云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及云台技术领域，尤其是涉及一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.现有的三轴机载云台机械结构多采用正交结构，即三个旋转轴在初始状态下是两两相互垂直的，其控制算法多采用串级pid控制算法，具体的，通过串级pid控制算法生成用于控制电机旋转的扭矩指令，从而通过改变电机的转矩实现对关节角速度的控制，但是该控制算法具有一定的盲目性、滞后性和不准确性，导致云台控制效果较差。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以显著提高云台控制效果。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种云台控制方法，包括：获取所述云台的当前关节角速度；通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，所述闭环控制器是基于所述目标旋转轴的运动模型建立得到的；通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于所述当前目标扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，以使所述云台达到所述第一期待关节角速度。
5.在一种实施方式中，所述云台包括云台基座、云台外框、云台中框和云台内框，所述云台设置有偏航旋转轴、俯仰旋转轴、滚转旋转轴、基座惯性测量结构和内框惯性测量结构；所述获取所述云台的当前关节角速度的步骤，包括：获取所述基座惯性测量结构采集的基座旋转角速度、所述内框惯性测量结构采集的内框实际旋转角速度，以及获取所述偏航旋转轴的偏航旋转角速度、所述俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度和所述滚转旋转轴的滚转旋转角速度；基于所述基座旋转角速度、所述偏航旋转角速度、所述俯仰旋转角速度和所述滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度；根据所述内框预估旋转角速度和所述内框实际旋转角速度，确定所述云台的当前关节角速度。
6.在一种实施方式中，所述基于所述基座旋转角速度、所述偏航旋转角速度、所述俯仰旋转角速度和所述滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度的步骤，包括：根据所述基座到所述外框的第一方向余弦矩阵，对所述基座旋转角速度进行坐标转换，得到外框坐标系下的基座旋转角速度，并计算所述外框坐标系下的基座旋转角速度与所述偏航旋转角速度的和值，得到外框旋转角速度；根据所述外框到所述中框的第二方向余弦矩阵，对所述外框旋转角速度进行坐标转换，得到中框坐标系下的外框旋转角速度，并计算所述中框坐标系下的外框旋转角速度与所述俯仰旋转角速度的和值，得到中框旋转角速度；根据所述中框到所述内框的第三方向余弦矩阵，对所述中框旋转角速度进行坐标转换，得到内框坐标
系下的中框旋转角速度，并计算所述内框坐标系下的中框旋转角速度与所述滚转旋转角速度的和值，得到内框预估旋转角速度。
7.在一种实施方式中，在所述通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令的步骤之前，所述方法还包括：对于所述云台中目标旋转轴，基于多个不同频率的第一扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，得到所述第一扭矩指令对应的第一实际关节角速度；基于所述第一扭矩指令和所述第一实际关节角速度构建所述目标旋转轴对应的运动模型；根据所述目标旋转轴对应的所述运动模型和预设控制参数，构建所述目标旋转轴对应的闭环控制器。
8.在一种实施方式中，在所述根据所述目标旋转轴对应的所述运动模型和预设控制参数，构建所述目标旋转轴对应的闭环控制器的步骤之后，所述方法还包括：通过所述闭环控制器，根据预设的第二期待关节角速度确定第二扭矩指令，并基于所述第二扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，得到所述第二扭矩指令对应的第二实际关节角速度；如果所述第二实际关节角速度与所述第二期待关节角速度之间的差值大于预设阈值，调整所述预设控制参数，并根据所述运动模型和调整后的预设控制参数，再次构建所述目标旋转轴对应的闭环控制器，直至所述第二实际关节角速度与所述第二期待关节角速度之间的差值小于所述预设阈值。
