CN113282005A - 无刷云台调控方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种无刷云台调控方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括获取无刷云台的姿态运行参数；对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。对姿态运行参数进行滤波融合，得到姿态解算值，属于姿态结算层的操作，而将姿态调节差值作为无刷电机的工作状态的调整条件，并对无刷电机的工作状态进行改变，属于对电机控制层的操作，将这两个层进行分层控制，使得控制***内的控制以及输出具有高自由度，提高了控制***的自由度数量。
Description
技术领域
本发明涉及无刷云台控制技术领域，特别是涉及一种无刷云台调控方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着无人机技术的发展，无刷云台的使用日趋成熟，而且，无刷云台作为主要的三轴姿态调节装置，通过控制软件***对其姿态进行有效地调整，以实现指定姿态的变换。传统的无刷云台控制技术采用FOC(Field-Oriented Control，磁场导向控制)控制技术，具有高效的姿态调节功能。
然而，传统的FOC控制技术对应的处理***中，仅能在三轴方向上实现三自由度的稳定以及控制，使得传统的FOC控制技术对于无刷云台的自由度的调节数较低，无法满足对于三自由度以上的稳定以及控制需求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种提高自由度数量的无刷云台调控方法、装置、计算机设备和存储介质。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种无刷云台调控方法，所述方法包括：
获取无刷云台的姿态运行参数；
对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
在其中一个实施例中，所述获取无刷云台的姿态运行参数，包括：获取所述无刷云台的加速度以及角速度。
在其中一个实施例中，所述获取所述无刷云台的加速度以及角速度，之后还包括：对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度。
在其中一个实施例中，所述对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度，之后还包括：对所述标定加速度进行反正切操作，得到反正切角度；对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度。
在其中一个实施例中，所述对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度，之后还包括：对所述标定角速度进行积分操作，得到积分角度；对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度。
在其中一个实施例中，所述对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度，之后还包括：对所述姿态解算角度进行矩阵转换操作，得到姿态四元数矩阵。
在其中一个实施例中，所述工作状态参数包括电机扭矩、电机转速、电机角速度以及电机角度测量次数中的至少一个。
一种无刷云台调控装置，所述装置包括：
姿态采集模块，用于获取无刷云台的姿态运行参数；
滤波融合模块，用于对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
偏差控制模块，用于将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
调控输出模块，用于根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取无刷云台的姿态运行参数；
对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取无刷云台的姿态运行参数；
对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
对姿态运行参数进行滤波融合，得到姿态解算值，属于姿态结算层的操作，而将姿态调节差值作为无刷电机的工作状态的调整条件，并对无刷电机的工作状态进行改变，属于对电机控制层的操作，将这两个层进行分层控制，使得控制***内的控制以及输出具有高自由度，提高了控制***的自由度数量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为一实施例中无刷云台调控方法的流程图；
