一種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法，系統(tǒng)包括控制器、驅動器、步進電機、傳動機構、執(zhí)行機構和編碼器，控制器用于以脈沖頻率f(n)向驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制PWM脈沖，所述n表示步進電機細分微步第n步；驅動器用于在接收到PWM脈沖之后控制步進電機轉動；傳動機構用于將驅動力矩提高至預設值；執(zhí)行機構用于在步進電機的驅動力下轉動；編碼器用于記錄執(zhí)行機構轉動的角度值；控制器進一步用于在判斷角度值與期望值的差大于預設誤差范圍時，驅動步進電機以預設頻率fs轉動預設時間。本申請通過控制器發(fā)送脈沖信號至驅動器控制步進電機轉動，可以做到完全靜止，且由于增加了反饋裝置構成閉環(huán)系統(tǒng)，可以避免丟步情況的發(fā)生，確保轉動控制完全可靠。
【專利說明】
-種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法
技術領域
[0001] 本申請設及視頻監(jiān)控技術領域，尤其設及一種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002] 監(jiān)控攝像機的槍機與球機的聯(lián)動，通常是通過控制旋轉反射鏡在兩個自由度上旋 轉實現(xiàn)，其運動控制的要求一般是在指定時間內(nèi)（例如:50~100ms)在基于指定零點的順/ 逆時針180°內(nèi)快速旋轉，沒有累計誤差、穩(wěn)態(tài)誤差小于要求值、抗干擾、運動穩(wěn)定無擾動、精 確度高(例如:小于0.1°)、成本控制等。
[0003] 目前控制旋轉反射鏡可W通過伺服電機控制，采用伺服電機，由于伺服電機本身 結構和電機特性決定了伺服電機在停止時無法絕對靜止，執(zhí)行端的旋鏡會偶爾輕微抖動， 影響鏡面反射成像;還可W通過開環(huán)步進電機控制旋轉反射鏡，由于開環(huán)步進電機存在保 持力矩可W完全靜止，且簡單易用，但加減速或啟動速度過快會發(fā)生丟步，不完全可靠。
[0004] 現(xiàn)有技術不足在于：
[0005] 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)若采用開環(huán)步進電機控制旋轉雖然可W做到完全靜止，但會發(fā)生丟 步現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請實施例提出了一種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法，W解決現(xiàn)有技術中監(jiān)控 系統(tǒng)若采用開環(huán)步進電機控制旋轉雖然可W做到完全靜止，但會發(fā)生丟步現(xiàn)象的技術問 題。
[0007] 第一個方面，本申請實施例提供了一種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)，包括:控制器、驅動器、 步進電機、傳動機構、執(zhí)行機構和編碼器，其中，
[000引所述控制器，用于W脈沖頻率f (η)向所述驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制PWM脈沖，所述 η表示所述步進電機細分微步第η步；
[0009] 所述驅動器，用于在接收到所述PWM脈沖之后控制所述步進電機轉動；
[0010] 所述傳動機構，用于將驅動力矩提高至預設值；
[0011] 所述執(zhí)行機構，用于在所述步進電機的驅動力下轉動；
[0012] 所述編碼器，用于記錄所述執(zhí)行機構轉動的角度值；
[0013] 所述控制器進一步用于在判斷所述角度值與期望值的差大于預設誤差范圍時，驅 動所述步進電機W預設頻率fs轉動預設時間。
[0014] 第二個方面，本申請實施例提供了一種聯(lián)動相機控制方法，包括如下步驟：
[0015] 控制器W加速頻率向驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制pmi脈沖;所述加速頻率初始為預 設頻率f S、W正弦曲線增加至最高頻率fMAX ;
