CN108594862A - 一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法 - Google Patents
一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108594862A CN108594862A CN201810163264.7A CN201810163264A CN108594862A CN 108594862 A CN108594862 A CN 108594862A CN 201810163264 A CN201810163264 A CN 201810163264A CN 108594862 A CN108594862 A CN 108594862A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axis
- stage body
- shaft
- angle
- shaft angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 title abstract 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 17
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 17
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
- G05D3/12—Control of position or direction using feedback
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面的奇异问题的方法,通过数学的方法,调控三轴的稳定,可确保三轴稳定***各轴均接近水平面时台体不出现抖动或翻倒问题,保证台体上所承载对象不受损伤,奇异工作状态下,台体的俯仰和横滚仍能保持稳定,对于很多应用场合仍能得到可以接受的稳定效果。
Description
技术领域
本发明属于拍摄领域,具体涉及一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法。
背景技术
三轴稳定***一般由台体、内环、外环和基座组成。台体与内环之间通过内环轴铰接;内环和外环之间通过内轴铰接;外环和基座之间通过外轴铰接。台体上安装用于测量台体相对大地倾角和方位的姿态传感器组合。台体轴、内轴和外轴上各安装一个电动机。台体轴、内轴和外轴上各安装一个轴角传感器。
三轴稳定***台体轴和外轴重合时,台体相对大地的方位偏差角无法通过电机驱动进行纠正,且计算绕外轴方向偏差角时存在分母为0的问题。由于上述原因,三轴稳定***在台体轴和外轴重合时不能正常工作。实际***中台体轴和外轴接***行时但不完全重合时台体会出现抖动甚至翻倒现象,即奇异问题。
对于无人机使用的三轴稳定***不出现内轴和外轴近似重合的现象,因此始终能够正常工作。但是,对于手持式云台(三轴稳定***)来说,用户运动的随意性很可能导致其出现内轴和外轴近似重合的现象。如果不能得到有效解决,很有可能导致云台台体上的摄像器材在台体翻倒过程中受到损伤。
发明内容
一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面时工作异常问题的方法,采用坐标系和参数符号进行描述,相关定义如下
台体轴角定义为内环绕yF轴相对台体的转角,定义域为[-π,+π);
内轴角定义为外环绕xF轴相对内环的转角,定义域为[-π,+π);
外轴角定义为手柄绕zF轴相对外环的转角,定义域为[-π,+π);
台体系p:固连于台体,yp轴与yF平行,云台各轴角均为0时xF轴与xp平行,xp、yp和zp构成右手直角坐标系;
导航系n:xn指向东、yn指向北、zn指向天;
方位角φ:导航系的yn轴到台体系yp轴在水平面投影的角,北偏东为正,定义域[0,2π);
俯仰角θ:台体系yp轴在水平面的投影到yp的角,定义域[-π/2,+π/2],yp轴指向地面上方为正,否则为负;
横滚角γ:台体系绕yp轴相对导航系n的转角,定义域[-π,+π),极性符合右手定则;
根据内轴和外轴是否接近重合,将***为正常状态和奇异两种工作状态,算法执行过程中,每个控制周期判断内轴上的轴角传感器测得的是否接近±90°:如果不接近±90°则判定***处于正常状态;如果接近±90°则判定***处于奇异状态,为避免轴角在判断边界附近时微小变化导致判断结果反复切换,在判断方法中加入迟滞环节;
***处于正常工作状态时采用常规的三轴稳定控制方式,***处于奇异状态时采用台体俯仰和横滚稳定、外轴锁定的控制方式,台体俯仰和横滚稳定、外轴锁定的控制方式可以实现奇异工作状态下,台体的俯仰和横滚保持稳定,台体的方位角随基座一起转动。
本发明具有如下有益效果:可确保三轴稳定***各轴均接近水平面时台体不出现抖动或翻倒问题,保证台体上所承载对象不受损伤,奇异工作状态下,台体的俯仰和横滚仍能保持稳定,对于很多应用场合仍能得到可以接受的稳定效果。
附图说明
图1为本发明的三轴稳定***台体轴和外轴重合图;
图2为本发明的轴角示意图;
图3为本发明的工作状态转移图。
具体实施方式
下面结合图1至图3,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述,以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1所示,台体轴角定义为内环绕yF轴相对台体的转角,定义域为[-π,+π);
内轴角定义为外环绕xF轴相对内环的转角,定义域为[-π,+π);
外轴角定义为手柄绕zF轴相对外环的转角,定义域为[-π,+π);
台体系p:固连于台体,yp轴与yF平行,云台各轴角均为0时xF轴与xp平行,xp、yp和zp构成右手直角坐标系;
导航系n:xn指向东、yn指向北、zn指向天;
方位角φ:导航系的yn轴到台体系yp轴在水平面投影的角,北偏东为正,定义域[0,2π);
俯仰角θ:台体系yp轴在水平面的投影到yp的角,定义域[-π/2,+π/2],yp轴指向地面上方为正,否则为负;
横滚角γ:台体系绕yp轴相对导航系n的转角,定义域[-π,+π),极性符合右手定则;
根据内轴和外轴是否接近重合,将***为正常状态和奇异两种工作状态:算法开始时设定***工作在正常状态;如果***处于正常状态,且则判断***进入奇异状态;如果***处于正常状态,且则判断***仍处于正常状态;如果***处于奇异状态,且则判断***进入正常状态;如果***处于奇异状态,且则判断***仍处于奇异状态,判据中θInRealm<θOutRealm,这种处理方式称为带滞环的奇异状态判断,可以有效避免处于判断边界附近时,由于的微小变化使判断结果在两种状态之间频繁切换的问题;
***处于正常工作状态时采用常规的三轴稳定控制方式,***处于奇异状态时采用台体俯仰和横滚稳定、外轴锁定的控制方式;
为叙述方便后文采用如下矩阵表示方式
其中,α为任意角度,
台体俯仰和横滚稳定、外轴锁定的控制方式中外环的姿态矩阵为
其中:为姿态传感器组合测得的台体姿态矩阵;为内环相对台体的姿态矩阵;为外环相对内环的姿态矩阵;
由台体轴角传感的实时测量值确定
由内轴角传感的实时测量值确定
