一种吊舱航向角度锁定控制方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本技术涉及吊舱控制技术领域，尤其涉及一种吊舱航向角度锁定控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.在吊舱飞行使用过程中，通常出现需要将镜头锁定在相对飞机的特定某一角度的情况，如持续锁定在机头、机尾、两侧等角度，或需要锁定某一对地的角度。应对该情况通常采用的是角度闭环的pid控制方式，通过测量角度和设定角度的偏差持续去控制转动吊舱，以保证吊舱角度的持续锁定。
3.由于在飞行中吊舱载体的转动，如旋翼机悬停时机头快速的转动等，会给吊舱带来突发的扰动。由于角度闭环的pid控制方式只是通过角度误差进行反馈控制，当载体刚开始旋转时由于角度误差很小，吊舱不会产生对应转动，当产生了一定误差后，吊舱才可适应载体的转动以保证角度持续锁定。并且若在角度闭环的pid控制方式中加入了积分控制，还会产生超调，直接反映就是镜头在到达设定角度发生过冲，再向回转动，影响观感体验。


技术实现要素：

4.为克服现有技术中的不足，本技术提供一种吊舱航向角度锁定控制方法、装置、设备及存储介质，能够解决吊舱在角度锁定中，由于吊舱载体的转动等干扰导致的锁定偏差大的问题，以及减小控制中的超调，提升体验。
5.本技术提供一种吊舱航向角度锁定控制方法，应用于吊舱载体，所述吊舱载体通过航向电机连接吊舱，所述航向电机带动所述吊舱转动，以通过控制所述航向电机使所述吊舱与所述吊舱载体之间的角度保持锁定，所述控制方法包括：
6.获取所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度、所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度、以及所述吊舱载体的转向角速度；
7.根据所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度和所述实际角度得到角度误差，并基于所述角度误差得到所述航向电机带动所述吊舱转动的期望角速度；
8.根据所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度和所述期望角速度得到角速度误差，并基于所述角速度误差和所述吊舱载体的转向角速度得到所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，使所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度等于预设的锁定角度。
9.在一种可能的实施方式中，所述基于所述角度误差得到所述航向电机带动所述吊舱转动的期望角速度，包括：
10.设置均包括角度误差分界阈值和所述角度误差的第一函数和第二函数，当所述角度误差大于所述角度误差分界阈值时，按照所述第一函数计算所述期望加速度；当所述角速度误差小于所述角度误差分界阈值时，按照所述第二函数计算所述期望加速度；
11.其中，按照所述第一函数计算得到的期望加速度大于按照所述第二函数计算得到
的期望加速度，并且所述第一函数随所述角度误差单调递增，所述第二函数随所述角度误差单调递减。
12.在一种可能的实施方式中，所述第一函数和所述第二函数均设置第一调整比例系数。
13.在一种可能的实施方式中，基于所述角速度误差和所述吊舱载体的转向角速度得到所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，包括：
14.获取所述角速度误差微分以及所述吊舱载体的转向角速度微分；
15.基于所述角速度误差、所述角速度误差微分以及所述吊舱载体的转向角速度微分构建第三函数，根据所述第三函数计算所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数。
16.在一种可能的实施方式中，所述第三函数还设置所述角速度误差的第二调整比例系数、所述角速度误差微分的第三调整比例系数、以及所述吊舱载体的转向角速度微分的第四调整比例系数。
17.在一种可能的实施方式中，通过以下方式确定所述角度误差分界阈值、所述第一调整比例系数、所述第二调整比例系数、所述第三调整比例系数和所述第四调整比例系数：
18.改变所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度以及所述吊舱载体的转向角速度；
19.按照所述第一函数、所述第二函数、所述第三函数计算所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，并得到所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度和时间的变化曲线；
20.基于所述变化曲线确定所述角度误差分界阈值、所述第一调整比例系数、所述第二调整比例系数、所述第三调整比例系数和所述第四调整比例系数。
21.在一种可能的实施方式中，通过角度传感器获取所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度；通过角速度传感器获取所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度、以及所述吊舱载体的转向角速度。
22.本技术提供一种吊舱航向角度锁定控制装置，应用于吊舱载体，所述吊舱载体通过航向电机连接吊舱，所述航向电机带动所述吊舱转动，以通过控制所述航向电机使所述吊舱与所述吊舱载体之间的角度保持锁定，所述控制装置包括：