[0016] 驅動器在接收到所述PWM脈沖之后控制步進電機轉動；
[0017] 傳動機構將驅動力矩提高至預設值；
[0018] 執(zhí)行機構在所述步進電機的驅動力下轉動；
[0019] 控制器從編碼器讀取所述執(zhí)行機構轉動的角度值，在判斷所述角度值與期望值的 差大于預設誤差范圍時，驅動所述步進電機W預設頻率fs轉動預設時間。
[0020] 有益效果如下：
[0021] 本申請實施例所提供的聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法，通過控制器發(fā)送脈沖信號 至驅動器實現(xiàn)控制步進電機轉動，由于步進電機存在力矩可W在控制轉動時做到完全靜 止，另外，本申請實施例還增加了傳動機構，所述傳動機構用于提高驅動力矩，且由于使用 了編碼器作為反饋裝置形成閉環(huán)控制，從而可W避免所述步進電機的加減速或啟動速度過 快導致丟步情況的發(fā)生，確保轉動控制完全可靠。
【附圖說明】
[0022] 下面將參照附圖描述本申請的具體實施例，其中：
[0023] 圖1示出了本申請實施例一中聯(lián)動相機控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0024] 圖2示出了控制器、驅動器與步進電機之間的連接示意圖；
[0025] 圖3示出了本申請實施例二中聯(lián)動相機控制方法實施的流程示意圖；
[0026] 圖4示出了本申請實施例Ξ中視頻監(jiān)控場景下聯(lián)動相機控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0027] 圖5示出了本申請實施例Ξ中Ntntai > 2N時的曲線示意圖；
[002引圖6示出了本申請實施例Ξ中Ntntal < 2N時的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為了使本申請的技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結合附圖對本申請的示例性 實施例進行進一步詳細的說明，顯然，所描述的實施例僅是本申請的一部分實施例，而不是 所有實施例的窮舉。并且在不沖突的情況下，本說明中的實施例及實施例中的特征可W互 相結合。
[0030] 發(fā)明人在發(fā)明過程中注意到：
[0031 ]現(xiàn)有控制旋轉反射鏡通常有W下Ξ種解決方案：
[0032] 1)伺服電機
[0033] 精度高、轉速快、電機體積較小;但需要比較復雜的伺服反饋系統(tǒng)，成本高，無保持 力矩、無法做到完全靜止；
[0034] 2)開環(huán)步進電機
[0035] 數(shù)字控制、簡單易用、開環(huán)控制;加減速或啟動速度過快會發(fā)生丟步，不完全可靠； 由于存在保持力矩可W完全靜止，但有一定的穩(wěn)態(tài)單步誤差，需要運動規(guī)劃加速和減速曲 線，具體由現(xiàn)行、二次函數(shù)、指數(shù)、S型曲線等方案，可W用硬件或軟件實現(xiàn)；
[0036] 3)閉環(huán)步進電機
[0037] 分為有編碼器和無編碼器兩種類型，閉環(huán)控制與電機集成，無累計誤差，可防止丟 步，成本高、電路復雜，由于反饋裝置與電機一體，對于傳動裝置引起的執(zhí)行端誤差起不到 作用。
[0038] 由于采用閉環(huán)控制，伺服電機本身結構和電機的特性決定了伺服電機在停止時無 法絕對靜止，執(zhí)行端的旋鏡會偶爾輕微抖動，影響鏡面反射成像；
[0039] 如果使用開環(huán)步進方案，丟步問題和傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差無法完全避免，會造成運動累 計誤差，使系統(tǒng)精度和可靠性大大降低；
[0040] 如果使用閉環(huán)步進方案，傳動裝置的穩(wěn)態(tài)誤差也無法完全避免，而且成本較高。