将式(5)和式(6)代入式(4)即可得到外环的实时姿态矩阵将的计算结果记成元素形式为
由此得到目标俯仰角θd、目标横滚角γd、目标台体轴角和目标内轴角的计算结果,
如果上一节拍,ηd∈(-0.5π,+0.5π)则本拍仍要求ηd∈(-0.5π,+0.5π)
如果上一节拍,ηd∈(0.5π,π]∪(-π,-0.5π)则本拍仍要求ηd∈(0.5π,π]∪(-π,-0.5π)
目标外轴角取进入奇异状态瞬时的外轴角;
根据和轴角传感器实时测得的轴角只差进行反馈控制即可解决三轴稳定***各轴均接近水平面的奇异问题。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面时工作异常问题的方法,其特征在于:
根据内轴和外轴是否接近重合,将***为正常状态和奇异两种工作状态,算法执行过程中,每个控制周期判断内轴上的轴角传感器测得的是否接近±90°:如果不接近±90°则判定***处于正常状态;如果接近±90°则判定***处于奇异状态;
为避免轴角在判断边界附近时微小变化导致判断结果反复切换,在判断方法中加入迟滞环节,台体轴角定义为内环绕yF轴相对台体的转角,定义域为[-π,+π),内轴角定义为外环绕xF轴相对内环的转角,定义域为[-π,+π),外轴角定义为手柄绕zF轴相对外环的转角,定义域为[-π,+π),固连于台体,yp轴与yF平行,云台各轴角均为0时xF轴与xp平行,xp、yp和zp构成右手直角坐标系,xn指向东、yn指向北、zn指向天,:方位角φ:导航系的yn轴到台体系yp轴在水平面投影的角,北偏东为正,定义域[0,2π),俯仰角θ:台体系yp轴在水平面的投影到yp的角,定义域[-π/2,+π/2],yp轴指向地面上方为正,否则为负,横滚角γ:台体系绕yp轴相对导航系n的转角,定义域[-π,+π),极性符合右手定则;
其中为姿态传感器组合测得的台体姿态矩阵;为内环相对台体的姿态矩阵;为外环相对内环的姿态矩阵,由台体轴角传感的实时测量值确定 由内轴角传感的实时测量值确定,将式(5)和式(6)代入式(4)即可得到外环的实时姿态矩阵将的计算结果记成元素形式为
如果上一节拍,ηd∈(-0.5π,+0.5π),则本拍仍要求ηd∈(-0.5π,+0.5π),
如果上一节拍,ηd∈(0.5π,π]∪(-π,-0.5π),则本拍仍要求ηd∈(0.5π,π]∪(-π,-0.5π),
目标外轴角取进入奇异状态瞬时的外轴角;
根据和轴角传感器实时测得的轴角只差进行反馈控制,从而解决三轴稳定***各轴均接近水平面的奇异问题。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810163264.7A CN108594862B (zh) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810163264.7A CN108594862B (zh) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108594862A true CN108594862A (zh) | 2018-09-28 |
CN108594862B CN108594862B (zh) | 2021-08-03 |
Family
ID=63599901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810163264.7A Expired - Fee Related CN108594862B (zh) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | 一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108594862B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112272806A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-01-26 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 云台控制方法、装置、云台和存储介质 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103727939A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-16 | 清华大学 | 一种双轴旋转的姿态测量***及其测量方法 |
CN104385283A (zh) * | 2014-07-03 | 2015-03-04 | 哈尔滨工程大学 | 一种六自由度机械臂奇异位形的快速判断方法 |
CN104677358A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 哈尔滨恒誉名翔科技有限公司 | 一种微捷联航姿***全姿态控制器 |
CN105043414A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-11-11 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种三轴惯性稳定平台***的台体控制参数计算方法 |
CN105115503A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-02 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种三轴稳定平台***的伺服回路解耦方法 |
CN105157702A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-12-16 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种全姿态三框架四轴惯性平台随动环控制方法 |
CN105180936A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-23 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种四轴惯性稳定平台***的伺服回路解耦方法 |
CN105698793A (zh) * | 2015-07-06 | 2016-06-22 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种四轴惯性稳定平台***的伺服回路解耦方法 |
CN105865490A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-17 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种惯性稳定平台固定基座多位置自瞄准方法 |
-
2018
- 2018-02-26 CN CN201810163264.7A patent/CN108594862B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104677358A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 哈尔滨恒誉名翔科技有限公司 | 一种微捷联航姿***全姿态控制器 |
