體的，穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1的穩(wěn)定環(huán)控制量為在控制模式為電流閉環(huán)模式時功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2獲取的電流指令或在控制模式為電流開環(huán)模式時功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2獲取的電壓指令，也就是說，在控制模式為電流閉環(huán)模式時，獲取到的穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1的穩(wěn)定環(huán)控制量為兩相驅動電流值，在控制模式為電流開環(huán)模式時，獲取到的穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1的穩(wěn)定環(huán)控制量為交軸電壓控制量和直軸電壓控制量。

由于在電流開環(huán)模式下進行計算，可以減小處理器的壓力，當選用性能較低的處理器時，由于處理器計算能力弱，無法在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成電流閉環(huán)算法的計算，可以在電流開環(huán)模式下計算，而在電流閉環(huán)模式下進行計算，可以有效的消除電機感應電動勢的影響，使力矩輸出更加平穩(wěn)，同時也能使流過電機的電流都可以有效地參與做功，而且通過根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度，以及根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量，將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，通過功率級數(shù)字控制系統(tǒng)控制無刷電機的轉動以控制穩(wěn)定云臺的各個軸的運動，從而實現(xiàn)得到穩(wěn)定的高精度圖像。由于無刷電機的驅動控制系統(tǒng)中使用了分布式控制與切實可行的矢量控制相結合的方案，從而能夠更高效地利用電機來提高性能。另外，電機的電流控制采用了矢量控制并且分散到各個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)進行處理，從而可以減輕了穩(wěn)定級控制系統(tǒng)的計算壓力。

在具體實施中，所述無刷電機11的數(shù)量與穩(wěn)定云臺的軸的數(shù)量需要一致，即一個無刷電機11控制一個軸，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2的數(shù)量可以與所述無刷電機11的數(shù)量相同，那么功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2控制一個無刷電機11，當然一個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2也可以控制多個個無刷電機11，在本實施例中，一個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2控制一個無刷電機11且所述多個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2之間的電路結構是相同的。

具體的，如圖8所示，本發(fā)明還提供一種實施例的穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1包括慣性測量器4，用于檢測得到穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度和穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息；

多路信息交互接口5，分別與所述慣性測量器4和穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3連接。

穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3，用于自檢穩(wěn)定云臺且將穩(wěn)定云臺的角度初始化為零；獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息，獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；用于根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度；根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度和穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息進行閉環(huán)穩(wěn)定控制，并輸出穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令；根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2。

具體的，穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3通過并行總線方式與多路信息交互接口5連接。另外，穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3可以通過多路信息交互接口5與多個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)、慣性測量器4進行通信，而且穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3是按順序依次與多個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)通信。所述多路信息交互接口5通信方式包括如下方式：pwm脈寬調制方式，i2c總線方式，spi總線方式，串行通信方式(rs232、rs422、rs485)、can總線方式。

在具體實施中，圖2為本發(fā)明多路信息交互接口一種實施例的電路圖。具體的，多路信息交互接口5采用差分數(shù)字通信方式，也就是說，多路信息交互接口5包括轉換芯片st16c654和差分芯片max3074，穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3通過并行總線方式與轉換芯片st16c654相連，即穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3通過數(shù)據(jù)總線db0-db7和地址總線ab0-ab5連接至轉換芯片st16c654將并行數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)，穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3通過地址總線ab0-ab5與譯碼芯片74139連接以選擇需要通信的接口地址。經(jīng)過轉換芯片st16c654轉換的串行數(shù)據(jù)在經(jīng)過差分芯片max3074轉換成差分信號，通過端口ch0-ch3與所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2進行通信。

在具體實施中，圖3為本發(fā)明多路信息交互接口另一種實施例的電路圖。具體的，多路信息交互接口5采用模擬量通信方式，也就是說，穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3通過并行總線方式與數(shù)模轉換芯片ad7656和模數(shù)轉換芯片dac8822進行連接，由數(shù)模轉換芯片ad7656將數(shù)字信息轉換為模擬信息發(fā)送給所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2進行通信，外部組件發(fā)送的模擬數(shù)據(jù)由模數(shù)轉換芯片dac8822轉換為數(shù)字信息發(fā)送給穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3。

所述慣性測量器4用于測量穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息，所述姿態(tài)信息包括俯仰數(shù)據(jù)、橫滾數(shù)據(jù)和方位數(shù)據(jù)，并通過多路信息交互接口5將數(shù)據(jù)發(fā)送到穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3，其中數(shù)據(jù)包括角速度和角位置。

在具體實施中，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺包括穩(wěn)定框架和三軸，所述三軸包括俯仰軸x、橫滾軸y和方位軸z，通過俯仰軸x、橫滾軸y和方位軸z一一對應的無刷電機帶三軸的運動，具體的，通過角傳感器得到穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，而所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度由陀螺檢測得到。

具體的，穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2根據(jù)穩(wěn)定環(huán)控制量控制無刷電機的轉動以帶動無刷電機對應的軸的運動。