[0041] 并且，無論使用W上哪種方案的現(xiàn)有監(jiān)控球機系統(tǒng)，執(zhí)行端負載為攝像頭，由于體 積和運動慣性的限制，最快速度也只能達到500度/秒左右(高速球機）。
[0042] 基于此，本申請實施例提出了一種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)及控制方法，在滿足運動控 制要求的前提下，引入了傳動機構的步進電機反饋控制，可W同時保持低成本和系統(tǒng)的低 復雜度，并且，由于執(zhí)行端負載僅為旋鏡，轉動慣量較小，最快速度可W達到900度/秒。
[0043] 為了便于本申請的實施，下面結合具體實施例，對本申請所提供的聯(lián)動相機控制 系統(tǒng)及控制方法進行說明。
[0044] 實施例一、
[0045] 圖1示出了本申請實施例一中聯(lián)動相機控制系統(tǒng)的結構示意圖，如圖所示，所述聯(lián) 動相機控制系統(tǒng)可W包括:控制器101、驅動器102、步進電機103、傳動機構104、執(zhí)行機構 105和編碼器106,其中，
[0046] 所述控制器，用于W脈沖頻率f(n)向所述驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制（PWM，Pulse Wi化h Modulation)脈沖，所述η表示所述步進電機細分微步第η步；
[0047] 所述驅動器，用于在接收到所述PWM脈沖之后控制所述步進電機轉動；
[0048] 所述傳動機構，用于將驅動力矩提高至預設值；
[0049] 所述執(zhí)行機構，用于在所述步進電機的驅動力下轉動；
[0050] 所述編碼器，用于記錄所述執(zhí)行機構轉動的角度值；
[0051] 所述進一步用于在判斷所述角度值與期望值的差大于預設誤差范圍時，驅動所述 步進電機W預設頻率fs轉動預設時間。
[0052] 具體實施時，步進電機的控制器可W用于控制步進電機的脈沖數(shù)量和脈沖方向， 控制器發(fā)出的脈沖信號進入步進電機的驅動器之后，會由驅動器轉換成步進電機所需要的 強電流信號，帶動步進電機轉動。控制器可W準確的控制步進電機轉過每一個角度，驅動器 所接收的脈沖信號，每收到一個脈沖，驅動器可W給步進電機一個脈沖使電機轉過一個固 定的角度。
[0053] 控制器還可W通過控制脈沖頻率f來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào) 速的目的。具體實施時，控制器可W為ARM Codex-M處理器，可W使用內(nèi)部定時器產(chǎn)生PWM 脈沖通過驅動器控制電機轉動。
[0054] 圖2示出了控制器、驅動器與步進電機之間的連接示意圖，如圖所示，所述控制器 的脈沖輸入PUL信號、正反轉控制（即方向）DIR信號和使能信號ΕΝΑ分別與驅動器對應連接， 驅動器與步進電機相連，Α+、Α-為一相，也就是一組線圈，Β+、Β-為另一相，圖2中示出的步進 電機為兩相四線，具體實施時還可W是Ξ相六線等，本申請對此不作限制。
[0055] 具體實施時，步進電機可W為永磁式(ΡΜ)、反應式(VR)或者混合式化Β)。所述驅動 器可W為細分驅動器，步進電機的細分技術可W減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電 機的運轉精度，例如:對于步進角為1.8°的兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數(shù) 設置為4,那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45%電機的精度可能達到或接近0.45°。實 施中，可W進行Μ細分，也就是將相電流的幅值在整步控制基礎上細分出Μ個臺階，每走一個 微步，電流幅值就變化(上/下)一個臺階。控制器向驅動器發(fā)送的脈沖可脈沖頻率f (η) 發(fā)送，其中η可W表示步進電機細分微步的第η步。
[0056] 步進電機一端可W與驅動器連接，步進電機另一端可W與傳動機構連接。所述傳 動機構可W用于提高驅動力矩，所述驅動力矩可W是步進電機的定子鎖住轉子的力矩，所 述力矩與速度成反比，所述傳動機構提高了驅動力矩，即在一定程度上降低了驅動的速度。
