电动云台机械间隙的自动跟踪与补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种电动云台机械间隙的自动跟踪与补偿方法，该方法通过如下步骤（1）确定间隙误差的最大值；（2）通过对间隙误差的自动跟踪，测算出间隙误差值；（3）根据预置点的坐标及其间隙误差的测量值计算出目标位置的坐标值；（4）目标位置的间隙误差补偿；实现对间隙误差自动跟踪并补偿，从而可以大大降低间隙误差对定位精度的影响。

【技术实现步骤摘要】
电动云台机械间隙的自动跟踪与补偿方法
本专利技术属于电机控制
，尤其涉及一种应用于安防系统中摄像机的云台控制的电机控制技术。
技术介绍
在安防系统中，摄像机的云台需要有一个调预置位的功能，即先调整云台水平、垂直两方向运动对准目标，然后再调变倍、变焦使图像清晰，保存水平、垂直、变倍及变焦四个坐标值，称为预置点，并加以编号，如预置点1（PRE_POS_01）。继续操作云台，可以设置多个预置点。正常使用时，如果需要摄像机对准某个预置点，只要输入预置点的编号，云台将自动水平、垂直运动，同时变倍、变焦，最终精确对准并清晰显示所调预置点对应的目标图像。但实际使用过程中，经常出现调预置位后的图像与设置图像存在偏差的现象。调预置位过程中产生的偏差主要由两方面原因造成：一是受控制精度的影响，如电机因速度控制过低，未到目标而停止；或者因速度过高，刹车后因惯性冲过目标。提高控制精度可以通过使电机低速接近目标（接近目标后先降速然后超低速运行），到达目标瞬间及时刹车的方法实现。二是受机械间隙的影响。而机械间隙所造成的误差，既存在于到达目标停止后产生的间隙，也包括当用户设置预置位时，预置位的坐标本身所包含的间隙误差。预置点为用户随意设置，云台停止瞬间电机的运行方向和运行速度都不固定，云台静止后产生的间隙量是随机的，间隙误差不是固定值。这样，当调用该预置点时，电机的刹车信号是根据已到达预置点的坐标值才发出的，由于速度和方向上的不同，根本无法保证电机再次以同样的间隙停止在设定的坐标上。这不只是惯性问题，电机静止后的间隙量还会受温度、材料的弹性等多种因素的影响。机械间隙分为正向间隙和反向间隙，一般情况下，机械间隙在某一特定方向上运行时，在运动过程中，由间隙造成的位置误差为一个固定值。如图1所示。图中N为电机输出齿轮的一个齿，M为传动机构齿轮的一个齿，此处只用于示意机械传动过程中的间隙，并不代表具体机械结构。M的位置代表镜头实际指向的位置，简称实际位置（POS_act）;N的位置代表电机实际停止的位置，可由编码器直接测量得到，简称当前位置（POS_cur）;M与N之间固有的间隙存在一个最大值，简称最大间隙（PLAY_RANGE），当前位置与实际位置的的偏差即为间隙误差（POS_OFFS）,公式表示如下：POS_OFFS=POS_cur-POS_act;（1）从图1中可以看出，间隙误差（POS_OFFS）是有符号的，正向运动时，POS_OFFS=PLAY_RANGE/2；反向运动时，POS_OFFS=-PLAY_RANGE/2；然而机械间隙只是在传动方向不改变且连续运动的情况下，所造成的间隙误差才为固定值POS_OFFS=PLAY_RANGE/2，当传动系统随机起动，随机停止，无规律换向时，受装配、弹性变形、环境温度等的影响，当运动停止时由机械间隙产生的位置误差具有随机性，没有确定值，如图2所示，间隙1、间隙2、间隙3互不相等。值得说明的是，图2所示三种情况由一种运动方向停止也是能够产生的，尤其在手动微调时，经常出现电机转动而镜头指向不动的情况，即电机只在间隙范围内运行，无实际输出扭矩。由公式（1）可得：POS_act=POS_cur-POS_OFFS;（2）公式（2）说明镜头的实际指向是受间隙误差影响的。只有确切知道间隙误差（POS_OFFS）的大小，才能得出镜头指向的实际位置。
技术实现思路
：摄像机的云台属于精确定位系统，用户常常把需要监测的点调整好，然后进行保存，需要监测时直接调用，从而省去调整时间。这种应用叫作预置点存贮与调用。显然，由于机械间隙造成的间隙误差既存在于预置点的设定过程中，也存在于预置点的调用过程中，经常出现调预置位后的图像与设置图像存在偏差的现象，所以需要对间隙误差进行补偿以降低误差，避免图像出现较大偏差。以全向电动云台水平控制为例，水平方向每周行程为360度，水平位移采用霍尔编码器进行测量，每周计数值为32000，对应位置测量分辨率约为0.01度（360/32000），经实际测量，最大间隙的计数值约为10，对应的行程为0.1度。当镜头进行远距离自动定位拉近观测时，0.1度的偏差会导致目标偏出监视屏幕，只能通过手动方式重新调整镜头指向，如此给监控带来很大不便，且影响观测效率。间隙误差也存在于这种情形，即当电机由正转切换为反转时，电机输出齿轮N转动了0.1度，而镜头指向M却没有任何变化。同样，图2电机停止瞬间，电机输出齿轮N产生了反向位移，但镜头指向M并没有变化，即由编码器测量到的当前位置（POS_cur），与镜头的实际位置（POS_act）存在一个随机大小的间隙误差。理论上讲，间隙误差是不可能完全消除的，但由于编码器测量分辨率很高，通过某种算法，是能够跟踪测量出任何情况下的间隙误差，最后，可以通过分析计算目标位置发生时的间隙误差，对当前运动的目标位置加以修正，则可以大大减小当前运动停止后的位置与目标位置之间的偏差，从而实现精确定位的目的。本专利正是基于这样一种思路，设计了一种自动跟踪并补偿间隙误差的方法，从而可以大大降低间隙误差对定位精度的影响。仔细分析图1和图2，不难发现，这种间隙误差总是处于一个固定的范围，即-PLAY_RANGE/2～+PLAY_RANGE/2之间。第一步：确定间隙误差的最大值（PLAY_RANGE）:A、测量设备连接：将被测云台、摄像机、监视器、电脑、可调直流电源等连接好，并加电;B、调整摄像机，使其精确清晰对准某一目标，并在监视器上做上“十”字标记，断开水平电机接线，换以可调直流电源供电；C、给水平电机加向左电压，由小到大，微调可调直流电源，以不让图像偏离标记为准则；记录此时霍尔编码器输出的位置值POS_left。D、再给垂直电机加向右电压，由小到大，微调可调直流电源，以不让图像偏离标记为准则；记录此时霍尔编码器输出的位置值POS_right。E、POSright-POS_left即为云台水平方向的间隙误差最大值（PLAY_RANGE）。为保证测量准确性，按BCDE步骤重复五次，反复进行测量，测量结果的平均值即可作为最终测量结果。第二步：间隙误差的自动跟踪：本功能是在系统软件中完成的，电机运动的位置变化已经通过霍尔编码器转换为脉冲边沿的变化，每变化一个脉冲边沿对应电机转动最小角度单位（如0.01度），脉冲边沿触发软件中断，每中断一次，执行一次如下计算：设间隙误差为POS_OFFS,最大间隙为PLAY_RANGE当正向且PLAY_RANGE/2-POS_OFFS>=0时，POS_OFFS+1；当反向且PLAY_RANGE/2+POS_OFFS>=0时，POS_OFFS-1；自动跟踪的算法要点是：电机正向运动过程中，当行程超过PLAY_RANGE后，POS_OFFS=PLAY_RANGE，当电机停止瞬间，因弹性会在间隙范围内产生反转，反转的行程就是间隙误差，通过POS_OFFS的值就能确定此时的间隙误差具体值；反向时同理。由算法可知，运行方向不同，停止后的间隙误差符号也是不一样的。第三步：根据预置点的坐标及其间隙误差的测量值计算出目标位置的坐标值预置点的坐标就是电机将要达到的目标，由于预置点的坐标未对间隙误差进行处理或补偿，并且对于全向云台而言，到达预置点可以从正反两本文档来自技高网...

【技术保护点】
电动云台机械间隙的自动跟踪与补偿方法，其特征在于包括如下步骤：（1）确定间隙误差的最大值；（2）通过对间隙误差的自动跟踪，测算出间隙误差值；（3）根据预置点的坐标及其间隙误差的测量值计算出目标位置的坐标值；（4）目标位置的间隙误差补偿。

【技术特征摘要】
1.电动云台机械间隙的自动跟踪与补偿方法，其特征在于包括如下步骤：(1)确定间隙误差的最大值；(2)通过对间隙误差的自动跟踪，测算出间隙误差值；(3)根据预置点的坐标及其间隙误差的测量值计算出目标位置的坐标值；(4)目标位置的间隙误差补偿；其中步骤(1)是采用如下方式实现：A、将被测云台、摄像机、监视器、电脑、可调直流电源连接好，并加电；B、调整摄像机，使其精确清晰对准某一目标，并在监视器上做上“十”字标记，断开水平电机接线，换以可调直流电源供电；C、给水平电机加向左电压，由小到大，微调可调直流电源，以不让图像偏离标记为准则；记录此时霍尔编码器输出的位置值POS_left；D、再给垂直电机加向右电压，由小到大，微调可调直流电源，以不让图像偏离标记为准则；记录此时霍尔编码器输出的位置值POS_right；E、POSright-POS_left即为云台水平方向的间隙误差最大值PLAY_RANGE；其中步骤(2)采用如下方式实现：将电机运动的位置变化通过霍尔编码器转换为脉冲边沿的变化，...

【专利技术属性】
技术研发人员：康涛，
申请(专利权)人：富盛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11