在具體實施中，所述穩(wěn)定閉環(huán)控制具體包括超前滯后控制、pid控制和滑?？刂频闹辽倨渲兄弧?/p>

在具體實施中，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度的公式如下：

其中，θ、γ、分別一一對應為穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；[ωpxωpyωpz]^t分別一一對應為穩(wěn)定框架的慣性角速度，[ωbxωbyωbz]^t分別一一對應為三軸中每個軸的慣性角速度。

在具體實施中，根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量的公式如下：

其中，uci為穩(wěn)定環(huán)控制量，r為穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，ω為三軸中其中一個軸的慣性角速度。也就是說根據(jù)上述公式，穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1得到對于單個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2的穩(wěn)定環(huán)控制量，通過多路信息交互接口5發(fā)送給對應的功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2以實現(xiàn)對無刷電機的控制。另外，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令根據(jù)工作模式的不同而生成不同的控制指令，如果是穩(wěn)定模式，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令為通過數(shù)傳接收到的角速度命令；如果是跟蹤該模式，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令為根據(jù)圖像脫靶量計算得到的控制量即跟蹤閉環(huán)控制量。

通過根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度，以及根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量，將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，通過功率級數(shù)字控制系統(tǒng)控制無刷電機的轉動以控制穩(wěn)定云臺的各個軸的運動，從而實現(xiàn)得到穩(wěn)定的高精度圖像。另外，所述穩(wěn)定級控制系統(tǒng)只需要進行穩(wěn)定環(huán)控制量的計算而不需要對電機進行驅動控制，從而可以減輕穩(wěn)定級控制系統(tǒng)的計算量。

在具體實施中，穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)1還包括圖像追蹤器6，用于檢測并獲取被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量；多路信息交互接口5，分別與圖像追蹤器6和穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3連接；穩(wěn)定云臺轉動的控制芯片3，還用于自檢穩(wěn)定云臺且將穩(wěn)定云臺的角度初始化為零；獲取被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，根據(jù)被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，根據(jù)穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值得到跟蹤閉環(huán)控制量，將跟蹤閉環(huán)控制量作為穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)做穩(wěn)定閉環(huán)控制，將計算得到的穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出。

在具體實施中，所述根據(jù)被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，得到穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值的公式如下：

θ＝arctan(n×psize/l)；

其中θ為角度差，n為脫靶量，psize為像元尺寸，l為焦距。

在具體實施中，所述根據(jù)穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值得到跟蹤閉環(huán)控制量的公式如下：

其中uci為跟蹤閉環(huán)控制量，θi為三軸中每個軸的角度差值。

在具體實施中，將跟蹤閉環(huán)控制量作為穩(wěn)定環(huán)控制指令以進行閉環(huán)穩(wěn)定控制得到的穩(wěn)定環(huán)控制量的具體公式為本領域的公知常識。

通過根據(jù)被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，得到穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值，以及所述根據(jù)穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值得到跟蹤閉環(huán)控制量，將跟蹤閉環(huán)控制量作為穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令以得到計算穩(wěn)定環(huán)控制量，將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，通過功率級數(shù)字控制系統(tǒng)控制無刷電機的轉動以控制穩(wěn)定云臺的各個軸的運動，從而實現(xiàn)對圖像進行持續(xù)跟蹤拍攝。因此可以實現(xiàn)高精度的圖像穩(wěn)定以及在移動航拍過程中對運動目標的穩(wěn)定、持續(xù)跟蹤拍攝的目的。所述穩(wěn)定級控制系統(tǒng)只需要進行穩(wěn)定環(huán)控制量的計算而不需要對電機進行驅動控制，從而可以減輕穩(wěn)定級控制系統(tǒng)的計算量。

在具體實施中，如圖7所示，本發(fā)明提供一種實施例的功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2用于對電機的轉動矢量進行控制，在具體實施中，本發(fā)明提供一種實施例的功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2用于控制電機轉動，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2包括：

通信接口7，用于接收功率級控制器的當前的工作模式和控制指令；

功率級控制器8，用于判斷當前是否存在電角度絕對初始值；如果不存在電角度絕對初始值時，在初始化模式下得到當前的電角度值、交軸電壓控制量、直軸電壓控制量和電角度絕對初始值；如果存在電角度絕對初始值時，獲取絕對角位置傳感器的角度值，根據(jù)所述絕對角位置傳感器的角度值和電角度絕對初始值得到當前的電角度值，以及得到所述交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動；

三相橋驅動器9，用于根據(jù)功率級控制器輸出的pwm的占空比輸出驅動電流以控制電機的轉動；

電流傳感器10，用于檢測三相橋驅動器的驅動電流中的兩相驅動電流值；

絕對角位置傳感器12，用于檢測電機的角度值。

在具體實施中，所述功率級控制器8，還用于獲取當前的工作模式，并判斷當前的工作模式為電流開環(huán)模式或者電流閉環(huán)模式；

當前的工作模式為電流閉環(huán)模式，根據(jù)獲取到兩相驅動電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；

當前的工作模式為電流開環(huán)模式，獲取交軸電壓控制量和直軸電壓控制量。

在具體實施中，所述功率級控制器8，還用于獲取到的控制指令，并判斷控制指令是否為結束指令；如果控制指令是為結束指令時，則保存電角度絕對初始值；如果控制指令不是為結束指令，則執(zhí)行獲取絕對角位置傳感器的角度值的工作。