[0057] 具體實施時，本申請實施例所提供的聯(lián)動相機控制系統(tǒng)還可W包括編碼器，所述 編碼器具體可W為絕對值編碼器、增量編碼器、旋轉變壓器等，所述編碼器可W記錄所述執(zhí) 行機構轉動的角度值，所述控制器可W用于在判斷所述角度值與期望值的差大于預設誤差 范圍時，驅動所述步進電機W預設頻率fs轉動預設時間。
[0058] 控制器從編碼器讀出當前所述執(zhí)行機構的角度值后，如果判斷所述執(zhí)行機構的角 度值與期望角度值的差大于誤差允許范圍，則驅動電機W預設頻率fs轉動進行補償。
[0059] 補償之后，可W再檢查所述編碼器的值，如果所述編碼器記錄的值與期望執(zhí)行端 角度的差大于誤差允許范圍，則再次驅動電機W頻率fs轉動進行補償，不斷重復此反饋過 程。
[0060] 實施中，每次補償結束到下一次補償開始之間相隔預設時間。
[0061] 具體實施時，可W在驅動電機轉動進行補償完畢后，延遲一定的時間，W盡量避免 系統(tǒng)震湯。
[0062] 由于本申請實施例采用閉環(huán)反饋，通過獲取絕對值編碼器的值得到執(zhí)行機構的角 度值然后再進行補償，使得系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠;而且，在傳動機構之后安裝絕對值編碼器，可W 確保系統(tǒng)無累計誤差，使得絕對誤差小于0.1°。
[0063] 本申請實施例所提供的聯(lián)動相機控制系統(tǒng)，通過控制器發(fā)送脈沖信號至驅動器實 現(xiàn)控制步進電機轉動，由于步進電機存在力矩可W在控制轉動時做到完全靜止，另外，本申 請實施例還增加了傳動機構，所述傳動機構用于提高驅動力矩，且由于使用了編碼器作為 反饋裝置形成閉環(huán)控制，從而可W避免所述步進電機的加減速或啟動速度過快導致丟步情 況的發(fā)生，確保轉動控制完全可靠。
[0064] 實施中，所述脈沖頻率f(n)與所述執(zhí)行機構的轉速ω的關系為:/扣);其 J60 中，化為步進電機細分微步數(shù)，R為減速比。
[0065] 本申請實施例中，步進電機可W采用專用的驅動器或驅動電路，WPmi信號控制， 脈沖頻率f (化）與執(zhí)行端轉速ω (deg/s)的關系:/ = 化為步進電機細分微步數(shù)，R J白0 為減速比。因此控制PWM的頻率也就是控制執(zhí)行機構的轉速。
[0066] 發(fā)明人在發(fā)明過程中注意到：
[0067] 現(xiàn)有監(jiān)控球機使用步進電機的加減速曲線一般常用方法有W下Ξ種：
[006引1.直線加減速曲線
[0069] 運種方法控制簡單、節(jié)省資源，但勻加速和勻減速階段，速度變化不符合步進電機 速度變化規(guī)律，而且加速和勻速、勻速和減速階段速度不能平滑過渡，運將影響步進電機的 運行效率和使用壽命，所W此種加減速方法主要適用于控制系統(tǒng)處理速度較慢，且對升降 速過程要求不高的場合。
[0070] 2.指數(shù)型加減速曲線
[0071 ]與直線加減速法相比，指數(shù)法平滑性好，運動精度高，但在加減速的起點仍然存在 加減速突變，因此不適合于高速進給數(shù)控系統(tǒng)。
[0072] 3. S型加減速曲線
[0073] 常用的S曲線加減速通過限制增加加速度（即加減速的導數(shù))來控制加速度的突變 現(xiàn)象。運種方法任何一點的速度變化都是連續(xù)變化的，從而避免了柔性沖擊，速度的平滑性 較好、運動控制精度較高，適合于速度精度控制要求高的場合，但計算較為復雜。
[0074] 綜合而言，直線加減速曲線和指數(shù)型加減速曲線存在加速度的突變，有柔性沖擊、 容易造成失步和抖動，影響成像質量;而S型加減速曲線則是一個較為復雜的分段函數(shù)，不 易使用。
[0075] 因此，為了解決上述問題，本申請實施例可W采用如下方式實施。
[0076] 實施中，如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai>2N，那么，
[0077]
[007引其中，N為預設的加速或減速步數(shù)，fs為預設的啟動或停止時的頻率，F(xiàn)max為最高頻 率.
[0079] 如果所述步進電機的總運動步數(shù)Nt〇tai<2N，那么，
[0082] 具體實施時，控制電機轉動可能設及W下參數(shù)：
[0083] 啟動/停止頻率fs、加/減速步數(shù)N、最高頻率Fmax,運些參數(shù)可W根據(jù)步進電機的技 術參數(shù)和系統(tǒng)實際需要確定；
[0084] 總運動步數(shù)化Dtal可W由運動角度、傳動比和電機微步細分角度計算取得；
[0085] 離散函數(shù)f(n)可W計算表示第η步的控制頻率，其中n<Nt〇tai，n € Ζ?。
[0086] 如果 Nt〇tai>2N，
[0091] 其中，加速步數(shù)和減速步數(shù)可W相同，啟動時的頻率和停止時的頻率可W相同。
[0092] 本申請實施例在加速、減速階段均可W采用正弦函數(shù)，由于正弦函數(shù)的導數(shù)為連 續(xù)平滑的余弦函數(shù)，與勻速轉動時的連接可W是平滑的，運樣就避免了柔性沖擊。
[0093] 具體實施時，可W使用ARM Co;rtex-M微控制單元(MCtLMicrocontroller Unit)的 微控制器軟件接口標準（CMSIS，Co;rtex Microcontroller Software Inte;rface Sl:andard)數(shù)字信號處理(DSP,Digital Signal Processing)中的快速正弦函數(shù)計算可快 速計算頻率，W達到實時地每周期更新控制頻率的目的。
[0094] 本申請實施例可W使用基于正弦函數(shù)的加減速曲線，曲線平滑連續(xù)、無沖擊，同時 降低了計算的復雜性。
[00M]實施中，所述傳動機構具體可W為減速器。
[0096] 具體實施時，所述傳動機構可W是減速器，減速器可W降低轉速、增加轉動力矩。 所述減速器按傳動級數(shù)不同可W分為單級減速器和多級減速器;按照齒輪形狀可W分為圓 柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器;按照傳動的布置形式又可W分為 展開式減速器、分流式減速器和同進軸式減速器。
[0097] 本申請實施例可W采用減速器，通過提高輸出力矩實現(xiàn)降速，力矩比例按步進電 機輸出乘減速比，同時，減速器可W降低負載的慣量，慣量的減少可W為減速比的平方。
[0098] 實施中，所述執(zhí)行機構具體可W為旋鏡。
[0099] 具體實施時，所述執(zhí)行機構可W為旋鏡，所述旋鏡可W為旋轉的鏡子，具體可W為 平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等，本中請對此不作限制。具體使用時，可W將聯(lián)動相機的球機的攝 像頭對準旋鏡，通過控制器控制旋鏡轉動即可實現(xiàn)轉動拍攝的目的，簡單方便。
[0100] 由于本申請實施例所提供的聯(lián)動相機控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構為旋鏡，旋鏡的轉動慣 量較小，因此，本申請實施例相比于現(xiàn)有球機(執(zhí)行機構為攝像機)大大降低了執(zhí)行負載，從 而可W得到較高的轉速，轉動速度可W達到900度/秒，可W在100ms內(nèi)完成球機結構范圍內(nèi) 的任何運動。
[0101] 實施例二、
[0102] 基于同一發(fā)明構思，本申請實施例還提出了一種聯(lián)動相機控制方法，下面進行說 明。
[0103] 圖3示出了本申請實施例二中聯(lián)動相機控制方法實施的流程示意圖，如圖所示，所 述聯(lián)動相機控制方法可W包括如下步驟：
[0104] 步驟301、控制器W加速頻率向驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制pmi脈沖;所述加速頻率 初始為預設頻率f S、W正弦曲線增加至最高頻率fMAX ;
[0105] 步驟302、驅動器在接收到所述PWM脈沖之后控制步進電機轉動；
[0106] 步驟303、傳動機構將驅動力矩提高至預設值；
[0107] 步驟304、執(zhí)行機構在所述步進電機的驅動力下轉動；
[0108] 步驟305、控制器從編碼器讀取所述執(zhí)行機構轉動的角度值，在判斷所述角度值與 期望值的差大于預設誤差范圍時，驅動所述步進電機W預設頻率fs轉動預設時間。