9.在一种实施方式中，所述通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值的步骤，还包括：将前一目标扭矩指令和所述当前关节角速度输入至所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，得到所述扩张状态观测器的输出关节角速度；基于所述输出关节角速度与所述当前关节角速度的差值确定扰动系数；其中，所述扰动系数与所述差值呈正相关；根据前一扭矩扰动值和所述扰动系数确定当前扭矩扰动值。
10.在一种实施方式中，所述基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令的步骤，包括：将所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值的和值，确定为当前目标扭矩指令。
11.第二方面，本发明实施例还提供一种云台控制装置，包括：角速度获取模块，用于获取所述云台的当前关节角速度；初始指令确定模块，用于通过所述云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据所述当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，所述闭环控制器是基于所述目标旋转轴的运动模型建立得到的；扰动确定模块，用于通过所述目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据所述当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；目标指令确定模块，用于基于所述初始扭矩指令和所述当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于所述当前目标扭矩指令控制所述目标旋转轴进行旋转，以使所述云台达到所述第一期待关节角速度。
12.第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项所述的方法。
13.第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项所述的方法。
unit，惯性测量单元），假定基座是静止不动的，通过负载端imu测得角速度，通过磁编码器或线性霍尔等传感器测得关节角度，结合矩阵换算出关节角速度。现有技术中通过相机角速度和关节角度换算关节角速度的方式，需要使基座保持不变，如果基座也处于旋转状态，将会导致换算得到的关节角速度不准确，必然会导致最终姿态控制不准确。另外，现有技术采用pid的控制方式需要不停地试凑参数，具有一定的盲目性。同样在抵消扰动上，pid的思路是通过误差来消除误差，通过误差估计出扰动，因此天然具有滞后性、不准确性。
21.基于此，本发明实施提供了一种云台控制方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，可以显著提高云台控制效果。
22.为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种云台控制方法进行详细介绍，参见图1所示的一种云台控制方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤s102至步骤s108：步骤s102，获取云台的当前关节角速度。其中，当前关节角速度可以理解为基于前一时刻的目标扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转后得到的关节角速度。在一种实施方式中，云台基座处设置有基座惯性测量结构（简称，基座imu），通过基座imu采集基座旋转角速度，结合云台中偏航旋转轴的偏航旋转角速度、俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度和滚转旋转轴的滚转旋转角速度，即可得到云台的当前关节角速度。应当注意的是，云台基座相对于无人机机体是固定不动的，将云台基座和无人机机体看为一个整体，因此基座旋转角速度可以理解为整体的旋转角速度。本发明实施例通过在云台基座处设置基座imu，可以基于基座旋转角速度、偏航旋转角速度、俯仰旋转角速度和滚转旋转角速度计算得到准确度更高的当前关节角速度。