具體的，電機為無刷電機11，所述通信接口7是功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2與外界通信接口，采用通信方式與穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)相對應。所述功率級控制器8讀取所述絕對角位置傳感器12和電流傳感器10的兩相驅動電流數(shù)據(jù)，獲得所述無刷電機11轉子相對于定子的絕對角位置以及無刷電機相鄰兩相的電流數(shù)據(jù)，運行矢量控制算法，并將計算得到的結果通過所述功率級控制器8上的3組pwm模塊輸出給三相橋驅動組件9。所述三相橋驅動組件9提供abc三相接口可與無刷電機11三相進行電氣連接；在電氣裝聯(lián)時，無刷電機三相連線為三根導線，可選擇任意一根與所述功率芯片的a相相連，無刷電機其余兩根導線選擇與已連接導線相鄰的一根作為b相，其余一根與c相相連。所述三相橋驅動組件9與無刷電機11電氣連接，驅動無刷電機11轉動，從而帶動穩(wěn)定云臺轉動。

也就是說，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2可以實現(xiàn)以下三部分功能：初始電角度對準、磁場定向控制、電流閉環(huán)和電流開環(huán)模式的判斷和選通程序；所述電流閉環(huán)和電流開環(huán)模式的判斷和選通程序根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)將系統(tǒng)設置為電流閉環(huán)模式或電流開環(huán)模式；所述磁場定向控制利用絕對角位置傳感器和兩相電流數(shù)據(jù)進行矢量運算，在電流閉環(huán)模式下的無刷電機交軸控制指令為接收到的數(shù)據(jù)，直軸控制指令為零，分別計算得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；在電流開環(huán)模式下，交軸電壓控制量為直接接收到的數(shù)據(jù)，直軸電壓控制量為零。其中，所述矢量控制算法中的電角度絕對初始值對準程序將系統(tǒng)工作在電流閉環(huán)模式下，通過對交軸電流和直軸電流進行控制，將電角度強制設置為-π/2，并讀取此時絕對角位置傳感器讀數(shù)以實現(xiàn)電角度的對準，從而通過程序實現(xiàn)初始角度對準，那么安裝時對于電機的相位要求便更加隨意。另外，在電流開環(huán)模式下計算，可以減小處理器的壓力，當選用性能較低的處理器時，由于處理器計算能力弱，無法在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成電流閉環(huán)算法的計算，可以在電流開環(huán)模式下計算，而在電流閉環(huán)模式下計算，可以有效的消除電機感應電動勢的影響，使力矩輸出更加平穩(wěn)，同時也能使流過電機的電流都可以有效地參與做功。

在具體實施中，所述功率級控制器8還用于：

將兩相驅動電流值設置為第一預設電流值和第二預設電流值；

根據(jù)兩相驅動電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；

將當前的電角度設置為預設的角度值；

獲取絕對角位置傳感器的角度值，并根據(jù)絕對角位置傳感器的角度值和當前的電角度得到電角度絕對初始值。

具體的，當電角度絕對初始值不存在時，也就是說，需要計算電角度絕對初始值時，需要將兩相驅動電流值強制設定為第一預設電流值icmdq0和第二預設電流值icmdd0，預設的角度值為-π/2，采集絕對角位置傳感器的角度值作為電角度絕對初始值，并進行存儲。由于電機在未設定電角度絕對初始值時是不知道電角度-π/2所對應的電機絕對角位置，初始化就是將兩者對應，在電機安裝在結構組件上時需要將電角度設定為-π/2，此時讀取絕對角位置傳感器的角度值，并將該角度值記錄存儲作為電角度絕對初始值，即將當前的電角度和電角度絕對初始值進行對應。

在具體實施中，所述功率級控制器8還用于：

根據(jù)獲取到兩相驅動電流值進行clarke變換得到第一變換電流值和第二變換電流值；

根據(jù)第一變換電流值和第二變換電流值進行park變換得到交軸電流值和直軸電流值；

根據(jù)所述交軸電流值和直軸電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量。

在具體實施中，兩相驅動電流值為a相的驅動電流值ia和b相的驅動電流值ib，根據(jù)a相的驅動電流值ia和b相的驅動電流值ib進行clarke變換得到第一變換電流值iα和第二變換電流值iβ的公式如下：

根據(jù)第一變換電流值iα和第二變換電流值iβ進行park變換得到交軸電流值iq和直軸電流值id的公式如下：

其中θ表示電角度數(shù)值。

具體的，當設計控制器為比例積分控制時，根據(jù)所述交軸電流值iq和直軸電流值id得到交軸電壓控制量vq和直軸電壓控制量vd計算公式如下：

其中，和表示電流指令，kp為比例系數(shù)；ki為積分增益。具體的，電流指令就是穩(wěn)定級控制系統(tǒng)通過多路信息交互接口發(fā)送給功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的電流控制量；電流指令通常在功率級數(shù)字控制系統(tǒng)中設置為0，即令全部電流參與做功，另外電流控制量就是穩(wěn)定級控制系統(tǒng)在跟蹤模式下或穩(wěn)定模式下輸出的穩(wěn)定環(huán)控制量。