图2为一实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明涉及一种无刷云台调控方法。在其中一个实施例中，所述无刷云台调控方法包括获取无刷云台的姿态运行参数；对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。对姿态运行参数进行滤波融合，得到姿态解算值，属于姿态结算层的操作，而将姿态调节差值作为无刷电机的工作状态的调整条件，并对无刷电机的工作状态进行改变，属于对电机控制层的操作，将这两个层进行分层控制，使得控制***内的控制以及输出具有高自由度，提高了控制***的自由度数量。
请参阅图1，其为本发明一实施例的无刷云台调控方法的流程图。所述无刷云台调控方法包括以下步骤的部分或全部。
S100：获取无刷云台的姿态运行参数。
在本实施例中，所述姿态运行参数为无刷云台的姿态对应的运行数值，所述姿态运行参数用于反映无刷云台的当前姿态，便于将无刷云台的姿态量转换为对应的数字量，从而便于后续对无刷云台的姿态进行解析，进而便于后续对无刷云台的姿态进行调整。
S200：对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值。
在本实施例中，所述姿态运行参数包括多种参数，例如，所述姿态运行参数包括俯仰轴偏角、横滚轴偏角以及偏航轴偏角，所述滤波融合操作是对各所述姿态运行参数的滤波融合，所述滤波融合操作的作用是对各姿态运行参数的干扰滤除以及优势互补，即将各姿态运行参数中混有的干扰参数滤除，以及对滤波后的各姿态运行参数之间的优势补偿，其中，优势互补就是将不同阶段内姿态运行参数中在训练模型中表现良好的参数作为主参数，例如，根据姿态运行参数在其中对不同频率的干扰信号的抗干扰能力，对应选择不同频率下的姿态运行参数。
S300：将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值。
在本实施例中，所述预设姿态值是通过遥控器发送至无刷云台的输入值，所述预设姿态值作为标准的姿态参考值，例如，遥控器发送的姿态调节信号对应的姿态值，其属性与所述姿态解算值相同。在所述姿态解算值获取后，将其与所述预设姿态值进行偏差调节操作，即为将无刷云台的当前姿态解算值与标准值进行比较，也即将无刷云台的当前姿态与标准姿态进行比较，得到的所述姿态调节差值用于展示无刷云台的当前姿态与遥控器发送的姿态之间的差异，便于后续根据所述姿态调节差值对无刷云台的姿态进行调整。
S400：根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
在本实施例中，所述姿态调节差值是对无刷云台的当前姿态与标准姿态之间的差异程度的体现，在获取了所述姿态调节差值后，便于通过所述姿态调节差值的数值大小，对无刷云台的当前姿态进行更新，使得无刷云台的姿态向遥控器发送的标准姿态靠近，从而使得无刷云台的姿态得以保持准确的姿态。
在上述各实施例中，对姿态运行参数进行滤波融合，得到姿态解算值，属于姿态结算层的操作，而将姿态调节差值作为无刷电机的工作状态的调整条件，并对无刷电机的工作状态进行改变，属于对电机控制层的操作，将这两个层进行分层控制，使得控制***内的控制以及输出具有高自由度，提高了控制***的自由度数量。
在其中一个实施例中，所述获取无刷云台的姿态运行参数，包括：获取所述无刷云台的加速度以及角速度。在本实施例中，所述姿态运行参数包括加速度以及角速度，所述加速度是通过无刷云台的加速度计采集的，所述角速度是通过无刷云台的陀螺仪采集的。通过对无刷云台的加速度以及角速度的采集，便于后续计算解析出无刷云台对应的姿态参数，无刷云台的姿态参数主要是通过加速度以及角速度来体现的，即无刷云台的加速度以及角速度通过解析可以直接转换为无刷云台的姿态参数，例如，通过所述加速度以及所述角速度转换为无刷云台的姿态偏转角。
进一步地，所述获取所述无刷云台的加速度以及角速度，之后还包括：对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度。在本实施例中，所述加速度以及所述角速度均是对无刷云台的姿态的体现，所述加速度是通过无刷云台的加速度计采集的，所述角速度是通过无刷云台的陀螺仪采集的。而所述加速度以及所述角速度在输入解析模块之前，由于自身存在采集干扰的不确定情况，使得采集的加速度以及角速度中掺杂有干扰值，尤其是在零点位置的偏移，即稳定状态下的偏移量。为了减少这些偏移量对所述加速度以及所述角速度的影响，即提高采集的加速度以及角速度的精准性，对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，即对所述加速度以及所述角速度进行零点偏移补偿，也即将所述加速度以及所述角速度中的零点偏移值去除，使得所述加速度以及所述角速度输出更加准确，确保了最终对无刷云台姿态的调整准确。