23.步骤s104，通过云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令。其中，闭环控制器是基于目标旋转轴的运动模型（也可称之为，传递函数）建立得到的，闭环控制器的输入为当前关节角速度和第一期待关节角速度，输出为初始扭矩指令，第一期待关节角速度可以为预先设置的，或根据无人机当前执行的作业任务生成的。在一种实施方式中，将当前关节角速度和第一期待关节角速度输入至闭环控制器，即可得到闭环控制器输出的初始扭矩指令。
24.步骤s106，通过目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据当前关节角速度确定当前扭矩扰动值。其中，当前扭矩扰动值可以用于对初始扭矩指令进行扰动补偿，扩张状态观测器（eso，extended state observer）的输入为前一时刻的目标扭矩指令和当前关节角速度，输出包括当前扭矩扰动值、预测关节角速度和关节角加速度。在一种实施方式中，可以将目标旋转轴的运动模型加入到传统eso中，即可得到本发明实施例所使用的eso，将目标扭矩指令和当前关节角速度输入至eso中，即可估计得到更为真实的当前扭矩扰动值。
25.步骤s108，基于初始扭矩指令和当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于当前目标扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，以使云台达到第一期待关节角速度。在一种实施方式中，可以将初始扭矩指令和当前扭矩扰动值的和值，作为当前时刻的目标扭矩指令（简称，当前目标扭矩指令），以该当前目标扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，即可较好地控制云台达到第一期待关节角速度。在具体实现时，云台设置有多个旋转轴，每个旋转轴均对应有闭环控制器和扩张状态观测器，且每个旋转轴对应的闭环控制器和扩张状态观测器均是基于相应旋转轴的运动模型得到的，因此不同旋转器对应的闭环控制器的输出不
同、扩张状态观测器的输出也不同，通过执行前述步骤s104至步骤s108，即可得到每个旋转轴各自对应的当前目标扭矩指令，基于各个当前目标扭矩指令分别控制相应的旋转轴进行旋转，即可使云台整体达到第一期待关节角速度。
26.本发明实施例提供的云台控制方法，基于目标旋转轴的运动模型建立闭环控制器，以使闭环控制器基于当前关节角速度和第一期待关节角速度生成初始扭矩指令，并结合扩张状态观测器基于当前关节角速度生成的当前扭矩扰动值，为初始扭矩指令增加扰动补偿，从而可以得到控制精度较高的目标扭矩指令，进而显著提高了云台控制效果。
27.为便于对前述实施例进行理解，本发明实施例以三轴云台为例，提供了如图2所示的一种云台结构示意图，图2示意出三轴云台在结构上各部件呈串联连接方式，包括云台基座、云台外框、云台中框和云台内框（也可以称之为相机），云台设置有偏航旋转轴、俯仰旋转轴、滚转旋转轴、基座惯性测量结构和内框惯性测量结构（简称，内框imu），基座imu设置于云台基座处，用于采集基座旋转角速度，内框imu设置于云台内框处，用于采集内框实际旋转角速度，偏航旋转轴用于驱动云台外框旋转，俯仰旋转轴用于驱动云台中框旋转，滚转旋转轴用于驱动云台内框旋转。
28.为了便于描述云台内框的姿态与云台的关节角度，本发明实施例采用z-y-x顺序的欧拉角定义，可以使正交三轴云台的关节角为云台内框相对于云台基座的欧拉角，因此采用z-y-x的欧拉角定义顺序可以方便统一描述云台内框的姿态与云台的关节角。应当注意的是，现有技术中理解的俯仰旋转轴，为理论分析和控制中的滚转旋转轴，现有技术中理解的滚转旋转轴，为理论分析和控制中的俯仰旋转轴。
29.另外，参考坐标系选择北-东-地右手坐标系，机体坐标系选择前-右-下坐标系，因此偏航旋转轴向右旋转时偏航旋转角速度为正，向左旋转时偏航旋转角速度为负；俯仰旋转轴向上旋转时俯仰旋转角速度为正，向下旋转时俯仰旋转角速度为负；滚转旋转轴向右旋转时滚转旋转角速度为正，向左旋转时滚转旋转角速度为负。参见图3所示的一种坐标系示意图，其中，e为参考坐标系，b为基座坐标系，o为外框坐标系（图中未示出），m为中框坐标系（图中未示出），i为内框（相机）坐标系。
30.在前述实施例的基础上，本发明实施例针对前述步骤s102，提供了一种获取云台的当前关节角速度的实施方式，参见如下步骤1至步骤3：步骤1，获取基座惯性测量结构采集的基座旋转角速度、内框惯性测量结构采集的内框实际旋转角速度，以及获取偏航旋转轴的偏航旋转角速度、俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度和滚转旋转轴的滚转旋转角速度。