在具體實施中，所述功率級控制器8還用于：

根據(jù)交軸電壓控制量和直軸電壓控制量進行park逆變換得到三相電壓va、vb和vc；

根據(jù)三相電壓va、vb和vc得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動。

具體的，根據(jù)交軸電壓控制量vq和直軸電壓控制量vd進行park逆變換得到三相電壓va、vb和vc的公式如下：

在具體實施中，所述根據(jù)所述絕對角位置傳感器的角度值和電角度絕對初始值得到當前的電角度值的步驟，具體為：

當前的電角度值等于所述絕對角位置傳感器的角度值減去電角度絕對初始值后換算為弧度再乘以極對數(shù)。

所述根據(jù)絕對角位置傳感器的角度值和當前的電角度得到電角度絕對初始值的步驟，具體為：

電角度絕對初始值等于所述絕對角位置傳感器的角度值。

也就是說，電角度絕對初始值為進行電角度初始值設定過程中讀取并記錄的絕對角位置傳感器的數(shù)值，在不需要計算電角度初始值的時候，直接讀取之前記錄的。

本發(fā)明還提供一種實施例的穩(wěn)定云臺，所述穩(wěn)定云臺包括上述的功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2。

本發(fā)明的穩(wěn)定云臺，在電流開環(huán)模式下進行計算，可以減小處理器的壓力，當選用性能較低的處理器時，由于處理器計算能力弱，無法在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成電流閉環(huán)算法的計算，可以在電流開環(huán)模式下計算，而在電流閉環(huán)模式下進行計算，可以有效的消除電機感應電動勢的影響，使力矩輸出更加平穩(wěn)，同時也能使流過電機的電流都可以有效地參與做功。

在具體實施中，如圖4所示，功率級控制器8具體為tm32028069芯片，所述三相橋驅動組件9包括三個開關管模塊，每個開關管模塊包括一個三極管、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4、第一mos管na1和第二mos管na2，所述tm32028069芯片的第一輸出端口pwma1和第二輸出端口pwma2連接其中一個開關管模塊。具體的，所述tm32028069芯片的第一輸出端口pwma1與第二電阻r2的一端連接，第二電阻r2的另一端與三極管的基極連接，所述tm32028069芯片的第二輸出端口pwma2與第三電阻r3的一端連接，第三電阻r3的另一端分別與第二mos管na2的第一端和第四電阻r4的一端連接，第二mos管na2的第二端和第四電阻r4的另一端均接地，電源vcc分別與第五電阻r5的一端與第一mos管na1的第三端連接，三極管的集電極分別與第五電阻r5的另一端和第一mos管na1的第一端連接，第一mos管na1的第二端與第二mos管na2的第三端連接，三極管的發(fā)射極接地，第一mos管na1的第二端與第二mos管na2的第三端連接形成一個信號節(jié)點用于輸出其中一個三相驅動信號，也就是三個開關管模塊輸出三相驅動信號phasha、phashb、phashc，電流傳感器10檢測驅動信號phasha、phashb，并將檢測到的測量值輸出至所述tm32028069芯片。

在具體實施中，如圖5所示，所述三相橋驅動組件9包括三個邏輯門電路芯片u1a、u1b、u1c和三相橋驅動芯片，具體的，三相橋驅動芯片具體為drv8312驅動芯片。功率級控制器8具體為tm32028069芯片，所述tm32028069芯片的第一輸出端口pwma1和第二輸出端口pwma2分別與邏輯門電路芯片u1a的第一輸入端和第二輸入端連接，所述tm32028069芯片的第一輸出端口pwma1還與drv8312驅動芯片的第一輸入端pwma連接，邏輯門電路芯片u1a的輸出端與drv8312驅動芯片的第二輸入端reset_a連接，所述tm32028069芯片的第三輸出端口pwmb1和第四輸出端口pwmb2分別與邏輯門電路芯片u1b的第三輸入端和第四輸入端連接，所述tm32028069芯片的第三輸出端口pwmb1還與drv8312驅動芯片的第三輸入端pwmb連接，邏輯門電路芯片u1b的輸出端與drv8312驅動芯片的第四輸入端reset_b連接，所述tm32028069芯片的第五輸出端口pwmc1和第六輸出端口pwmc2分別與邏輯門電路芯片u1c的第一輸入端和第二輸入端連接，所述tm32028069芯片的第五輸出端口pwmc1還與drv8312驅動芯片的第五輸入端pwmc連接，邏輯門電路芯片u1c的第一輸出端與drv8312驅動芯片的第六輸入端reset_c連接，所述drv8312驅動芯片輸出三相驅動信號phasha、phashb、phashc，電流傳感器10檢測驅動信號phasha、phashb，并將檢測到的測量值輸出至所述tm32028069芯片。

