一种云台电机控制方法

1.本发明涉及云台电机控制技术领域，具体涉及一种云台电机控制方法。


背景技术：

2.云台是无人机搭载各类光学载荷的关键设备，在隔离载机振动与姿态机动对成像质量影响的同时实现对特定目标稳定观测中起重要作用，针对手持云台、无人飞行器载荷等领域，云台在使用过程中往往被要求希望能够稳定跟随目标，为达到上述目的，现有技术多采用通过云台偏航角弱跟随云台正前方运动的方式实现，即当无人机航向旋转后，云台对航向夹角进行弱跟随，以收敛航向角。
3.现有的对于云台电机控制的方法存在以下的技术问题：(1)采用通过云台偏航角弱跟随云台正前方运动的方式实现，即当无人机航向旋转后，云台对航向夹角进行弱跟随，以收敛航向角，该过程中图像会出现明显迟滞，且云台相机对准目标后，图像由于弱随仍在运动，使得图像出现明显漂移，特别是对于变焦相机云台，其非常影响用户操控及体验，云台是用于承载负载以保持负载稳定的支撑工作台：(2)同时，上述云台弱随控制方法在将云台航向角收敛至小角度时，经常会出现图像水平方向一直在漂移的现象，导致用户体验极差，尤其是大倍率变焦云台，此现象主要是由于上述弱随控制方法在将云台航向角收敛至小角度过程中收敛时间过长导致的。因此为加快云台方位角度响应与跟随的速度，同时通过单向滞后变参控制算法实现在小角度稳态过程中保持云台控制的弱随特性，大角度则加快收敛特性，以提高云台小角度跟随的精度，提供了一种云台方位控制方法，可通过对云台电机的速度环采用超螺旋控制，对其位置环采用pid控制，产生并输出云台电机控制信号，保证云台电机位姿的高精度控制。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种云台电机控制方法，可通过对云台电机的速度环采用超螺旋控制，对其位置环采用pid控制，产生并输出云台电机控制信号，保证云台电机位姿的高精度控制。
5.为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：步骤1：建立云台电机控制模型，列出云台电机状态方程；
6.步骤2：对于云台电机的速度环进行超螺旋控制；
7.步骤3：对于云台电机的位置环进行pid控制；
8.步骤4：将进行超螺旋控制的速度环与进行pid控制的位置环相结合，构成能产生并输出云台电机控制信号，保证云台电机位姿的高精度控制。
9.进一步的，步骤2中对于速度环的超螺旋控制建立如下：对于云台电机的速度环进行超螺旋控制，可以从j＝(j＝1，2,
…
,k)个子电机开始设计框架，k为电机数目，在电机开始执行任务前，需要输入第j个电机的末端执行器，该预定路径具有由表示的3d曲线方
程，然后第j这个电机的矢量形式误差函数εj(t)∈rm是用来在瞬态和稳态下测量末端执行器的预定路径与实际轨迹之差，用第i个元素定义
[0010][0011]
其中，i＝1,2,
…
,m，为了使误差函数的每个元素在有限时间内具有扰动抑制特性收敛至零，可以设计调零神经动力学设计公式并将其用于
[0012][0013]
其中参数是用户预定义的参数，表示中间矢量形式的变量，可充分利用时间积分信息作为来自云台电机的反馈来抑制外部干扰ρj，进一步描述
[0014][0015]
因此，一个完整的动力学方程可以集成到以下方程中：
[0016][0017]
(12)中描述的方程正好是st算法的动力学方程，其一般描述为
[0018][0019]
其中，参数和是st算法的两个设计参数，另外，参数p＝1/2通常是根据控制理论中的st算法设置的，文献[11]已经研究了st算法在控制理论中的严格理论发展，st算法的应用包括系统控制、干扰观测和鲁棒的精确区分，可以通过利用st算法来有效设计鲁棒的控制器，而无需先验估计，通过利用上述(12)中描述的st算法，矢量值神经动力学方程的第i个元素描述如下：
[0020][0021]
等式(14)可以写成第j个电机的以下向量形式：