31.步骤2，基于基座旋转角速度、偏航旋转角速度、俯仰旋转角速度和滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度。在一种实施方式中，可以按照如下步骤2.1至步骤2.3确定内框预估旋转角速度：步骤2.1，根据基座到外框的第一方向余弦矩阵，对基座旋转角速度进行坐标转换，得到外框坐标系下的基座旋转角速度，并计算外框坐标系下的基座旋转角速度与偏航旋转角速度的和值，得到外框旋转角速度。在一种实施方式中，关节角度包括偏航关节角度
、俯仰关节角度、滚转关节角度，定义基座旋转角速度为，该基座旋转角速度可由固连在云台基座上的基座imu测量得到。基于此，基座到外框的第一方向余弦矩阵表示为：。
32.外框坐标系下的基座旋转角速度表示为：。
33.由于偏航旋转轴的偏航旋转角度为，则外框旋转角速度表示为：。
34.步骤2.2，根据外框到中框的第二方向余弦矩阵，对外框旋转角速度进行坐标转换，得到中框坐标系下的外框旋转角速度，并计算中框坐标系下的外框旋转角速度与俯仰旋转角速度的和值，得到中框旋转角速度。在一种实施方式中，外框到中框的第二方向余弦矩阵表示为：。
35.中框坐标系下的外框旋转角速度表示为：。
36.由于俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度为，所以中框旋转角速度为：。
37.步骤2.3，根据中框到内框的第三方向余弦矩阵，对中框旋转角速度进行坐标转换，得到内框坐标系下的中框旋转角速度，并计算内框坐标系下的中框旋转角速度与滚转
旋转角速度的和值，得到内框预估旋转角速度。在一种实施方式中，中框到内框的第三方向余弦矩阵表示为：。
38.内框坐标系下的中框旋转角速度表示为：。
39.由于滚转旋转轴的滚转旋转角速度为，所以内框旋转角速度为：。
40.步骤3，根据内框预估旋转角速度和内框实际旋转角速度，确定云台的当前关节角速度。在一种实施方式中，内框实际旋转角速度可以由固连在云台内框上的内框imu测量得到，其定义为。理论上内框预估旋转角速度与内框实际旋转角速度相等，因此有：，也即求解该式中、、便可得到准确的当前关节角速度。
41.在一种可选的实施方式中，将上式整理为形式的非其次线性方程组，由克拉默法则可以求得关节角速度：。
42.其中，为矩阵的行列式，是把中第i列元素对应地换成常数项而其余各列保持不变所得到的行列式。
43.为便于对前述步骤1至步骤3进行理解，本发明实施例提供了一种确定当前关节角速度的应用示例，参见图4所示的另一种云台控制方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤s402至步骤s418：步骤s402，通过基座imu获取基座旋转角速度。
44.步骤s404，在偏航旋转轴不运动的情况下，确定外框的角速度（也即，外框坐标系下的基座旋转角速度）。
45.步骤s406，在偏航旋转轴运动的情况下，将外框的角速度叠加上偏航旋转轴产生的角速度，得到实际的外框旋转角速度。
46.步骤s408，在俯仰旋转轴不运动的情况下，确定中框的角速度（也即，中框坐标系下的外框旋转角速度）。
47.步骤s410，在俯仰旋转轴运动的情况下，将中框的角速度叠加上俯仰旋转轴产生的角速度，得到实际的中框旋转角速度。
48.步骤s412，在滚转旋转轴不运动的情况下，确定内框的角速度（也即，内框坐标系下的中框旋转角速度）。
49.步骤s414，在滚转旋转轴运动的情况下，将外框的角速度叠加上滚转旋转轴产生的角速度，得到内框预估旋转角速度。
50.步骤s416，通过内框imu获取内框实际旋转角速度。
51.步骤s418，基于内框预估旋转角速度和内框实际旋转角速度，求解当前关节角速度。
52.在执行前述步骤s104之前，本发明实施例还提供了一种构建每个旋转轴对应的闭环控制器的实施方式，在具体实现时，每个旋转轴对应的闭环控制器的构建过程相同，因此本发明实施例以其中一个旋转轴为例，参见如下步骤a至步骤e：步骤a，对于云台中目标旋转轴，基于多个不同频率的第一扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，得到第一扭矩指令对应的第一实际关节角速度。示例性的，第一扭矩指令也即不同频率的正弦输入，第一实际关节角速度可以由前述步骤1至3计算得到，本发明实施例在此不再赘述，初始运动模型的输出可以称之为预估关节角速度。