具體的，如圖6(a)所示，開關管v1和開關管v4構成同一橋臂且開關管v1和開關管v4之間具有第一節(jié)點，開關管v3和開關管v6構成同一橋臂且開關管v3和開關管v6之間具有第二節(jié)點，開關管v2和開關管v5構成同一橋臂且開關管v2和開關管v5之間具有第二節(jié)點，通過防止開關管v1和開關管v4的同時導通、防止開關管v3和開關管v6的同時導通或者防止開關管v2和開關管v5的同時導通，從而防止所述三相橋驅動芯片出現(xiàn)同一橋臂兩個功率管同時導通造成短路，其中，所述三相橋驅動芯片的第一節(jié)點連接無刷電機11的a相，所述三相橋驅動芯片的第二節(jié)點連接無刷電機11的b相，所述三相橋驅動芯片的第三節(jié)點連接無刷電機11的c相。如圖6(b)所示，所述三相橋驅動芯片的第一節(jié)點連接無刷電機11的b相，所述三相橋驅動芯片的第二節(jié)點連接無刷電機11的c相，所述三相橋驅動芯片的第三節(jié)點連接無刷電機11的a相。如圖6(c)所示，所述三相橋驅動芯片的第一節(jié)點連接無刷電機11的c相，所述三相橋驅動芯片的第二節(jié)點連接無刷電機11的a相，所述三相橋驅動芯片的第三節(jié)點連接無刷電機11的b相。

也就是說，所述三相橋驅動組件9提供abc三相接口可與無刷電機11三相進行電氣連接；在電氣裝聯(lián)時，無刷電機11的a相、b相及c相三相連線為三根導線，可選擇任意一根與所述三相橋驅動組件9的其中一個節(jié)點相連，無刷電機其余兩根導線選擇與所述三相橋驅動組件9的另外兩個節(jié)點一一對應連接。另外，所述三相橋驅動組件9與無刷電機11電氣連接，驅動無刷電機轉動，從而帶動穩(wěn)定云臺的轉動。

在具體實施中，所述絕對角位置傳感器12具體為磁編碼器、增量式編碼器、絕對實編碼器的其中一種。

本發(fā)明還提供一種實施例的穩(wěn)定云臺，包括上述的無刷電機的驅動控制系統(tǒng)和與所述驅動控制系統(tǒng)對應連接的無刷電機11。

本發(fā)明提供一種實施例的用于控制電機轉動的矢量控制方法，所述矢量控制方法包括以下步驟：

判斷當前是否存在電角度絕對初始值；

如果不存在電角度絕對初始值時，在初始化模式下得到當前的電角度值、交軸電壓控制量、直軸電壓控制量和電角度絕對初始值；

如果存在電角度絕對初始值時，獲取絕對角位置傳感器的角度值，根據(jù)所述絕對角位置傳感器的角度值和電角度絕對初始值得到當前的電角度值，以及得到所述交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；

根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動。

在具體實施中，所述得到所述交軸電壓控制量和直軸電壓控制量的步驟，包括以下步驟：

獲取當前的工作模式，并判斷當前的工作模式是否為電流開環(huán)模式或者電流閉環(huán)模式；

當前的工作模式為電流閉環(huán)模式，根據(jù)獲取到兩相驅動電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量，進入根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動的步驟；

當前的工作模式為電流開環(huán)模式，獲取得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量，進入根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動的步驟。

在具體實施中，所述矢量控制方法包括以下步驟：

獲取到的控制指令，并判斷控制指令是否為結束指令；

如果是，則保存電角度絕對初始值；

如果否，則返回獲取絕對角位置傳感器的角度值的步驟。

在具體實施中，如圖9所示，本發(fā)明提供一種實施例的用于控制電機轉動的矢量控制方法，所述矢量控制方法包括：

步驟s11，判斷當前是否存在電角度絕對初始值，如果否，進入步驟s12，如果是，進入步驟s13；

步驟s12，在初始化模式下得到當前的電角度值、交軸電壓控制量、直軸電壓控制量和電角度絕對初始值，進入步驟s17；

步驟s13，獲取絕對角位置傳感器的角度值；

步驟s14，獲取當前的工作模式，并判斷當前的工作模式是否為電流開環(huán)模式，如果是，進入步驟s15，如果否，進入步驟s16；

步驟s15，獲取交軸電壓控制量和直軸電壓控制量，進入步驟s17；

步驟s16，根據(jù)獲取到兩相驅動電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量，進入步驟s17；

步驟s17，根據(jù)當前的電角度值、交軸電壓控制量和直軸電壓控制量得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動；

