[发明专利]一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法及控制器

权利要求书

1.一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，包括：

获取摄像装置的监控目标点和搭载舵机云台的无人机或者地面机器人在惯性系中的坐标信息，根据在惯性系中的坐标信息，得到摄像机指令值；

构建舵机模型，选取二阶传递函数表示舵机输入电压和输出转角的关系；

通过舵机输出的转动角度信息，利用高增益观测器重构角速度，实现对舵机转动角速度的软件测量；

根据摄像机指令值及利用高增益观测器测量的角速度信号，利用动态面控制方法计算得到控制器控制舵机的输入电压，继而控制舵机的转动速度，使摄像机跟踪指令值。

2.如权利要求1所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，所述在惯性系中的坐标信息是通过室内的红外传感器或者室外GPS获取的。

3.如权利要求1所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，所述得到摄像机指令值的过程为：

根据坐标信息，计算出摄像机指向目标点的光轴矢量坐标P_e；然后通过坐标变换计算出光轴矢量P_e在移动机器人本体坐标系的坐标为P_b；最后根据P_b的坐标，解算出摄像机方位角指令值ψ_c和俯仰角指令值θ_c。

4.如权利要求3所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，舵机的期望跟踪角度x_1d；针对水平方向偏转的舵机x_1d＝ψ_c，若是俯仰方向的则有x_1d＝θ_c。

5.如权利要求1所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，所述利用动态面控制方法计算得到控制舵机的输入电压，包括的步骤为：

设定摄像机方位角指令值与测量的摄像机方位角度相减得到误差S₁，将虚拟控制输入一阶低通滤波器得到输出；

高增益观测器测量的角速度信号和一阶低通滤波器的输出相减得到误差S₂，得到舵机控制输入电压。

6.如权利要求1所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，所述构建舵机模型是针对工作在线性区的舵机云台的执行机构舵机，选取二阶传递函数表示其输入电压和输出转角的关系，将二阶传递函数转化为状态空间表达式。

7.如权利要求1所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，所述利用动态面控制方法计算得到控制舵机的输入电压之后还包括控制参数的调整，包括：

高增益观测器控制参数的调节，使得高增益观测器建立过程中系数矩阵A为Hurwitz矩阵，ε表征了观测误差的精度，通过减小ε来降低高增益观测器对角速度信号的观测误差，控制器参数的调节，若跟踪误差过大或者调整时间过长，不满足实时控制要求，则增大c₁、c₂或则减少τ₁，一方面，增大c₁、c₂相当于增大控制输入的幅值和带宽；另一方面，减小τ₁来提高系统的响应速度。

8.如权利要求7所述的一种舵机云台的无速度反馈动态面控制方法，其特征是，在高增益观测器控制参数的调节及控制器参数的调节后进行仿真实验，使舵机在设定时间内稳定到期望值，且高增益观测器的观测误差小于设定值，若控制效果不能满足要求，继续调节控制参数，直到控制效果达到要求。

9.一种舵机云台的无速度反馈动态面控制器，其特征是，所述无速度反馈动态面控制器用于获取摄像装置的监控目标点和搭载舵机云台的无人机或者地面机器人在惯性系中的坐标信息，根据在惯性系中的坐标信息，得到摄像机指令值；

通过舵机输出的转动角度信息，利用高增益观测器重构角速度，实现对舵机转动角速度的软件测量；

根据摄像机指令值、利用高增益观测器测量的角速度信号及构建的舵机模型，利用动态面控制方法计算得到控制舵机的输入电压，继而控制舵机的转动速度，使摄像机跟踪指令值。