[发明专利]一种云台、及云台电机的控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及云台技术领域，如机载航拍云台、车载云台以及手持稳定器云台等等，尤其涉及一种云台、及云台电机的控制方法和装置。

背景技术

一般无人机航拍云台，车载云台以及电子陀螺仪手持稳定器云台都是由伺服电机驱动，伺服电机可以是有刷的或者无刷的。当采用无刷电机的时候，一种云台电机的控制方法叫做电机闭环矢量控制，此控制方法需要知道电机转子相对定子的转动角度，才能控制电机磁场的正确换向，保证电机的力矩输出平稳，这种做法也叫做电机闭环矢量控制；另外，此控制方法一般采用转角检测传感器来检测电机转子相对定子的转动角度，常用的转角检测传感器有光栅编码器、磁编码器、线性霍尔或电位器等，但是由于每个电机都有转角检测传感器，控制方案较为复杂，同时云台结构需要配合转角检测传感器以及电机驱动板，因此整体设计复杂，成本较高。另一种云台电机的控制方法是对电机直接采用开环控制，此控制方法在云台受到持续外力扰动的时候，电机的转矩表现出很大的波动，甚至有周期性出现反向力矩的现象，也叫做电机丢步；并且，此种控制方式在外力扰动消失，云台回归到目标位置后，电机消耗的电流依然很大，效率低，时间久了电机会发热严重，同时电机响应慢，云台使用效果不理想，但是云台控制以及结构都较为简单，成本较低。

因此，怎样简化云台的控制及机械结构，降低成本，又能保证对云台电机控制时响应快、力矩平稳、发热小、效率高、控制效果好等众多优点，这是本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种云台、及云台电机的控制方法和装置，以至少解决以上部分或全部技术问题。

本发明的技术方案如下：

基于本发明的第一方面，本发明提供了一种云台电机的控制方法，所述云台为多轴云台，所述多轴为至少两轴，每个轴分别对应一台转轴电机，且每台转轴电机由各自对应的刚体构件来承载，在所述云台的载体平台上设置有第一惯性测量单元IMU，且在用来承载所述转轴电机的至少一个刚体构件上设置有第二IMU，所述方法包括：

获得所述第一IMU测量得到的第一测量姿态信息，以及所述第二IMU测量得到的第二测量姿态信息；

根据所述第一测量姿态信息和第二测量姿态信息，计算所述多轴云台上各个转轴电机对应的转动角度；

基于所述各个转轴电机对应的转动角度，对相应的转轴电机执行闭环矢量控制。

在一实施方式中，所述根据第一测量姿态信息和第二测量姿态信息，计算所述多轴云台上各个转轴电机对应的转动角度，包括：

根据所述第一测量姿态信息计算获得第一四元数q1，所述第一四元数q1用于表示所述第一IMU的惯性系姿态角；并根据所述第一四元数q1获得所述第一IMU相对于自身惯性系的旋转矩阵C1；

根据所述第二测量姿态信息计算获得第二四元数q2，所述第二四元数q2用于表示所述第二IMU的惯性系姿态角；并根据所述第二四元数q2获得所述第二IMU相对自身惯性系的旋转矩阵C2；

根据所述旋转矩阵C1和旋转矩阵C2，获得所述第二IMU相对于所述第一IMU的旋转矩阵C3＝C1^TC2；

根据所述旋转矩阵C3计算所述第一IMU相对于所述第二IMU的姿态角，所述姿态角即用于表示所述多轴云台上相应转轴电机的转动角度。

在一实施方式中，所述基于各个转轴电机对应的转动角度，对相应的转轴电机执行闭环矢量控制，包括：

将所述转轴电机定子的磁场矢量对齐到转子的交轴上，并在所述转子转动时，基于所述转轴电机对应的转动角度，保持所述定子的磁场矢量跟随所述转子的交轴。

在一实施方式中，所述云台为三轴云台，第一刚体构件用于承载第一转轴电机，且所述第一刚体构件也作为支撑整个云台的刚体构件，第二刚体构件连接所述第一转轴电机和第二转轴电机，所述第二刚体构件用于承载所述第二转轴电机，第三刚体构件连接所述第二转轴电机和第三转轴电机，所述第三转轴电机连接所述云台的载体平台，所述第三刚体构件用于承载所述第三转轴电机和所述载体平台；

所述第二IMU设置于所述第一刚体构件上，所述第一IMU和第二IMU为9轴IMU，所述9轴IMU由三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴地磁计组成，所述第一测量姿态信息包括第一三轴角速度、第一三轴加速度和第一三轴地磁计测量信息，所述第二测量姿态信息包括第二三轴角速度、第二三轴加速度和第二三轴地磁计测量信息。