步驟s18，獲取到的控制指令，并判斷控制指令是否為結束指令，如果是，進入步驟s19，如果否，則進入s13；

步驟s19，保存電角度絕對初始值。

在步驟s14中，也可以是，判斷當前的工作模式是否為電流閉環(huán)模式，如果否，進入步驟s15，如果是，進入步驟s16。

從上述步驟，可以看出所述矢量控制算法包括初始電角度對準、磁場定向控制、電流閉環(huán)和電流開環(huán)模式的判斷和選通程序三部分組成；所述電流閉環(huán)和電流開環(huán)模式的判斷和選通程序根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)將系統(tǒng)設置為電流閉環(huán)模式或電流開環(huán)模式；所述磁場定向控制利用絕對角位置傳感器和兩相電流數(shù)據(jù)進行矢量運算，在電流閉環(huán)模式下的無刷電機交軸控制指令為接收到的數(shù)據(jù)，直軸控制指令為零，分別計算得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；在電流開環(huán)模式下，交軸電壓控制量為直接接收到的數(shù)據(jù)，直軸電壓控制量為零。其中，所述矢量控制算法中的電角度絕對初始值對準程序將系統(tǒng)工作在電流閉環(huán)模式下，通過對交軸電流和直軸電流進行控制，將電角度強制設置為-π/2，并讀取此時絕對角位置傳感器讀數(shù)以實現(xiàn)電角度的對準，從而通過程序實現(xiàn)初始角度對準，那么安裝時對于電機的相位要求便更加隨意。另外，在電流開環(huán)模式下進行計算，可以減小處理器的壓力，當選用性能較低的處理器時，由于處理器計算能力弱，無法在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成電流閉環(huán)算法的計算，可以在電流開環(huán)模式下計算，而在電流閉環(huán)模式下進行計算，可以有效的消除電機感應電動勢的影響，使力矩輸出更加平穩(wěn)，同時也能使流過電機的電流都可以有效地參與做功。

在具體實施中，如圖10所示，步驟s12，具體包括以下步驟：

步驟s121，將兩相驅動電流值設置為第一預設電流值和第二預設電流值；

步驟s122，根據(jù)兩相驅動電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量；

步驟s123，將當前的電角度設置為預設的角度值；

步驟s124，獲取絕對角位置傳感器的角度值，并根據(jù)絕對角位置傳感器的角度值和當前的電角度得到電角度絕對初始值。

具體的，當電角度絕對初始值不存在時，也就是說，需要計算電角度絕對初始值時，需要將兩相驅動電流值強制設定為第一預設電流值icmdq0和第二預設電流值icmdd0，預設的角度值為-π/2，采集絕對角位置傳感器的角度值作為電角度絕對初始值，并進行存儲。由于電機在未設定電角度絕對初始值時是不知道電角度-π/2所對應的電機絕對角位置，初始化就是將兩者對應，在電機安裝在結構組件上時需要將電角度設定為-π/2，此時讀取絕對角位置傳感器的角度值，并將該角度值記錄存儲作為電角度絕對初始值，即將當前的電角度和電角度絕對初始值進行對應。

在步驟s122，根據(jù)兩相驅動電流值，在電流閉環(huán)控制下得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量。

在具體實施中，如圖11所示，步驟s122或者步驟s16，具體包括：

步驟s31，根據(jù)獲取到兩相驅動電流值進行clarke變換得到第一變換電流值和第二變換電流值；

步驟s32，根據(jù)第一變換電流值和第二變換電流值進行park變換得到交軸電流值和直軸電流值；

步驟s33，根據(jù)所述交軸電流值和直軸電流值得到交軸電壓控制量和直軸電壓控制量。

在具體實施中，兩相驅動電流值為a相的驅動電流值ia和b相的驅動電流值ib，根據(jù)a相的驅動電流值ia和b相的驅動電流值ib進行clarke變換得到第一變換電流值iα和第二變換電流值iβ的公式如下：

根據(jù)第一變換電流值iα和第二變換電流值iβ進行park變換得到交軸電流值iq和直軸電流值id的公式如下：

其中θ表示電角度數(shù)值。

具體的，當設計控制器為比例積分控制時，根據(jù)所述交軸電流值iq和直軸電流值id得到交軸電壓控制量vq和直軸電壓控制量vd計算公式如下：

其中，和表示電流指令，kp為比例系數(shù)；ki為積分增益。

具體的，電流指令就是穩(wěn)定級控制系統(tǒng)通過多路信息交互接口發(fā)送給功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的電流控制量；電流指令通常在功率級數(shù)字控制系統(tǒng)中設置為0，即令全部電流參與做功，另外電流控制量就是穩(wěn)定級控制系統(tǒng)在跟蹤模式下或穩(wěn)定模式下輸出的穩(wěn)定環(huán)控制量。

在具體實施中，如圖12所示，步驟s17具體包括以下步驟：

步驟s41，根據(jù)交軸電壓控制量和直軸電壓控制量進行park逆變換最終得到三相電壓va、vb和vc；

步驟s42，根據(jù)三相電壓va、vb和vc得到輸出pwm的占空比以控制電機的轉動。

具體的，根據(jù)交軸電壓控制量vq和直軸電壓控制量vd進行park逆變換最終得到三相電壓va、vb和vc的公式如下：

在具體實施中，所述根據(jù)所述絕對角位置傳感器的角度值和電角度絕對初始值得到當前的電角度值的步驟，具體為：

當前的電角度值等于所述絕對角位置傳感器的角度值減去電角度絕對初始值后換算為弧度再乘以極對數(shù)。

所述根據(jù)絕對角位置傳感器的角度值和當前的電角度得到電角度絕對初始值的步驟，具體為：

電角度絕對初始值等于所述絕對角位置傳感器的角度值。

也就是說，電角度絕對初始值為進行電角度初始值設定過程中讀取并記錄的絕對角位置傳感器的數(shù)值，在不需要計算電角度初始值的時候，直接讀取之前記錄的。

本發(fā)明還提供一種實施例的計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述圖9-12所示的方法的步驟。