更进一步地，所述对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度，之后还包括：对所述标定加速度进行反正切操作，得到反正切角度；对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度。在本实施例中，所述标定加速度为加速度计采样的标准加速度，即加速度计在获取加速度之后，通过去偏操作将所述加速度中的零点偏移去除，使得所述标定加速度为实际的加速度，从而使得所述标定加速度更加接近准确的加速度。在获取了所述标定加速度之后，通过对所述标定加速度进行反正切操作，是将所述标定加速度进行反正切求取角度，由于所述标定加速度作为一个矢量，使得所述标定加速度中包含有对个轴上的加速度分量以及对应的角度，从而便于通过所述反正切操作对所述标定加速度进行角度的求取。为了更好地与所述无刷云台的硬件驱动更好地匹配，对所述反正切操作获取的反正切角度进行所述滤波操作，例如，对所述反正切角度进行一阶滞后滤波，得到的所述滤波角度即为滞后滤波角，而且，在对所述反正切角度进行一阶滞后滤波的过程中，是将前一次进行一阶滞后滤波后的滞后滤波角与本次的滞后滤波角进行一阶滞后滤波，即每一次的一阶滞后滤波操作的两个参数分别为前后两次的滞后滤波角，便于通过迭代的方式将相邻两次的滤波角度进行融合，从而便于求取准确的滤波角度。
再进一步地，所述对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度，之后还包括：对所述标定角速度进行积分操作，得到积分角度；对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度。在本实施例中，所述标定角速度为陀螺仪采样的标准角速度，在陀螺仪获取了所述角速度之后，对所述角速度同样进行去偏操作，将所述角速度中的零点偏移去除，使得所述标定角速度为实际的角速度，从而使得所述标定角速度更加接近准确的角速度。由于所述标定角速度是一个随时间变化的量，通过对所述标定角速度进行积分操作，以时间为积分变量，求取所述标定角速度的总量，使得所述积分操作后获取的数值为陀螺仪测量的偏转角度，即所述积分角度，便于求取陀螺仪上准确的姿态角度。
由于所述积分角度是通过陀螺仪采样的，陀螺仪在采样的过程中存在低频干扰，即陀螺仪在低频振动环境下的采样有较大的干扰，也即陀螺仪对低频信号较为敏感，使得陀螺仪在振动环境中低频干扰较大；所述滤波角度是通过加速度计获取的，加速度计在采样的过程中存在高频干扰，即加速度计在高频振动环境下的采样有较大的干扰，也即加速度计对高频信号较为敏感，使得加速度计在振动环境中高频干扰较大。为了有效地解决上述不同情况的干扰，对应地选取准确的频率下干扰较小的采样，通过对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，使得在高频环境下，主要使用陀螺仪采集的角速度作为无刷云台求取偏转角的参数，即在高频振动环境中，陀螺仪获取的角速度作为主要的求取无刷云台偏转角的基础参数；而在低频环境下，主要使用角速度计采集的加速度作为无刷云台求取偏转角的参数，即在低频振动环境中，加速度计获取的加速度作为主要的求取无刷云台偏转角的基础参数。其中，通过对所述积分角度与所述滤波角度的权重进行调整，便可将所述无刷云台的偏转角度求取出来，即所述姿态解算角度，使得无刷云台的姿态角中来自于陀螺仪的低频干扰信号以及来自于加速度计的高频干扰信号被有效地去除，从而使得在不同的频率下，所述无刷云台的姿态解算角度与实际的姿态角更加接近，提高所述无刷云台的实时姿态角的求取精度。在另一实施例中，根据频率的不同，对应修改所述积分角度与所述滤波角度的权重，例如，在高频振动环境下，所述积分角度的权重大于所述滤波角度的权重；而在低频振动环境下，所述积分角度的权重小于所述滤波角度的权重。这样，在不同的振动环境下，对应调整所述积分角度与所述滤波角度的权重，使得所述姿态解算角度中的干扰信号进一步减少，进一步地提高了获取所述无刷云台的姿态角的准确度。
又进一步地，所述对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度，之后还包括：对所述姿态解算角度进行矩阵转换操作，得到姿态四元数矩阵。在本实施例中，对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到的所述姿态解算角度即为无刷云台的融合姿态角，即所述姿态解算角度与无刷云台的实际姿态角接近。为了便于后续姿态角的更新，将所述姿态解算角度转换为对应的矩阵，即通过所述矩阵转换操作将所述姿态解算角度转换为姿态四元数矩阵，所述姿态四元数矩阵是对姿态角的超复数表示，使得所述姿态解算角度对应转换为指定的四元数，便于对所述无刷云台的姿态角的转换。在另一实施例中，对所述姿态四元数矩阵进行三轴解算操作，得到三轴解算值，其中，所述三轴解算值为三个相互垂直的轴的轴向数值，对应为所述无刷云台在每一个轴上的预计位置，便于后续对无刷云台的三轴角度位置进行更新，将不同姿态解算角度对应转换为三轴角度位置，使得陀螺仪以及加速度计采集的参数准确转换为在三轴坐标系下的位置。
在其中一个实施例中，将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值，包括：求取所述姿态解算值与所述预设姿态值的偏差值。在本实施例中，所述预设姿态值为遥控器通过无线传输方式发送给无刷云台的控制***，所述预设姿态值是对无刷云台的调整姿态时的标准姿态值，即作为所述姿态解算值的标准参考值，也即作为所述姿态解算值的最终趋近的数值。所述姿态调节差值为所述姿态解算值与所述预设姿态值的差异值，用于体现所述无刷云台的当前解算出来的姿态与遥控器发送的姿态之间的偏差情况。其中，所述偏差调节操作为PID(Proportion-Integral-Differential，比例-积分-微分)运算操作，便于对所述姿态解算值与所述预设姿态值进行偏微积分控制，使得所述姿态调节差值更容易体现出所述姿态解算值与所述预设姿态值之间的差异程度。而且，所述根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，是对所述无刷云台的三轴无刷电机的微调，对于三个不同的无刷电机，根据姿态四元数矩阵与所述预设姿态值对应的四元数矩阵进行相同元素的数值的比较，便于确定三个不同坐标轴上对应的无刷电机的运行参数，从而便于对各无刷电机进行运行参数的调整，即对无刷电机的电机扭矩、电机转速、电机角速度以及电机角度测量次数中的至少一个进行调整，以使得所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配，便于后续将无刷云台的姿态调整为遥控器指定的姿态。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本申请还提供一种无刷云台调控装置，其采用上述任一实施例中所述的无刷云台调控方法实现。在其中一个实施例中，所述无刷云台调控装置具有用于实现所述无刷云台调控方法各步骤对应的功能模块。所述无刷云台调控装置包括姿态采集模块、滤波融合模块、偏差控制模块以及调控输出模块，其中：
姿态采集模块，用于获取无刷云台的姿态运行参数；
滤波融合模块，用于对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
偏差控制模块，用于将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
调控输出模块，用于根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
在本实施例中，滤波融合模块对姿态运行参数进行滤波融合，得到姿态解算值，属于姿态结算层的操作，而偏差控制模块将姿态调节差值作为无刷电机的工作状态的调整条件，并对无刷电机的工作状态进行改变，属于对电机控制层的操作，将这两个层进行分层控制，使得控制***内的控制以及输出具有高自由度，提高了控制***的自由度数量。
在其中一个实施例中，所述姿态采集模块还用于获取所述无刷云台的加速度以及角速度。在本实施例中，所述姿态采集模块采集的姿态运行参数包括加速度以及角速度，所述加速度是通过无刷云台的加速度计采集的，所述角速度是通过无刷云台的陀螺仪采集的。通过姿态采集模块对无刷云台的加速度以及角速度的采集，便于后续计算解析出无刷云台对应的姿态参数，无刷云台的姿态参数主要是通过加速度以及角速度来体现的，即无刷云台的加速度以及角速度通过解析可以直接转换为无刷云台的姿态参数，例如，通过所述加速度以及所述角速度转换为无刷云台的姿态偏转角。
进一步地，所述滤波融合模块还用于对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度。在本实施例中，所述滤波融合模块采集的所述加速度以及所述角速度均是对无刷云台的姿态的体现，所述加速度是通过无刷云台的加速度计采集的，所述角速度是通过无刷云台的陀螺仪采集的。而所述加速度以及所述角速度在输入解析模块之前，由于自身存在采集干扰的不确定情况，使得采集的加速度以及角速度中掺杂有干扰值，尤其是在零点位置的偏移，即稳定状态下的偏移量。为了减少这些偏移量对所述加速度以及所述角速度的影响，即提高采集的加速度以及角速度的精准性，所述滤波融合模块对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，即对所述加速度以及所述角速度进行零点偏移补偿，也即将所述加速度以及所述角速度中的零点偏移值去除，使得所述加速度以及所述角速度输出更加准确，确保了最终对无刷云台姿态的调整准确。
更进一步地，所述滤波融合模块还用于对所述标定加速度进行反正切操作，得到反正切角度；对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度。在本实施例中，所述标定加速度为加速度计采样的标准加速度，即加速度计在获取加速度之后，滤波融合模块通过去偏操作将所述加速度中的零点偏移去除，使得所述标定加速度为实际的加速度，从而使得所述标定加速度更加接近准确的加速度。在获取了所述标定加速度之后，滤波融合模块通过对所述标定加速度进行反正切操作，是将所述标定加速度进行反正切求取角度，由于所述标定加速度作为一个矢量，使得所述标定加速度中包含有对个轴上的加速度分量以及对应的角度，从而便于通过所述反正切操作对所述标定加速度进行角度的求取。为了更好地与所述无刷云台的硬件驱动更好地匹配，对所述反正切操作获取的反正切角度进行所述滤波操作，例如，所述滤波融合模块还用于对所述反正切角度进行一阶滞后滤波，得到的所述滤波角度即为滞后滤波角，而且，在滤波融合模块对所述反正切角度进行一阶滞后滤波的过程中，是将前一次进行一阶滞后滤波后的滞后滤波角与本次的滞后滤波角进行一阶滞后滤波，即每一次的一阶滞后滤波操作的两个参数分别为前后两次的滞后滤波角，便于通过迭代的方式将相邻两次的滤波角度进行融合，从而便于求取准确的滤波角度。
再进一步地，所述滤波融合模块还用于对所述标定角速度进行积分操作，得到积分角度；对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度。在本实施例中，所述标定角速度为陀螺仪采样的标准角速度，在陀螺仪获取了所述角速度之后，对所述角速度同样进行去偏操作，将所述角速度中的零点偏移去除，使得所述标定角速度为实际的角速度，从而使得所述标定角速度更加接近准确的角速度。由于所述标定角速度是一个随时间变化的量，滤波融合模块通过对所述标定角速度进行积分操作，以时间为积分变量，求取所述标定角速度的总量，使得所述积分操作后获取的数值为陀螺仪测量的偏转角度，即所述积分角度，便于求取陀螺仪上准确的姿态角度。
由于所述积分角度是通过陀螺仪采样的，陀螺仪在采样的过程中存在低频干扰，即陀螺仪在低频振动环境下的采样有较大的干扰，也即陀螺仪对低频信号较为敏感，使得陀螺仪在振动环境中低频干扰较大；所述滤波角度是通过加速度计获取的，加速度计在采样的过程中存在高频干扰，即加速度计在高频振动环境下的采样有较大的干扰，也即加速度计对高频信号较为敏感，使得加速度计在振动环境中高频干扰较大。为了有效地解决上述不同情况的干扰，对应地选取准确的频率下干扰较小的采样，滤波融合模块通过对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，使得在高频环境下，主要使用陀螺仪采集的角速度作为无刷云台求取偏转角的参数，即在高频振动环境中，陀螺仪获取的角速度作为主要的求取无刷云台偏转角的基础参数；而在低频环境下，主要使用角速度计采集的加速度作为无刷云台求取偏转角的参数，即在低频振动环境中，加速度计获取的加速度作为主要的求取无刷云台偏转角的基础参数。其中，通过对所述积分角度与所述滤波角度的权重进行调整，便可将所述无刷云台的偏转角度求取出来，即所述姿态解算角度，使得无刷云台的姿态角中来自于陀螺仪的低频干扰信号以及来自于加速度计的高频干扰信号被有效地去除，从而使得在不同的频率下，所述无刷云台的姿态解算角度与实际的姿态角更加接近，提高所述无刷云台的实时姿态角的求取精度。在另一实施例中，根据频率的不同，对应修改所述积分角度与所述滤波角度的权重，例如，在高频振动环境下，所述积分角度的权重大于所述滤波角度的权重；而在低频振动环境下，所述积分角度的权重小于所述滤波角度的权重。这样，在不同的振动环境下，对应调整所述积分角度与所述滤波角度的权重，使得所述姿态解算角度中的干扰信号进一步减少，进一步地提高了获取所述无刷云台的姿态角的准确度。
又进一步地，所述滤波融合模块还用于对所述姿态解算角度进行矩阵转换操作，得到姿态四元数矩阵。在本实施例中，滤波融合模块对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到的所述姿态解算角度即为无刷云台的融合姿态角，即所述姿态解算角度与无刷云台的实际姿态角接近。为了便于后续姿态角的更新，滤波融合模块将所述姿态解算角度转换为对应的矩阵，即通过所述矩阵转换操作将所述姿态解算角度转换为姿态四元数矩阵，所述姿态四元数矩阵是对姿态角的超复数表示，使得所述姿态解算角度对应转换为指定的四元数，便于滤波融合模块对所述无刷云台的姿态角的转换。在另一实施例中，滤波融合模块还用于对所述姿态四元数矩阵进行三轴解算操作，得到三轴解算值，其中，所述三轴解算值为三个相互垂直的轴的轴向数值，对应为所述无刷云台在每一个轴上的预计位置，便于后续对无刷云台的三轴角度位置进行更新，将不同姿态解算角度对应转换为三轴角度位置，使得陀螺仪以及加速度计采集的参数准确转换为在三轴坐标系下的位置。
在其中一个实施例中，所述偏差控制模块还用于求取所述姿态解算值与所述预设姿态值的偏差值。在本实施例中，所述预设姿态值为遥控器通过无线传输方式发送给无刷云台的控制***，所述预设姿态值是对无刷云台的调整姿态时的标准姿态值，即作为所述姿态解算值的标准参考值，也即作为所述姿态解算值的最终趋近的数值。所述偏差控制模块获取的姿态调节差值为所述姿态解算值与所述预设姿态值的差异值，用于体现所述无刷云台的当前解算出来的姿态与遥控器发送的姿态之间的偏差情况。其中，所述偏差调节操作为PID(Proportion-Integral-Differential，比例-积分-微分)运算操作，便于偏差控制模块对所述姿态解算值与所述预设姿态值进行偏微积分控制，使得所述姿态调节差值更容易体现出所述姿态解算值与所述预设姿态值之间的差异程度。而且，所述根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，是对所述无刷云台的三轴无刷电机的微调，对于三个不同的无刷电机，根据姿态四元数矩阵与所述预设姿态值对应的四元数矩阵进行相同元素的数值的比较，便于确定三个不同坐标轴上对应的无刷电机的运行参数，从而便于对各无刷电机进行运行参数的调整，即对无刷电机的电机扭矩、电机转速、电机角速度以及电机角度测量次数中的至少一个进行调整，以使得所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配，便于后续将无刷云台的姿态调整为遥控器指定的姿态。
关于无刷云台调控装置的具体限定可以参见上文中对于无刷云台调控方法的限定，在此不再赘述。上述无刷云台调控装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请还提供一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图2所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种无刷云台调控方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在其中一个实施例中，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在其中一个实施例中，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种无刷云台调控方法，其特征在于，包括：
获取无刷云台的姿态运行参数；
对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
2.根据权利要求1所述的无刷云台调控方法，其特征在于，所述获取无刷云台的姿态运行参数，包括：
获取所述无刷云台的加速度以及角速度。
3.根据权利要求2所述的无刷云台调控方法，其特征在于，所述获取所述无刷云台的加速度以及角速度，之后还包括：
对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度。
4.根据权利要求3所述的无刷云台调控方法，其特征在于，所述对所述加速度以及所述角速度进行去偏操作，得到标定加速度以及标定角速度，之后还包括：
对所述标定加速度进行反正切操作，得到反正切角度；
对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度。
5.根据权利要求4所述的无刷云台调控方法，其特征在于，所述对所述反正切角度进行滤波操作，得到滤波角度，之后还包括：
对所述标定角速度进行积分操作，得到积分角度；
对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度。
6.根据权利要求5所述的无刷云台调控方法，其特征在于，所述对所述积分角度与所述滤波角度进行互补融合操作，得到姿态解算角度，之后还包括：
对所述姿态解算角度进行矩阵转换操作，得到姿态四元数矩阵。
7.根据权利要求1所述的无刷云台调控方法，其特征在于，所述工作状态参数包括电机扭矩、电机转速、电机角速度以及电机角度测量次数中的至少一个。
8.一种无刷云台调控装置，其特征在于，所述装置包括：
姿态采集模块，用于获取无刷云台的姿态运行参数；
滤波融合模块，用于对所述姿态运行参数进行滤波融合操作，得到姿态解算值；
偏差控制模块，用于将所述姿态解算值与预设姿态值进行偏差调节操作，得到姿态调节差值；
调控输出模块，用于根据所述姿态调节差值调整所述无刷云台的无刷电机的工作状态参数，以使所述姿态运行参数与预设姿态运行参数相匹配。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
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