53.步骤b，基于第一扭矩指令和第一实际关节角速度构建目标旋转轴对应的运动模型。在一种实施方式中，假设输入数据为第一扭矩指令，估计的输出数据为预估关节角速度，诸如图5所示的一种输入数据-输出数据的示意图，实际的输出数据为第一实际关节角速度，则构建过程为通过相关算法，利用预估关节角速度与第一实际关节角速度的误差不断纠正初始运动模型的参数，即可得到该旋转轴对应的运动模型。请继续参见图5，图5还示意出，随着输入数据频率的增加，系统的输出数据也会发生变化。
54.在实际应用中，为了获取云台各个旋转轴的运动模型，可以将系统看作黑箱，在开环情况下对系统施加不同频率的正弦输入（也即，上述第一扭矩指令），通过记录系统的正弦输入和输出数据（也即，预估关节角速度），使用系统辨识的方法可以获取到系统各个旋转轴的运动模型。
55.在一种可选的实施方式中，可以通过matlab的系统辨识工具箱，将输入数据和输出数据输入值系统辨识工具箱，并设置系统没有零点，且仅有一个极点，则辨识出的运动模型为：，该运动模型的拟合程度为56.64%。
56.步骤c，根据目标旋转轴对应的运动模型和预设控制参数，构建目标旋转轴对应的闭环控制器。在一种实施方式中，可以预先设置控制参数（也可称之为，系统性能要求），控
制参数可以包括相位裕度和带宽。
57.可选的，可以通过matlab的sisotool可以根据系统性能要求快速设计回路成形控制器（也即，闭环控制器），以设置系统带宽200rad/s，二阶控制器为例，生成的闭环控制器为：。
58.在实际应用中，闭环控制器的相位裕度为87.6度，其穿越频率处幅频特性为-20db/10倍频，可以反应出系统具有较好的稳定性和动态性能，其波特图如图6所示。另外，阶跃响应具有快速性且无超调，其响应曲线如图7所示。
59.在一种可选的实施方式中，可以将闭环控制器按0.001s周期离散化，得到如下所示的离散化控制器：。
60.步骤d，通过闭环控制器，根据预设的第二期待关节角速度确定第二扭矩指令，并基于第二扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，得到第二扭矩指令对应的第二实际关节角速度。在一种实施方式中，可以将闭环控制器在云台嵌入式平台中进行验证，也即利用该闭环控制器基于预设的第二期待关节角速度和当前的关节角速度，生成第二扭矩指令，并按照该扭矩指令控制相应的旋转轴进行旋转，按照前述步骤1至步骤3的 方式计算第二扭矩指令对应的第二实际关节角速度。
61.步骤e，如果第二实际关节角速度与第二期待关节角速度之间的差值大于预设阈值，调整预设控制参数，并根据运动模型和调整后的预设控制参数，再次构建目标旋转轴对应的闭环控制器，直至第二实际关节角速度与第二期待关节角速度之间的差值小于预设阈值。在一种实施方式中，如果第二实际关节角速度与第二期待关节角速度之间的差值大于预设阈值，则表明闭环控制器的控制效果较差，由于运动模型的完全拟合和系统性能要求不同，因此需要对其控制参数进行调整，并在此利用matlab的sisotool生成基于调整后的控制参数和前述运动模型生成闭环控制器，重复上述步骤，直至该闭环控制器通过验证，达到更加理想的控制效果。
62.为便于理解，本发明实施例还提供了如图8所示的另一种云台控制方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤s802至步骤s810：步骤s802，对系统进行开环扫频并获取输入数据和输出数据。
63.步骤s804，对系统进行系统辨识，获取近似的运动模型。
64.步骤s806，采用回路成形法，基于运动模型和系统性能指标求解s域的闭环控制器。
65.步骤s808，将s域的闭环控制器离散化，并在嵌入式平台上验证。
66.步骤s810，判断闭环控制器是否通过验证。如果是，结束；如果否，则执行步骤s806。
67.本发明实施例可以根据系统性能要求，在获取到较为准确的运动模型前提下，计算出所需要加入的闭环控制器，避免了调试参数的盲目性。
68.对于前述步骤s106，本发明实施例还提供了一种，通过目标旋转轴对应的扩张状
态观测器，根据当前关节角速度确定当前扭矩扰动值的实施方式，参见如下（1）至（3）：（1）将前一目标扭矩指令和当前关节角速度输入至目标旋转轴对应的扩张状态观测器，得到扩张状态观测器的输出关节角速度；（2）基于输出关节角速度与当前关节角速度的差值确定扰动系数，扰动系数与差值呈正相关，扰动系数包括第一扰动系数和第二扰动系数；（3）根据前一扭矩扰动值和扰动系数确定当前扭矩扰动值。
69.本发明实施例设计合理的eso（扩张状态观测器），在有输入和状态输出的前提下，可以得到相位略超前于的，无法测量到的以及总扰动。在云台控制中，即是前一时刻的目标扭矩指令，为当前关节角速度，为预测关节角速度，为关节角加速度，为当前扭矩扰动值，诸如图9所示的一种扩张状态观测器的结构示意图。
70.传统的eso，默认输入与角加速度的关系在无任何干扰下为比例关系，比例项除外的包括未建模项、扰动项等全部视为总扰动。但从上述的扫频建模来看，在不存在干扰的情况下，输入与输出之间不是积分关系，因此输入与之间也不会是比例关系。将上述辨识到的模型加入到eso中，能更加准确地预测控制输入产生的角加速度，从而将更好地估计出真实的干扰。基于模型的eso如下所示，其中的为无扰动下控制到角加速度的离散传递函数。
71.。
72.其中，为前一时刻的预测关节角速度，为前一时刻的关节角加速度，为前一扭矩扰动值，、、为预设系数。fal（）函数表示扰动系数与差值呈正相关。在实际应用中，作为预测关节角加速度，在控制中用于控制反馈，作为关节角加速度，在控制中用于增大系统阻尼，作为当前扭矩扰动值，用于提供精准的扰动补偿，以提升系统的抗扰特性。
73.对于前述步骤s108，本发明实施例还提供了一种基于初始扭矩指令和当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令的实施方式，可以将初始扭矩指令和当前扭矩扰动值的和值，确定为当前目标扭矩指令。
74.综上所述，本发明实施例提供的云台控制方法，通过增加基座imu的方式可以获取到更加准确的云台关节角速度；基于回路成形的闭环控制器设计方式相比传统的pid调参方式可以更加高效地设计出反馈控制器，并且能够可量化的满足提出的性能指标；通过增加带运动模型的扩张状态观测器，可以准确地估计出系统受到的总扰动（也即，扭矩扰动值），并可以根据总扰动在控制过程中增加扰动补偿，提升系统的抗扰特性。此外，通过搭载到无人机上进行实验对比，本发明实施例提供的云台控制方法在云台稳定性上有了较大提升，从原来的正负0.2度提升到正负0.05度，即使相机数字变焦30倍，仍然可以稳定地呈现画面。
75.对于前述实施例提供的云台控制方法，本发明实施例提供了一种云台控制装置，参见图10所示的一种云台控制装置的结构视图，该装置主要包括以下部分：角速度获取模块1002，用于获取云台的当前关节角速度；初始指令确定模块1004，用于通过云台中目标旋转轴对应的闭环控制器，根据当前关节角速度和第一期待关节角速度确定初始扭矩指令；其中，闭环控制器是基于目标旋转轴的运动模型建立得到的；扰动确定模块1006，用于通过目标旋转轴对应的扩张状态观测器，根据当前关节角速度确定当前扭矩扰动值；目标指令确定模块1008，用于基于初始扭矩指令和当前扭矩扰动值确定当前目标扭矩指令，并基于当前目标扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，以使云台达到第一期待关节角速度。
76.本发明实施例提供的云台控制装置，基于目标旋转轴的运动模型建立闭环控制器，以使闭环控制器基于当前关节角速度和第一期待关节角速度生成初始扭矩指令，并结合扩张状态观测器基于当前关节角速度生成的当前扭矩扰动值，为初始扭矩指令增加扰动补偿，从而可以得到控制精度较高的目标扭矩指令，进而显著提高了云台控制效果。
77.在一种实施方式中，云台包括云台基座、云台外框、云台中框和云台内框，云台设置有偏航旋转轴、俯仰旋转轴、滚转旋转轴、基座惯性测量结构和内框惯性测量结构；角速度获取模块1002还用于：获取基座惯性测量结构采集的基座旋转角速度、内框惯性测量结构采集的内框实际旋转角速度，以及获取偏航旋转轴的偏航旋转角速度、俯仰旋转轴的俯仰旋转角速度和滚转旋转轴的滚转旋转角速度；基于基座旋转角速度、偏航旋转角速度、俯仰旋转角速度和滚转旋转角速度，确定内框预估旋转角速度；根据内框预估旋转角速度和内框实际旋转角速度，确定云台的当前关节角速度。
78.在一种实施方式中，角速度获取模块1002还用于：根据基座到外框的第一方向余弦矩阵，对基座旋转角速度进行坐标转换，得到外框坐标系下的基座旋转角速度，并计算外框坐标系下的基座旋转角速度与偏航旋转角速度的和值，得到外框旋转角速度；根据外框到中框的第二方向余弦矩阵，对外框旋转角速度进行坐标转换，得到中框坐标系下的外框旋转角速度，并计算中框坐标系下的外框旋转角速度与俯仰旋转角速度的和值，得到中框旋转角速度；根据中框到内框的第三方向余弦矩阵，对中框旋转角速度进行坐标转换，得到内框坐标系下的中框旋转角速度，并计算内框坐标系下的中框旋转角速度与滚转旋转角速度的和值，得到内框预估旋转角速度。