本發(fā)明的計算機可讀存儲介質，在電流開環(huán)模式下進行計算，可以減小處理器的壓力，當選用性能較低的處理器時，由于處理器計算能力弱，無法在規(guī)定的時間周期內(nèi)完成電流閉環(huán)算法的計算，可以在電流開環(huán)模式下計算，而在電流閉環(huán)模式下進行計算，可以有效的消除電機感應電動勢的影響，使力矩輸出更加平穩(wěn)，同時也能使流過電機的電流都可以有效地參與做功。

本發(fā)明還提供一種實施例的穩(wěn)定云臺轉動的控制方法，如圖13所示，所述矢量控制方法包括：

步驟s211，自檢穩(wěn)定云臺且穩(wěn)定云臺的角度初始化為零；

步驟s212，獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息；

步驟s213，獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；

步驟s214，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度；

步驟s215，根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出以控制所述穩(wěn)定云臺的三軸運動；

步驟s216，限位診斷；

步驟s217，根據(jù)獲取到穩(wěn)定云臺的控制指令判斷是否結束，如果是進入步驟s218，如果否，返回步驟s212；

步驟s218，保存變量。

在步驟s215中，穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定環(huán)控制量控制無刷電機的轉動以帶動無刷電機對應的軸的運動。

在步驟s216中，由于穩(wěn)定云臺的轉動范圍是有限的，在程序中對云臺轉動情況加以監(jiān)視，如果穩(wěn)定云臺轉動達到預先設定的范圍邊界時對云臺的控制量加以限制，保證云臺不會“撞擊”或“卡死”。

在具體實施中，所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息包括俯仰數(shù)據(jù)、橫滾數(shù)據(jù)和方位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括角速度和角位置。

在具體實施中，所述穩(wěn)定閉環(huán)控制具體包括超前滯后控制、pid控制和滑?？刂频闹辽倨渲兄弧?/p>

在具體實施中，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺包括穩(wěn)定框架和三軸，所述三軸包括俯仰軸x、橫滾軸y和方位軸z，通過俯仰軸x、橫滾軸y和方位軸z一一對應的無刷電機帶三軸的運動，具體的，通過角傳感器得到穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，而所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度由陀螺檢測得到。

在具體實施中，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度的公式如下：

其中，θ、γ、分別一一對應為穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；[ωpxωpyωpz]^t為三軸中每個軸的慣性角速度，[ωbxωbyωbz]^t分別一一對應為三軸中每個軸的慣性角速度。

在具體實施中，根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量的公式如下：

其中，uci為穩(wěn)定環(huán)控制量，r為穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，ω為三軸中其中一個軸的角速度。也就是說根據(jù)上述公式，穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)得到對于單個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定環(huán)控制量通過多路信息交互接口發(fā)送給對應的功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2以實現(xiàn)對無刷電機的控制。另外，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令根據(jù)工作模式的不同而生成不同的控制指令，如果是穩(wěn)定模式，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令為通過數(shù)傳接收到的角速度命令；如果是跟蹤該模式，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令為根據(jù)圖像脫靶量計算得到的控制量即跟蹤閉環(huán)控制量。

通過根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度，以及根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量，將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，通過功率級數(shù)字控制系統(tǒng)控制無刷電機的轉動以控制穩(wěn)定云臺的各個軸的運動，從而實現(xiàn)得到穩(wěn)定的高精度圖像。另外，所述穩(wěn)定級控制系統(tǒng)只需要進行穩(wěn)定環(huán)控制量的計算而不需要對電機進行驅動控制，從而可以減輕穩(wěn)定級控制系統(tǒng)的計算量。

本發(fā)明還提供一種實施例的計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述圖13的方法的步驟。

通過根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度，以及根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量，將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，通過功率級數(shù)字控制系統(tǒng)控制無刷電機的轉動以控制穩(wěn)定云臺的各個軸的運動，從而實現(xiàn)得到穩(wěn)定的高精度圖像。另外，所述穩(wěn)定級控制系統(tǒng)只需要進行穩(wěn)定環(huán)控制量的計算而不需要對電機進行驅動控制，從而可以減輕穩(wěn)定級控制系統(tǒng)的計算量。

本發(fā)明還提供一種實施例的穩(wěn)定云臺轉動的控制方法，如圖14所示，所述控制方法包括：

步驟s311，自檢穩(wěn)定云臺且穩(wěn)定云臺的角度初始化為零；

步驟s312，獲取被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值；

步驟s313，根據(jù)被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，得到穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值；

步驟s314，根據(jù)穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值得到跟蹤閉環(huán)控制量；

步驟s315，將跟蹤閉環(huán)控制量作為穩(wěn)定環(huán)控制指令以進行閉環(huán)穩(wěn)定控制得到穩(wěn)定環(huán)控制量，將計算得到的穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出以控制所述穩(wěn)定云臺的三軸運動；

步驟s316，限位診斷；

步驟s317，根據(jù)獲取到穩(wěn)定云臺的控制指令判斷是否結束，如果是進入步驟s319，如果否，返回步驟s312；

步驟s318，保存變量。

在步驟s315中，穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定環(huán)控制量控制無刷電機的轉動以帶動無刷電機對應的軸的運動。