CN103727939A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-16 | 清华大学 | 一种双轴旋转的姿态测量***及其测量方法 |
CN104385283A (zh) * | 2014-07-03 | 2015-03-04 | 哈尔滨工程大学 | 一种六自由度机械臂奇异位形的快速判断方法 |
CN105157702A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-12-16 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种全姿态三框架四轴惯性平台随动环控制方法 |
CN105043414A (zh) * | 2015-07-06 | 2015-11-11 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种三轴惯性稳定平台***的台体控制参数计算方法 |
CN105698793A (zh) * | 2015-07-06 | 2016-06-22 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种四轴惯性稳定平台***的伺服回路解耦方法 |
CN105115503A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-02 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种三轴稳定平台***的伺服回路解耦方法 |
CN105180936A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-23 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种四轴惯性稳定平台***的伺服回路解耦方法 |
CN105865490A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-17 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种惯性稳定平台固定基座多位置自瞄准方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
DALE F.ENNS: "Rocket Stabilization as a Structured Singular Value Synthesis Design Example", 《CONTROL SYSTEM》 * |
DEMET CILDEN等: "Covariance Analysis of Three-Axis Attitude Determination USing Two Vector Measurements:IEEE,three axis and singular", 《CONTROL SYSTEM》 * |
关晓东等: "SGCMG控制的三轴稳定航天器姿态动力学建模", 《航天器工程》 * |
赵长山等: "修正型罗德里格参数姿态算法研究", 《测控技术》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112272806A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-01-26 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 云台控制方法、装置、云台和存储介质 |
WO2021026779A1 (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-18 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 云台控制方法、装置、云台和存储介质 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108594862B (zh) | 2021-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10240714B2 (en) | Stabilizer and angle adjusting method thereof | |
CN111791227B (zh) | 机器人手眼标定方法、装置及机器人 | |
CN106155074B (zh) | 一种保证星地链路的卫星三轴对日定向控制方法 | |
US20170029103A1 (en) | Unmanned vehicle | |
CN105014666B (zh) | 一种多自由度机械手自主抓取逆解工程算法 | |
CN108594862A (zh) | 一种解决三轴稳定***各轴均接近水平面奇异问题的方法 | |
CN111819511A (zh) | 飞行机器人 | |
CN206953001U (zh) | 一种用于多自由度主操作手中的连杆机构 | |
US20240111303A1 (en) | Systems and methods of detecting intent of spatial control | |
CN111483618A (zh) | 一种适用于火星探测的多指向驱动任务自主管理控制方法 | |
CN113296524B (zh) | 水下仿生球形/半球形机器人的推力矢量分配优化方法 | |
CN108549411A (zh) | 一种解决三轴稳定***各轴均接近竖直面奇异问题的方法 | |
CN206601624U (zh) | 一种水下无人船航行控制*** | |
CN109407696A (zh) | 一种无人机航向角动态校定方法 | |
CN112776950A (zh) | 一种双船体式浆翼喷洒菌剂船 | |
CN102360222A (zh) | 控制工程机械的机械臂的方法、装置和遥控器 | |
CN107077144A (zh) | 显示可移动装置的状态的方法、***和控制装置 | |
JPH07202541A (ja) | 3軸制御空中線装置 | |
CN206723748U (zh) | 一种免拆可折叠支架 | |
CN205168879U (zh) | 基于gps的自主驾驶植保飞机 | |
CN108521806B (zh) | 一种航向修正方法、设备及飞行器 | |
CN108638095A (zh) | 一种机器人运动控制装置及其操作方法 | |
CN113787502A (zh) | 一种基于神经动力学的三轮全向移动机器人状态调整方法 | |
JPS62194513A (ja) | ロボツトの円弧補間姿勢制御装置 | |
CN112066957B (zh) | 一种控制机载光电转塔瞄准线按地理方位运动的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210803 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |