[发明专利]电动云台机械间隙的自动跟踪与补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种应用于安防系统中摄像机的云台控制的电机控制技术。

背景技术

在安防系统中，摄像机的云台需要有一个调预置位的功能，即先调整云台水平、垂直两方向运动对准目标，然后再调变倍、变焦使图像清晰，保存水平、垂直、变倍及变焦四个坐标值，称为预置点，并加以编号，如预置点1（PRE_POS_01）。继续操作云台，可以设置多个预置点。正常使用时，如果需要摄像机对准某个预置点，只要输入预置点的编号，云台将自动水平、垂直运动，同时变倍、变焦，最终精确对准并清晰显示所调预置点对应的目标图像。但实际使用过程中，经常出现调预置位后的图像与设置图像存在偏差的现象。

调预置位过程中产生的偏差主要由两方面原因造成：

一是受控制精度的影响，如电机因速度控制过低，未到目标而停止；或者因速度过高，刹车后因惯性冲过目标。提高控制精度可以通过使电机低速接近目标（接近目标后先降速然后超低速运行），到达目标瞬间及时刹车的方法实现。

二是受机械间隙的影响。而机械间隙所造成的误差，既存在于到达目标停止后产生的间隙，也包括当用户设置预置位时，预置位的坐标本身所包含的间隙误差。预置点为用户随意设置，云台停止瞬间电机的运行方向和运行速度都不固定，云台静止后产生的间隙量是随机的，间隙误差不是固定值。这样，当调用该预置点时，电机的刹车信号是根据已到达预置点的坐标值才发出的，由于速度和方向上的不同，根本无法保证电机再次以同样的间隙停止在设定的坐标上。这不只是惯性问题，电机静止后的间隙量还会受温度、材料的弹性等多种因素的影响。

机械间隙分为正向间隙和反向间隙，一般情况下，机械间隙在某一特定方向上运行时，在运动过程中，由间隙造成的位置误差为一个固定值。如图1所示。

图中N为电机输出齿轮的一个齿，M为传动机构齿轮的一个齿，此处只用于示意机械传动过程中的间隙，并不代表具体机械结构。M的位置代表镜头实际指向的位置，简称实际位置（POS_act）;N的位置代表电机实际停止的位置，可由编码器直接测量得到，简称当前位置（POS_cur）;M与N之间固有的间隙存在一个最大值，简称最大间隙（PLAY_RANGE），当前位置与实际位置的的偏差即为间隙误差（POS_OFFS）,公式表示如下：

POS_OFFS=POS_cur-POS_act;      （1）

从图1中可以看出，间隙误差（POS_OFFS）是有符号的，正向运动时，POS_OFFS=PLAY_RANGE/2；反向运动时，POS_OFFS=-PLAY_RANGE/2；

然而机械间隙只是在传动方向不改变且连续运动的情况下，所造成的间隙误差才为固定值POS_OFFS=PLAY_RANGE/2，当传动系统随机起动，随机停止，无规律换向时，受装配、弹性变形、环境温度等的影响，当运动停止时由机械间隙产生的位置误差具有随机性，没有确定值，如图2所示，间隙1、间隙2、间隙3互不相等。值得说明的是，图2所示三种情况由一种运动方向停止也是能够产生的，尤其在手动微调时，经常出现电机转动而镜头指向不动的情况，即电机只在间隙范围内运行，无实际输出扭矩。

由公式（1）可得：

POS_act=POS_cur-POS_OFFS;        （2）

公式（2）说明镜头的实际指向是受间隙误差影响的。只有确切知道间隙误差（POS_OFFS）的大小，才能得出镜头指向的实际位置。

发明内容：

摄像机的云台属于精确定位系统，用户常常把需要监测的点调整好，然后进行保存，需要监测时直接调用，从而省去调整时间。这种应用叫作预置点存贮与调用。显然，由于机械间隙造成的间隙误差既存在于预置点的设定过程中，也存在于预置点的调用过程中，经常出现调预置位后的图像与设置图像存在偏差的现象，所以需要对间隙误差进行补偿以降低误差，避免图像出现较大偏差。