23.获取模块，用于获取所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度、所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度、以及所述吊舱载体的转向角速度；
24.第一计算模块，用于根据所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度和所述实际角度得到角度误差，并基于所述角度误差得到所述航向电机带动所述吊舱转动的期望角速度；
25.第二计算模块，用于根据所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度和所述期望角速度得到角速度误差，并基于所述角速度误差和所述吊舱载体的转向角速度得到所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，使所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度等于预设的锁定角度。
26.本技术提供一种电子设备，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述任一项所述的吊舱航向角度锁定控
制方法的步骤。
27.本技术提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述任一项所述的吊舱航向角度锁定控制方法的步骤。
28.本实施例提供的一种吊舱航向角度锁定控制方法、装置、设备及存储介质，在对吊舱进行角度环控制的同时，增加角速度环控制，并且将吊舱载体的转向角速度作为补偿量加入到角速度环控制中，从而能够减小吊舱在角度锁定时扰动的影响。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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。
30.图1示出了本技术一实施例所述吊舱航向角度锁定控制方法的流程图；
31.图2示出了本技术一实施例获取期望角速度的流程图；
32.图3示出了本技术一实施例获取控制参数的流程图；
33.图4示出了本技术一实施例调试阶段的流程图；
34.图5示出了本技术一实施例所述吊舱航向角度锁定控制装置的结构框图；
35.图6示出了本技术一实施例所述电子设备的结构框图。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本技术中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本技术的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本技术中使用的流程图示出了根据本技术的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本技术内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
37.在采用角度闭环的pid控制方式去控制吊舱转动时，一般在角度环控制中加入积分，使得吊舱载体在保持持续地转动时，能够让吊舱无静差地跟上吊舱载体的转动；但是当吊舱载体的转速出现来回变化时，会出现超调现象，这是由于误差积分随时间持续累加，只有当误差反向后，积分项才能逐渐减小至0，但这一过程中不可避免地产生了超调。而如果去掉积分项，当吊舱载体保持一个角速度转动时，若角度环控制中只有比例项，当角度误差为0时，角度环控制输出的目标角速度也是0，此时吊舱就不会产生转动，导致不能跟上吊舱载体的转动。基于此，本技术提供一种吊舱航向角度锁定控制方法、装置、设备及存储介质，能够解决吊舱在角度锁定中，由于吊舱载体的转动等干扰导致的锁定偏差大的问题，以及减小控制中的超调现象。
38.如说明书附图1所示，在一实施例中，本技术提供的一种吊舱航向角度锁定控制方法，应用于吊舱载体，所述吊舱载体通过航向电机连接吊舱，所述航向电机带动所述吊舱转
动，以通过控制所述航向电机使所述吊舱与所述吊舱载体之间的角度保持锁定，所述控制方法包括：
39.s1、获取所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度、所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度、以及所述吊舱载体的转向角速度；
40.s2、根据所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度和所述实际角度得到角度误差，并基于所述角度误差得到所述航向电机带动所述吊舱转动的期望角速度；
41.s3、根据所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度和所述期望角速度得到角速度误差，并基于所述角速度误差和所述吊舱载体的转向角速度得到所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，使所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度等于预设的锁定角度。
42.在步骤s1中，具体的，可以配置传感器来采集数据。如，通过角度传感器获取获取所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度，通过角速度传感器获取所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度、以及所述吊舱载体的转向角速度。
43.在步骤s2中，如说明书附图2所示，基于所述角度误差得到所述航向电机带动所述吊舱转动的期望角速度，具体包括以下步骤：
44.s201、设置均包括角度误差分界阈值和所述角度误差的第一函数和第二函数，当所述角度误差大于所述角度误差分界阈值时，按照所述第一函数计算所述期望加速度；当所述角速度误差小于所述角度误差分界阈值时，按照所述第二函数计算所述期望加速度；
45.其中，按照所述第一函数计算得到的期望加速度大于所述按照所述第二函数计算得到的期望加速度，并且所述第一函数随所述角度误差单调递增，所述第二函数随所述角度误差单调递减；
46.s202、所述第一函数和所述第二函数均设置第一调整比例系数。
47.即，通过上述角度环控制算法以获取合适的期望加速度。在一实施例中，所述第一函数和所述第二函数表示如下：
[0048][0049]
对所述第一函数和所述第二函数设置第一调整比例系数，得到期望角速度如下：
[0050]
ω
r0
＝kf(θe)
[0051]
其中，θe为角度误差，ε为角度误差分界阈值，当角度误差θe比角度误差分界阈值ε大时，为保证能更快地使角度收敛至目标值，计算得出的期望角速度相对于线性反馈更大；当角度误差θe比角度误差分界阈值ε小时，其在角度误差θe越接近0时曲线斜率越小，保证能及时减速避免超调，k为第一调整比例系数。
[0052]
在步骤s3中，同时考虑到需要快速响应吊舱载体转动带来的角速度干干扰，需要在此叠加上吊舱载体的转向角速度ωc，具体计算如下：
[0053]
ωr＝kf(θe) ωc[0054]
如说明书附图3所示，基于所述角速度误差和所述吊舱载体的转向角速度得到所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，包括：
[0055]
s301、获取所述角速度误差微分以及所述吊舱载体的转向角速度微分；
[0056]
s302、基于所述角速度误差、所述角速度误差微分以及所述吊舱载体的转向角速度微分构建第三函数，根据所述第三函数计算所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数；
[0057]
s303、所述第三函数还设置所述角速度误差的第二调整比例系数、所述角速度误差微分的第三调整比例系数、以及所述吊舱载体的转向角速度微分的第四调整比例系数。
[0058]
即，通过上述角速度环控制算法以获取所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，在一实施例中，所述第三函数表示如下：
[0059][0060]
其中e
ω
、分别为角速度误差、角速度误差微分和转向角速度微分，k
p
、kd、kf分别为第二调整比例系数、第三调整比例系数和第四调整比例系数。
[0061]
以角速度误差作为比例项，同时引入角速度误差微分项，以加快响应或防止超调，再加入外部转向角速度微分作为预测项，使其加速或减速响应更快。
[0062]
在具体实施时，需要经过调试阶段，以确定上述角度环控制算法以及角速度环控制算法中所涉及的角度误差分界阈值、第一调整比例系数、第二调整比例系数、第三调整比例系数和第四调整比例系数，具体的，如说明书附图4所示，通过以下方式确定所述角度误差分界阈值、所述第一调整比例系数、所述第二调整比例系数、所述第三调整比例系数和所述第四调整比例系数：
[0063]
s401、改变所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度以及所述吊舱载体的转向角速度；
[0064]
s402、按照所述第一函数、所述第二函数、所述第三函数计算所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，并得到所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度和时间的变化曲线；
[0065]
s403、基于所述变化曲线确定所述角度误差分界阈值、所述第一调整比例系数、所述第二调整比例系数、所述第三调整比例系数和所述第四调整比例系数。
[0066]
从而通过不断的调整参数κ、k
p
、kd、kf、ε，得到满意的角度控制效果。
[0067]
在使用阶段，吊舱载体为无人机，给与吊舱一个设定的航向角度值，如机头位置，在无人机实际飞行时可保证吊舱镜头的朝向实时锁定在无人机的机头位置。其中，在控制吊舱与机头之间的锁定角度时，将机头的转向角速度作为补偿量加入到角速度环控制中，从而能够减小在角度锁定控制时扰动的影响。
[0068]
基于同一发明构思，本技术实施例中还提供了一种吊舱航向角度锁定控制装置，由于本技术实施例中的装置解决问题的原理与本技术实施例上述一种吊舱航向角度锁定控制方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
[0069]
如说明书附图5所示，本技术提供的一种吊舱航向角度锁定控制装置，应用于吊舱载体，所述吊舱载体通过航向电机连接吊舱，所述航向电机带动所述吊舱转动，以通过控制所述航向电机使所述吊舱与所述吊舱载体之间的角度保持锁定，所述控制装置包括：
[0070]
获取模块501，用于获取所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度、所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度、以及所述吊舱载体的转向角速度；
[0071]
第一计算模块502，用于根据所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度和所述实际角度得到角度误差，并基于所述角度误差得到所述航向电机带动所述吊舱转动的期望角速度；
[0072]
第二计算模块503，用于根据所述航向电机带动所述吊舱转动的实际角速度和所述期望角速度得到角速度误差，并基于所述角速度误差和所述吊舱载体的转向角速度得到所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，使所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度等于预设的锁定角度。
[0073]
在一种可能的实施方式中，所述第一计算模块502，还用于：
[0074]
设置均包括角度误差分界阈值和所述角度误差的第一函数和第二函数，当所述角度误差大于所述角度误差分界阈值时，按照所述第一函数计算所述期望加速度；当所述角速度误差小于所述角度误差分界阈值时，按照所述第二函数计算所述期望加速度；
[0075]
其中，按照所述第一函数计算得到的期望加速度大于所述按照所述第二函数计算得到的期望加速度，并且所述第一函数随所述角度误差单调递增，所述第二函数随所述角度误差单调递减；
[0076]
所述第一函数和所述第二函数均设置第一调整比例系数。
[0077]
在一种可能的实施方式中，所述第二计算模块503，还用于：获取所述角速度误差微分以及所述吊舱载体的转向角速度微分；
[0078]
基于所述角速度误差、所述角速度误差微分以及所述吊舱载体的转向角速度微分构建第三函数，根据所述第三函数计算所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数；
[0079]
所述第三函数还设置所述角速度误差的第二调整比例系数、所述角速度误差微分的第三调整比例系数、以及所述吊舱载体的转向角速度微分的第四调整比例系数。
[0080]
在一种可能的实施方式中，所述控制装置还包括调试模块，用于：
[0081]
改变所述吊舱与所述吊舱载体之间预设的锁定角度以及所述吊舱载体的转向角速度；
[0082]
按照所述第一函数、所述第二函数、所述第三函数计算所述航向电机带动所述吊舱转动的控制参数，以根据所述控制参数转动所述吊舱，并得到所述吊舱与所述吊舱载体之间的实际角度和时间的变化曲线；
[0083]
基于所述变化曲线确定所述角度误差分界阈值、所述第一调整比例系数、所述第二调整比例系数、所述第三调整比例系数和所述第四调整比例系数。
[0084]
本技术提供的一种吊舱航向角度锁定控制装置，在对吊舱进行角度环控制的同时，增加角速度环控制，并且将吊舱载体的转向角速度作为补偿量加入到角速度环控制中，从而能够减小吊舱在角度锁定时扰动的影响。
[0085]
基于本发明的同一构思，说明书附图6所示，本技术实施例提供的一种电子设备600的结构，该电子设备600包括：至少一个处理器601，至少一个网络接口604或者其他用户接口603，存储器605，至少一个通信总线602。通信总线602用于实现这些组件之间的连接通信。该电子设备600可选的包含用户接口603，包括显示器(例如，触摸屏、lcd、crt、全息成像(holographic)或者投影(projector)等)，键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)，触感板或者触摸屏等)。
[0086]
存储器605可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器601提供指令和数
据。存储器605的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(nvram)。
[0087]
在一些实施方式中，存储器605存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：
[0088]
操作系统6051，包含各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；
[0089]
应用程序模块6052，包含各种应用程序，例如桌面(launcher)、媒体播放器(media player)、浏览器(browser)等，用于实现各种应用业务。
[0090]
在本技术实施例中，通过调用存储器605存储的程序或指令，处理器601用于执行如一种吊舱航向角度锁定控制方法中的步骤。
[0091]
本技术还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如吊舱航向角度锁定控制方法中的步骤。
[0092]
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述吊舱航向角度锁定控制方法。
[0093]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0094]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0095]
另外，在本技术提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0096]
功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0097]
最后应说明的是：以上实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。