[0109] 具體實施時，假設步進電機處于靜止狀態(tài)，控制器可W控制所述步進電機從靜止 狀態(tài)W加速頻率轉動，所述加速頻率初始值為預設頻率fs、后續(xù)W正弦曲線增加至最高頻 率fMAX，所述傳動機構將驅動力矩提高至預設值，從而可W避免步進電機在啟動時由于啟動 速度過快導致丟步現(xiàn)象的發(fā)生，所述執(zhí)行機構可w在電機的驅動力下被動執(zhí)行轉動。
[0110] 具體實施時，控制方法還可W包括控制器從編碼器讀出當前執(zhí)行機構的角度值， 在判斷所述角度值與期望值的差大于預設誤差范圍時，驅動所述步進電機W預設頻率fs轉 動預設時間進行補償，然后在延遲一定時間盡量避免系統(tǒng)震蕩)再檢查絕對值編碼器的 值，不斷重復此反饋過程。
[0111] 具體實施時，所述編碼器可W為絕對值編碼器、增量編碼器、旋轉編碼器、絕對值 多圈編碼器等。
[0112] 本申請實施例將此過程稱為反饋補償階段。前Ξ個階段(加速、勻速、減速)為步進 電機的開環(huán)控制，最后一個階段是反饋補償，因此，本申請實施例所提供的控制方法可W稱 為半閉環(huán)控制。
[0113] 本申請實施例所提供的控制方法，通過控制器發(fā)送脈沖控制步進電機轉動，由于 步進電機存在力矩，可W確保在靜止時可W實現(xiàn)完全靜止，而且，由于采用采用傳動機構提 高了力矩，降低了啟動速度，且由于使用了編碼器作為反饋裝置形成閉環(huán)控制，從而避免了 步進電機由于啟動速度過快導致丟步現(xiàn)象的發(fā)生，確保系統(tǒng)完全可靠。
[0114] 實施中，如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai<2N，所述加速頻率具體可W為：
[0115]
[0116] 其中
，N為預設的加速或減速步數(shù)，fs為預設的 啟動或停止時的頻率，F(xiàn)max為預設的最高頻率；
[0117] 如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai>2N，所述加速頻率具體可W為：
[011 引
[0119] 本申請實施例將上述過程稱為加速階段。
[0120] 本申請實施例在加速階段可W采用正弦函數(shù)，由于正弦函數(shù)的導數(shù)為連續(xù)平滑的 余弦函數(shù)，與勻速轉動時的連接可W是平滑的，即，加速階段與下一階段(勻速階段)可W平 滑過渡，運樣就避免了柔性沖擊。
[0121 ]實施中，所述方法可W進一步包括：
[0122] 如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai>2N，控制器W所述最高頻率fMAx向驅動器 發(fā)送PWM脈沖，控制所述步進電機勻速轉動;其中，所述N為加速或減速步數(shù)，N《n《Ntetai-N。
[0123] 具體實施時，當NtDtai > 2N時，控制器可W W最高頻率fMAx向驅動器發(fā)送PWM脈沖，控 制所述步進電機勻速轉動，本申請實施例稱之為勻速階段。
[0124] 實施中，所述方法可W進一步包括：
[0125] 控制器W減速頻率向驅動器發(fā)送PWM脈沖，所述減速頻率為從最高頻率fMAxW正弦 曲線降低至所述預設頻率fs之后變?yōu)?。
[0126] 具體實施時，本申請實施例可W控制器W減速頻率向驅動器發(fā)送PWM脈沖，所述減 速頻率為從最高頻率fMAxW正弦曲線降低至所述預設頻率fs之后變?yōu)?。
[0127] 本申請實施例將此過程稱為減速階段。
[0128] 實施中，如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai<2N，那么，所述減速頻率具體可W 為：
[0129]
[0130] 所述N為預設的加速或減速步數(shù)；
[0131] 如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai>2N，那么，所述減速頻率具體可W為：
[0132]
[0133] 如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtDtai>2N，在減速階段，電機可W從最高轉速W 正弦曲線減速至預設頻率fs，然后停止。
[0134] 本申請實施例在減速階段也可W采用正弦函數(shù)，由于正弦函數(shù)的導數(shù)為連續(xù)平滑 的余弦函數(shù)，與勻速轉動時的連接可W是平滑的，即，勻速階段與下一階段(減速階段)可W 平滑過渡，運樣就避免了柔性沖擊。