[0022][0023]
其中向量映射功能数组sig
p
(
·
)：rm→rm
的第i个元素被定义为
[0024][0025]
同时，i＝1,2,
…
,m。
[0026]
通过考虑矢量形式的动力学方程(15)并用误差函数替代，运动控制方程式描述为以下动力学方程式：
[0027][0028]
回忆方程式(7)中描述的具有外部干扰的电机的运动控制目标，动力学方程(17)用速度级的控制输入信号uj(t)表示为以下形式：
[0029][0030]
因此，可以得到多电机的整个控制输入矩阵，即u(t)＝[u1(t)u2(t)
…
ui(t)
…
uk(t)]
t
∈rk×n人作为多个机器人用户，通过在用于整个机器人控制系统的主计算机中给出指令，然后，指令作为输入信息r
p
(t)和传输到机器人计划器和求解器，最后，由求解器生成的解被传输到控制系统的执行器，即多电机，用于执行诸如携带物体之类的主要任务，整个控制系统是一个不使用遥控的自主机器人系统。
[0031]
理论分析：
[0032]
定理1:st-znn模型的全局稳定性和收敛性，假设多个电机都不受外部干扰，如果使用正的预定义参数且p＝1/2,则第j个电机从第i个任意初始位置和任意初始误差开始,则st-znn模型(18)全局稳定,对于具有i＝1，2，...，m和j＝1，2，...，k的k个云台的多电机的协调远动控制问题(7),在lyapunov的意义上,末端执行器轨迹的第i个元素全局收敛于第i个预定义路径
[0033]
证明:对于多机械第,第j个云台的第i个子系统的st-znn模型(18)的动力学方程式等效于在多电机都不受外部干扰条件下处理协调运动控制问题(7)的下列方程:
[0034][0035]
参数为p＝1/2，请注意,必须继续使用lyapunov候选函数，定义以下lyapunov函数候选:
[0036][0037]
当且仅当时,上面的lyapunov函数候选是不连续的，恰好是所提出的用于多机械敦协调运动控制的st-znn模型(18)的解决方案，在第j个机械从第i个任意初始位置和任意初始误差开始的情况下,lyapunov函数候选κ(t)保持连续，因此,鉴于时κ(t)＞0,并且仅时κ(t)＝0，κ(t)是正定的，随后，可以计算出κ(t)的时间导数为
[0038][0039]
因此,对于设计参数φ＞0和p＝1/2,对于时间t∈[0，+∞)，是负定的，基于lyapunov稳定性理论以及对不连续系统lasalle不变性原理的推广,st-znn模型(18)在误差函数的第i个子系统中是全局稳定的,全局收敛到0，由此得出,对于多电机的第j个云台,第i个末端执行器轨迹全局收玫于第i个预定义路径r
′
pi
(t)。
[0040]
第j个电机从第i个任意初始位置
[0041]
即任意初始误差开始，其中正是所提出的用于多电机协调运动控制的st-znn模型(18)的解决方案，st-znn模型(18)的全局稳定性和收敛在原点附近但不包含原点(或称为平衡点时成立，证明完成。
[0042]
定理2:st-znn模型的有限时间收敛，假设多个电机都不受外部干扰，如果使用预定义参数φ＞0且p＝1/2,并且第j个电机从任意初始状态开始,且在时间实例t＝0时误差则第i个实际轨迹通过提出的st-znn模型(18)在以下有限时间tf中全局收敛到第i个预定义路径
[0043][0044]
其中表示具有i＝1，2，...，m和j＝1，2，...，k的k个云台的多电机协调运动控制问题(7)的的最大值。
[0045]
证明:对于第j个云台电机的第i个子系统,选择一个中间变量为
[0046][0047]
注意和始终成立，因此,可以得到以下(23)中描述的中间变量j(t)的时间导数:
[0048][0049]
然后,通过代入中间变量h(t),状态等式(12)可以改写为
[0050][0051]
以及
[0052][0053]
同时,p＝1/2，因此,可以很容易地具有以下动力学方程:
[0054][0055][0056]
将lyapunov函数候选定义为
[0057][0058]
随后,它遵循h(t)的时间导数为
[0059][0060]
根据(27),可以得到:
[0061][0062]
通过将(31)代入(30),可以进一步获得:
[0063]
注意
[0064][0065]
永远成立，等价于:
[0066]
[0067]
所以存在:
[0068][0069]
进一步得到:
[0070][0071]
通过结合(32)和(36)的结果,可以得到:
[0072][0073]
因此,可以将(37)重新表示为
[0074][0075]
等式(38)等于
[0076][0077]
通过在(39)的两侧进行积分,可以得出:
[0078][0079]
以及等式(40)会导致
[0080][0081]
因此得出
[0082][0083]
从(42)可以很容易地发现,对于p＝1/2和
[0084][0085]
使得h(t)＝0。
[0086]
根据结果(43)和(37),得出结论,当时,h(t)＝0成立，因此,结果是,第j个机械辟从第i个任意初始位置开始,且初始误差由st-znn模型(17)合成的第i个实际轨迹在有限时间全局收敛到第i个预定义路径此外,由于
[0087][0088]
等式成立,得出:
[0089][0090]
对于整个多电机，有限收敛时间可以描述为指数为i＝1，2，...，m和j＝1，2，...，k。
[0091]
其中中间变量j(t)仅对于是不可微的，当时正是所提出的用于多电机协调运动控制的st-znn模型(18)的解决方案，仅在原点(或称为平衡点)处,对于状态系统(25)和(26)也是不可微的，因此,不等式(44)在原点附近但不包含原点的情况下成立,即,第j个电机从第i个任意初始位置开始,并且存在任意初始误差证明完成。
[0092]
定理3:带有外部干扰的st-znn模型的全局稳定性和收敛性，假设第j个电机受到外部干扰ρj的影响，如果使用预定义参数φ＞0且p＝1/2,则第j个电机从第i个任意初始位置和任意初始误差开始,则st-znn模型(18)全局稳定,对于具有i＝1，2，...，m和j＝1，2，...，k的k个子机器人的多电机的协调运动控制问题(7),在lyapunov的意义上,末端执行器轨迹的第i个元素全局收于第i个预定义路径
[0093]
证明:给定第j个云台电机的st-znn模型(18)存在附加扰动ρj,则第i个动态子系统对应于st-znn模型(18)的误差函数εj(t)可以描述为
[0094][0095]
选择一个中间变量:
[0096][0097]
得到:
[0098][0099]
其中,i＝1，2，...，m且与定理1中的步骤相似,将lyapunov函数候选定义为
[0100][0101]
因此,鉴于对于的l(t)＞0，1(t)是正定的,并且仅对于时,l(t)＝0。那么,l(t)的时间导数为
[0102][0103]
因此,对于设计参数φ＞0和p＝1/2,当时间t∈[0，+∞)，l(t)是负定的，基于lyapunov稳定性理论以及不连续系统lasalle不变性原理的一般化,对于第j个电机,在第i个子系统下的误差函数全局收敘于0时，具有加性常数扰动的st-znn模型(18)是全局稳定的，换句话说,第j个电机的第i个末端执行器轨迹全局收玫到第i个预定义路径类似地,第j个电机从第i个任意初始位置开始,即,任意初始误差请注意,情形正是提出的用于多电机协调运动控制的具有加性常数扰动的st-znn模型(18)的解决方案，具有加性常数扰动的st-znn模型(18)的全局稳定性和收敛性在原点附近但不包含原点(或称为平衡点)时成立，证明完成。
[0104]
定理4:具有外部干扰的st-znn模型的有限时间收敛，假设第j个机械珬受到外部干扰ρj的影响，如果使用预定义参数φ＞0且p＝1/2,则第j个电机从第i个任意初始位置和任意初始误差开始,则具有i＝1，2，...，m和j＝1，2，...，k的k个云台的多电机协调运动控制问题(7)的st-znn模型(18)是全局稳定的,末端执行器轨迹的第i个元素在有限时间tf中收敛于第i个预定义路径
[0105][0106]
此外,有限的收敛时间与多电机的外部干扰ρ的值无关。
[0107]
证明:鉴于加性常数扰动ρ≠0时的st-znn模型(18)与无扰动情况下的动力学方程相同,如(12)所示，因此,通过与(24)和(25)相同的j(t)变量替换,可以从定理1中的步骤推广出相同的结果，证明完成，收敛时间tf取决于预定义参数和初始误差当初始误差大时，应该更大，以使收敛时间tf缩短，请注意，参数是提出的st-znn模型(18)的重要参数，该模型由从业者预先定义，理论上，可以设定满足任意值，有限收敛时间tf与预定义参数成反比，为了缩短收敛时间，可以将预定义参数的值设置为硬件在实际机器人应用中允许的适当大小[12]。
[0108]
云台从传感器及前级设备获取云台控制参数信息；根据云台电机速度环超螺旋控制器、位置环pid控制器产生并输出云台电机控制信号，根据所述云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度包括如下步骤：
[0109]
根据以下公式获取补偿后的云台方位角度err_ture：
[0110]
err_ture＝err+posh_k*err_b
[0111]
其中，posh_k为位置环补偿参数，可根据实际跟踪效果进行调整；err为云台当前的方位误差角度，可通过传感器获得；err_b为无人机控制器/手持云台控制器输出的方位控制信息，获取用于控制云台电机的云台跟随参数包括如下步骤：
[0112]
根据公式abs_temp＝fabs(目标位置a-位置传感器反馈b)计算云台位置角度误差绝对值abs_temp；根据云台位置角度误差绝对值abs_temp计算位置环补偿参数posh_k；
[0113]
将位置环补偿参数posh_k与云台跟随参数nlsef_k进行比较，且
[0114]
若posh_k》nlsef_k，则云台跟随参数nlsef_k的取值满足nlsef_k＝posh_k；
[0115]
若posh_k≤nlsef_k，且当前云台位置角度误差绝对值abs_temp≥0.1，则nlsef_k(t+1)＝(0.97+0.0027*nlsef_k(t))*nlsef_k(t)+(0.03-0.0027*nlsef_k(t))*posh_k(t)，其中，t为单位时间的变量，代表当前时刻，t+1代表下一时刻；
[0116]
若posh_k≤nlsef_k，且当前云台位置角度误差绝对值abs_temp《0.1，则云台跟随参数nlsef_k的取值满足nlsef_k＝posh_k。
[0117]
根据云台位置角度误差绝对值abs_temp计算位置环补偿参数posh_k包括
[0118]
如下步骤：
[0119]
当abs_temp《x[0]时，posh_k＝y[0]；
[0120]
当abs_temp≥x[n]时，posh_k＝y[n]；
[0121]
当x[0]《abs_temp《x[n]时，
[0122]
进行一维插值计算，其包括如下步骤：
[0123]
当abs_temp∈[x[0]，x[1]]时，
[0124]
则posh_k＝((y[1]-y[0])/(x[1]-x[0]))*(abs_temp-x[0])+y[0]；
[0125]
当abs_temp∈[x[1]，x[2]]时，
[0126]
则posh_k＝((y[2]-y[1])/(x[2]-x[1]))*(abs_temp-x[1])+y[1]；
[0127]
当abs_temp∈[x[2]，x[3]]时，
[0128]
posh_k＝((y[3]-y[2])/(x[3]-x[2]))*(abs_temp-x[2])+y[2]；
[0129]
...
[0130]
当abs_temp∈[x[n-1]，x[n]]时，
[0131]
则posh_k＝((y[n]-y[n-1])/(x[n]-x[n-1]))*(abs_temp-x[n-1])+y[n-1]；
[0132]
其中，n为正整数，x[0]、x[1]、x[2]、x[3]...x[n]为云台位置角度误差绝对值abs_
[0133]
temp的误差数组，y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]为系数数组，x[0]、x[1]、x[2]、x[3].x[n]，y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]均为常数，且x[0]《x[1]《x[2]《x[3]...x[n]，y[0]《y[1]《y[2]《y[3]...y[n]，同时y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]均大于0。
[0134]
优选的，根据云台电机速度环超螺旋控制器、位置环pid控制器产生并输出云台电机控制信号包括如下步骤：
[0135]
位置环pid控制器根据如下公式输出位置环pid控制器输出量output：
[0136][0137]
其中，kp＝nlsef_k，ki、kj为位置环pid控制器相关参数。
[0138]
根据云台电机速度环超螺旋控制器、位置环pid控制器产生并输出云台电机控制信号包括如下步骤：
[0139]
速度环超螺旋控制器根据如下公式输出速度环超螺旋控制器输出量output’:
[0140][0141]
其中，kp’、ki’、kj’为速度环超螺旋控制器相关参数；err’为位置环pid控制器输出量output与云台内部方位速度传感器所获取的方位角速度之间的偏差值，还提供一种云台控制系统，其包括：云台位置前馈补偿器，其用于根据云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度；云台单向滞后变参控制器，其用于获取用于控制云台电机的云台跟随参数；
[0142]
速度环超螺旋控制器，其用于输出位置环pid控制器输出量；
[0143]
位置环pid控制器，其用于输出速度环超螺旋控制器输出量。
[0144]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0145]
本发明能根据云台控制参数信息对云台方位角度进行补偿计算，实现对云台当前运动状态的超前预测，加快云台方位角度响应与跟随的速度；同时通过单向滞后变参控制算法实现在小角度稳态过程中保持云台控制的弱随特性，大角度则加快收敛特性，以提高云台小角度跟随的精度，进一步解决图像水平方向一直在漂移的问题。
附图说明
[0146]
图1为本发明中云台方位控制方法的步骤流程图；
[0147]
图2为本实施例提供了一种用于实现实施例1中云台控制方法的云台控制系统。
具体实施方式
[0148]
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种云台电机控制方法或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
[0149]
一种用于实现实施例1中云台控制方法的云台控制系统，如图2所示，其包括：云台位置前馈补偿器1，其用于根据云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度，其具体步骤与步骤s2相同；
[0150]
云台单向滞后变参控制器2，其用于获取用于控制云台电机的云台跟随参数，其具体步骤如下：
[0151]
根据公式abs_temp＝fabs(目标位置a-位置传感器反馈b)计算云台位置角度误差绝对值abs_temp；其中，fabs代表取绝对值，所述目标位置a为用户期望将云台角度调整到的位置，如无人机正前方0
°
；所述位置传感器反馈b包括云台角度传感器获取的当前云台角度位置，如30
°
，则此时云台位置角度误差绝对值abs_temp＝fabs(0
‑°
30
°
)＝30
°
；根据云台位置角度误差绝对值abs_temp计算位置环补偿参数posh_k，其具体包括如下步骤：
[0152]
当abs_temp《x[0]时，posh_k＝y[0]；
[0153]
当abs_temp≥x[n]时，posh_k＝y[n]；
[0154]
当x[0]《abs_temp《x[n]时，进行一维插值计算，其包括如下步骤：
[0155]
当abs_temp∈[x[0]，x[1]]时，
[0156]
则posh_k＝((y[1]-y[0])/(x[1]-x[0]))*(abs_temp-x[0])+y[0]；
[0157]
当abs_temp∈[x[1]，x[2]]时，
[0158]
则posh_k＝((y[2]-y[1])/(x[2]-x[1]))*(abs_temp-x[1])+y[1]；
[0159]
当abs_temp∈[x[2]，x[3]]时，
[0160]
posh_k＝((y[3]-y[2])/(x[3]-x[2]))*(abs_temp-x[2])+y[2]；
[0161]
...
[0162]
当abs_temp∈[x[n-1]，x[n]]时，
[0163]
则posh_k＝((y[n]-y[n-1])/(x[n]-x[n-1]))*(abs_temp-x[n-1])+y[n-1]；
[0164]
其中，n为正整数，x[0]、x[1]、x[2]、x[3]...x[n]为云台位置角度误差绝对值abs_
[0165]
temp的误差数组，y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]为系数数组，x[0]、x[1]、x[2]、x[3]x[n]，y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]均为设置的常数，可根据实际调节，且x[0]《x[1]《x[2]《x[3]...x[n]，y[0]《y[1]《y[2]《y[3]...y[n]，同时y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]均大于0；
[0166]
将位置环补偿参数posh_k与云台跟随参数nlsef_k进行比较，且
[0167]
若posh_k》nlsef_k，则云台跟随参数nlsef_k的取值满足nlsef_k＝posh_k；
[0168]
若posh_k≤nlsef_k，且当前云台位置角度误差绝对值abs_temp≥0.1，则nlsef_k(t+1)＝(0.97+0.0027*nlsef_k(t))*nlsef_k(t)+(0.03-0.0027*nlsef_k(t))*posh_k(t)，其中，t为单位时间的变量，代表当前时刻，t+1代表下一时刻；
[0169]
若posh_k≤nlsef_k，且当前云台位置角度误差绝对值abs_temp《0.1，则云台跟随参数nlsef_k的取值满足nlsef_k＝posh_k以及s4、根据云台电机速度环超螺旋控制器、位置环pid控制器产生并输出云台电机控制信号；
[0170]
具体包括如下步骤：
[0171]
位置环pid控制器根据如下公式输出位置环pid控制器输出量output：
[0172][0173]
其中，kp＝nlsef_k，ki、kj为位置环pid控制器相关参数；
[0174]
速度环超螺旋控制器根据如下公式输出速度环超螺旋控制器输出量output’：
[0175][0176]
其中，kp’、ki’、kj’为速度环超螺旋控制器相关参数；err’为位置环pid控制器输出量output与云台内部方位速度传感器所获取的方位角速度之间的偏差值；云台电机根据位置环pid控制器输出量output进行转动位置调整，以及根据速度环超螺旋控制器输出量output’进行转速调整。
[0177]
速度环超螺旋控制器3，其用于输出位置环pid控制器输出量output；
[0178]
位置环pid控制器4，其用于输出速度环超螺旋控制器输出量output’。
[0179]
综上所述，本发明能根据云台控制参数信息对云台方位角度进行补偿计算，实现对云台当前运动状态的超前预测，加快云台方位角度响应与跟随的速度；同时通过单向滞后变参控制算法实现nlsef_k向云台位置角度误差绝对值abs_temp减小方向的单向滞后，
使得在小角度稳态过程中可保持云台控制的弱随特性，大角度则加快收敛特性，以提高云台小角度跟随的精度，进一步保证云台电机位姿的高精度控制。
[0180]
总之，本发明能根据云台控制参数信息对云台方位角度进行补偿计算，实现对云台当前运动状态的超前预测，加快云台方位角度响应与跟随的速度；同时通过单向滞后变参控制算法实现nlsef_k向云台位置角度误差绝对值abs_temp减小方向的单向滞后，使得在小角度稳态过程中可保持云台控制的弱随特性，大角度则加快收敛特性，以提高云台小角度跟随的精度，进一步保证云台电机位姿的高精度控制。
[0181]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种云台电机控制方法，其特征在于，具体控制步骤如下：步骤一：云台从传感器及前级设备获取云台控制参数信息；步骤二：根据所述云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度；步骤三：获取用于控制云台电机的云台跟随参数；步骤四：对云台电机速度环使用超螺旋控制方法，位置环使用pid控制方法，产生并输出云台电机控制信号。2.如权利要求1所述的云台方位控制方法，其特征在于，步骤一：所述云台控制参数信息包括云台方位角度、航向速度、云台imu数据信息的其中一种或一种以上。3.如权利要求1所述的云台方位控制方法，其特征在于，步骤二：根据所述云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度包括如下步骤：根据以下公式获取补偿后的云台方位角度err_ture：err_ture＝err+posh_k*err_b，其中，posh_k为位置环补偿参数，可根据实际跟踪效果进行调整，err为云台当前的方位误差角度，可通过传感器获得，err_b为无人机控制器/手持云台控制器输出的方位控制信息。4.如权利要求3所述的云台方位控制方法，其特征在于，步骤三：获取用于控制云台电机的云台跟随参数包括如下步骤：根据公式abs_temp＝fabs(目标位置a-位置传感器反馈b)计算云台位置角度误差绝对值abs_temp；根据云台位置角度误差绝对值abs_temp计算位置环补偿参数posh_k；将位置环补偿参数posh_k与云台跟随参数nlsef_k进行比较，且若posh_k>nlsef_k，则云台跟随参数nlsef_k的取值满足nlsef_k＝posh_k；若posh_k≤nlsef_k，且当前云台位置角度误差绝对值abs_temp≥0.1，则nlsef_k(t+1)＝(0.97+0.0027*nlsef_k(t))*nlsef_k(t)+(0.03-0.0027*nlsef_k(t))*posh_k(t)，其中，t为单位时间的变量，代表当前时刻，t+1代表下一时刻；若posh_k≤nlsef_k，且当前云台位置角度误差绝对值abs_temp<0.1，则云台跟随参数nlsef_k的取值满足nlsef_k＝posh_k。5.如权利要求4所述的云台方位控制方法，其特征在于，步骤三：根据云台位置角度误差绝对值abs_temp计算位置环补偿参数posh_k包括如下步骤：当abs_temp<x[0]时，posh_k＝y[0]；当abs_temp≥x[n]时，posh_k＝y[n]；当x[0]<abs_temp<x[n]时，进行一维插值计算，其包括如下步骤当abs_temp∈[x[0]，x[1]]时，则posh_k＝((y[1]-y[0])/(x[1]-x[0]))*(abs_temp-x[0])+y[0]；当abs_temp∈[x[1]，x[2]]时，则posh_k＝((y[2]-y[1])/(x[2]-x[1]))*(abs_temp-x[1])+y[1]；当abs_temp∈[x[2]，x[3]]时，posh_k＝((y[3]-y[2])/(x[3]-x[2]))*(abs_temp-x[2])+y[2]；...当abs_temp∈[x[n-1]，x[n]]时，
则posh_k＝((y[n]-y[n-1])/(x[n]-x[n-1]))*(abs_temp-x[n-1])+y[n-1]；其中，n为正整数，x[0]、x[1]、x[2]、x[3]...x[n]为云台位置角度误差绝对值abs_temp的误差数组，y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]为系数数组，x[0]、x[1]、x[2]、x[3]...x[n]，[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]均为常数，且x[0]<x[1]<x[2]<x[3]...x[n]，y[0]<y[1]<y[2]<y[3]...y[n]，同时y[0]、y[1]、y[2]、y[3]...y[n]均大于0。6.如权利要求4所述的云台方位控制方法，其特征在于，步骤四：根据云台电机速度环pid控制器、位置环pid控制器产生并输出云台电机控制信号，包括如下步骤：位置环pid控制器根据如下公式输出位置环pid控制器输出量output：其中，kp＝nlsef_k，ki、kj为位置环pid控制器相关参数。7.如权利要求6所述的云台方位控制方法，其特征在于，步骤四：根据云台电机速度环超螺旋控制器、位置环pid控制器产生并输出云台电机控制信号，包括如下步骤：速度环超螺旋控制器根据如下公式输出速度环超螺旋控制器输出量output’：其中，kp’、ki’、kj’为速度环超螺旋控制器相关参数；err’为位置环pid控制器输出量output与云台内部方位速度传感器所获取的方位角速度之间的偏差值。8.一种云台控制系统，其特征在于，包括：云台位置前馈补偿器，其用于根据云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度；云台单向滞后变参控制器，其用于获取用于控制云台电机的云台跟随参数；速度环超螺旋控制器，其用于输出位置环pid控制器输出量；位置环pid控制器，其用于输出速度环超螺旋控制器输出量。

技术总结
本发明涉及一种云台电机控制方法，具体控制步骤如下：步骤一：云台从传感器及前级设备获取云台控制参数信息；步骤二：根据所述云台控制参数信息进行补偿计算，以获取补偿后的云台方位角度；步骤三：获取用于控制云台电机的云台跟随参数；步骤四：对云台电机速度环使用超螺旋控制方法，位置环使用PID控制方法，产生并输出云台电机控制信号，本发明建立云台位姿控制系统多源干扰模型，获取当前云台系统状态参数，针对多源干扰，设计干扰观测器，对云台控制参数信息进行补偿计算，获取补偿后的云台方位角度，对云台电机速度环使用超螺旋控制方法，对云台电机的位置环使用PID控制方法，产生并输出云台电机控制信号，保证云台电机位姿的高精度控制。高精度控制。高精度控制。


技术研发人员：张羽杰 蒋天尘 顾奕杰 阚司源 徐恒舟 陈嘉惠 刘子航 刘颖 张力文 张雨婷 金俊阳 孙振兴
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/21