79.在一种实施方式中，上述装置还包括控制器构建模块，用于：对于云台中目标旋转轴，基于多个不同频率的第一扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，得到第一扭矩指令对应的第一实际关节角速度；基于第一扭矩指令和第一实际关节角速度构建目标旋转轴对应的运动模型；根据目标旋转轴对应的运动模型和预设控制参数，构建目标旋转轴对应的闭环控制器。
80.在一种实施方式中，控制器构建模块还用于：通过闭环控制器，根据预设的第二期待关节角速度确定第二扭矩指令，并基于第二扭矩指令控制目标旋转轴进行旋转，得到第二扭矩指令对应的第二实际关节角速度；如果第二实际关节角速度与第二期待关节角速度之间的差值大于预设阈值，调整预设控制参数，并根据运动模型和调整后的预设控制参数，
再次构建目标旋转轴对应的闭环控制器，直至第二实际关节角速度与第二期待关节角速度之间的差值小于预设阈值。
81.在一种实施方式中，扰动确定模块1006还用于：将前一目标扭矩指令和当前关节角速度输入至目标旋转轴对应的扩张状态观测器，得到扩张状态观测器的输出关节角速度；基于输出关节角速度与当前关节角速度的差值确定扰动系数；其中，扰动系数与差值呈正相关；根据前一扭矩扰动值和扰动系数确定当前扭矩扰动值。
82.在一种实施方式中，目标指令确定模块1008还用于：将初始扭矩指令和当前扭矩扰动值的和值，确定为当前目标扭矩指令。
83.本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
84.本发明实施例提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法 。
85.图11为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备100包括：处理器110，存储器111，总线112和通信接口113，所述处理器110、通信接口113和存储器111通过总线112连接；处理器110用于执行存储器111中存储的可执行模块，例如计算机程序。
86.其中，存储器111可能包含高速随机存取存储器（ram，random access memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口113（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
87.总线112可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
88.其中，存储器111用于存储程序，所述处理器110在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器110中，或者由处理器110实现。
89.处理器110可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器110中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器110可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器111，处理器110读取存储器111中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
90.本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。
91.所述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，本发明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）执行本发明各个实施例所述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。
92.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明揭露的技术范围内，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发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。