在步驟s316中，由于穩(wěn)定云臺的轉動范圍是有限的，在程序中對云臺轉動情況加以監(jiān)視，如果穩(wěn)定云臺轉動達到預先設定的范圍邊界時對云臺的控制量加以限制，保證云臺不會“撞擊”或“卡死”。

在具體實施中，在步驟s311之后，如圖15所示，還包括以下步驟：

步驟s420，判斷預設的控制模式是否為圖像跟蹤模式，如果是，進入步驟s421，如果否，進入步驟s422；

步驟s421，進入圖像跟蹤模式，進入步驟s312；

步驟s422，進入圖像穩(wěn)定模式，進入步驟423；

步驟s423，獲取穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的姿態(tài)信息；

步驟s424，獲取穩(wěn)定云臺繞三軸的相對轉動角度；

步驟s425，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度；

步驟s426，根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和控制指令參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量并輸出以控制所述穩(wěn)定云臺的三軸運動，進入步驟s316。

在圖15中，步驟s317，判斷是否結束，如果是進入步驟s319，如果否，返回步驟s420。

在步驟s426中，穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，所述功率級數(shù)字控制系統(tǒng)根據(jù)穩(wěn)定環(huán)控制量控制無刷電機的轉動以帶動無刷電機對應的軸的運動。

在具體實施中，所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息包括俯仰數(shù)據(jù)、橫滾數(shù)據(jù)和方位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括角速度和角位置。

在具體實施中，所述穩(wěn)定閉環(huán)控制具體包括超前滯后控制、pid控制和滑?？刂频闹辽倨渲兄弧?/p>

在具體實施中，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺包括穩(wěn)定框架和三軸，所述三軸包括俯仰軸x、橫滾軸y和方位軸z，通過俯仰軸x、橫滾軸y和方位軸z一一對應的無刷電機帶三軸的運動，具體的，通過角傳感器得到穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，而所述穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性角速度由陀螺檢測得到。

在具體實施中，根據(jù)所述穩(wěn)定云臺的的穩(wěn)定框架的慣性角速度、穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架的慣性姿態(tài)信息以及穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度，得到三軸中每個軸的慣性角速度的公式如下：

其中，θ、γ、分別一一對應為穩(wěn)定云臺的穩(wěn)定框架繞三軸的相對轉動角度；[ωpxωpyωpz]^t分別一一對應為穩(wěn)定框架的慣性角速度，[ωbxωbyωbz]^t分別一一對應為三軸中每個軸的慣性角速度。

在具體實施中，根據(jù)三軸中每個軸的慣性角速度和穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，得到穩(wěn)定環(huán)控制量的公式如下：

其中，uci為穩(wěn)定環(huán)控制量，r為穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令的參考值，ω為三軸中其中一個軸的角速度。也就是說根據(jù)上述公式，穩(wěn)定級數(shù)字控制系統(tǒng)得到對于單個功率級數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定環(huán)控制量通過多路信息交互接口發(fā)送給對應的功率級數(shù)字控制系統(tǒng)2以實現(xiàn)對無刷電機的控制。另外，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令根據(jù)工作模式的不同而生成不同的控制指令，如果是穩(wěn)定模式，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令為通過數(shù)傳接收到的角速度命令；如果是跟蹤該模式，穩(wěn)定環(huán)閉環(huán)控制指令為根據(jù)圖像脫靶量計算得到的控制量即跟蹤閉環(huán)控制量。

在具體實施中，所述根據(jù)被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，得到穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值的公式如下：

θ＝arctan(n×psize/l)

其中θ為角度差，n為脫靶量，psize為像元尺寸，l為焦距。

在具體實施中，所述根據(jù)穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值得到跟蹤閉環(huán)控制量的公式如下：

其中uci為跟蹤閉環(huán)控制量，θi為三軸中每個軸的角度差值。

在具體實施中，將跟蹤閉環(huán)控制量作為穩(wěn)定環(huán)控制指令以進行閉環(huán)穩(wěn)定控制得到的穩(wěn)定環(huán)控制量的具體公式為本領域的公知常識。

通過根據(jù)被跟蹤目標相對圖像畫面中心的脫靶量以及相機的焦距值，得到穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值，以及所述根據(jù)穩(wěn)定云臺的三軸中每個軸的角度差值得到跟蹤閉環(huán)控制量以得到穩(wěn)定環(huán)控制量，將穩(wěn)定環(huán)控制量輸出至功率級數(shù)字控制系統(tǒng)，通過功率級數(shù)字控制系統(tǒng)控制無刷電機的轉動以控制穩(wěn)定云臺的各個軸的運動，從而實現(xiàn)對圖像進行持續(xù)跟蹤拍攝。另外，所述穩(wěn)定級控制系統(tǒng)只需要進行跟蹤閉環(huán)控制量的計算而不需要對電機進行驅動控制，從而可以減輕穩(wěn)定級控制系統(tǒng)的計算量。

本發(fā)明還提供一種實施例的計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述圖14-15的方法的步驟。

本發(fā)明還提供一種實施例的無刷電機的驅動控制方法，可以包括圖13、圖14和圖15的其中一個方法加上圖9-12所示的方法。

本發(fā)明還提供一種實施例的計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述圖13、圖14和圖15的其中一個方法加上圖9-12所示的方法的步驟。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。