[0135] 本申請實施例中，步進電機可W采用專用的驅動器或驅動電路，WPmi信號控制， 脈沖頻率f (化）與執(zhí)行端轉速ω (deg/s)的關系:/二為步進電機細分微步數(shù)，R α〇υ 為減速比。因此控制PWM的頻率也就是控制執(zhí)行機構的轉速。
[0136] 實施中，所述傳動機構具體可W為減速器。
[0137] 本申請實施例可W采用減速器，通過提高輸出力矩實現(xiàn)降速，力矩比例按步進電 機輸出乘減速比，同時，減速器可W降低負載的慣量，慣量的減少可W為減速比的平方。
[0138] 實施中，所述執(zhí)行機構具體可W為旋鏡。
[0139] 本申請實施例所提供的聯(lián)動相機控制方法的執(zhí)行機構為旋鏡，由于旋鏡的轉動慣 量較小，因此，本申請實施例相比于現(xiàn)有球機(執(zhí)行機構為攝像機)控制方法大大降低了執(zhí) 行負載，從而可W得到較高的轉速，轉動速度可W達到900度/秒，可W在100ms內(nèi)完成球機 結構范圍內(nèi)的任何運動。
[0140] 實施例Ξ、
[0141] 本申請可W用于利用聯(lián)動相機進行視頻監(jiān)控的具體場景，所述聯(lián)動相機可W包括 廣角相機、長焦相機和本申請所提供的控制系統(tǒng)，下面進行說明。
[0142] 圖4示出了本申請實施例Ξ中視頻監(jiān)控場景下聯(lián)動相機控制系統(tǒng)的結構示意圖， 如圖所示，所述聯(lián)動相機控制系統(tǒng)（W下簡稱控制系統(tǒng))可W包括:ARM Codex-M處理器、驅 動器、步進電機、減速器、旋鏡和絕對值編碼器。
[0143] 所述廣角相機、所述長焦相機分別與本申請所提供的控制系統(tǒng)相連，所述長焦相 機的鏡頭與所述控制系統(tǒng)中的旋鏡相對放置，具體實施時所述長焦相機鏡頭的中點可W與 所述旋鏡的中屯、點在一條直線上。
[0144] 在具體監(jiān)控時，可W利用廣角相機進行大范圍的視頻畫面拍攝，當在所述監(jiān)控范 圍內(nèi)出現(xiàn)感興趣目標(可W是人、或者車輛等)時，利用ARM Codex-M處理器向驅動器脈沖， 減速器提高驅動力矩，所述旋鏡在驅動力下進行轉動，所述長焦相機只需要根據(jù)所述旋鏡 反射的畫面進行拍攝即可，無需所述長焦相機本身自行轉動，從而大大降低了轉動慣量、提 高了轉動速度。
[0145] 在轉動過程中可W包括W下幾個階段：
[0146] 起初，所述ARM Codex-M處理器W預設頻率fs向所述驅動器發(fā)送脈沖信號，所述 步進電機從靜止狀態(tài)啟動；
[0147] 然后，所述ARM Codex-M處理器W正弦曲線將脈沖頻率增大，具體的，所述ARM Codex-M處理器可W使用ARM Codex-M MCU的CMSIS DSP中的快速正弦函數(shù)增大脈沖頻 率;所述電機則相應的W正弦曲線加速至最高轉速(對應的頻率可W為FMAx或?^FMAx); 2N
[0148] 增大到最高轉速后，所述ARM Codex-M處理器W最大頻率繼續(xù)向所述驅動器發(fā)送 脈沖信號，所述步進電機W最高轉速勻速轉動；
[0149] 在減速階段，所述ARM Codex-M處理器從所述最大頻率W正弦曲線減速至預設頻 率fs，然后再變?yōu)?，停止發(fā)送脈沖信號;相應的，所述步進電機從最高轉速W正弦曲線減速 至預設頻率fs對應的速度，然后停止；
[0150] 最后，所述ARM Codex-M處理器從絕對值編碼器讀出旋鏡的角度值，如果與期望 旋鏡的角度的差大于誤差允許范圍，則驅動步進電機W頻率fs轉動進行補償，然后延時一 定的時間盡量避免系統(tǒng)震蕩），再檢查絕對值編碼器的值，不斷重復此反饋過程。
[0151] 圖5示出了本申請實施例Ξ中Nt〇tai>2N時的曲線示意圖，如圖所示，假設fs = 1000，F(xiàn)max = 3000，N=60，Nt〇tai = 300。
[01W]當Ntotai > 2N時，所述脈沖頻率可w在η <N時從啟動時頻率f s W正弦函數(shù)上升，直 至最大頻率Fmax;如圖5所示，n = 0時f(0) = 1000;n從0~60運段期間，f(n)w正弦函數(shù)上升； n = 60時，f(60)=F 麗= 3000;
[0153] 在N《n《Nt〇tai-N時，所述脈沖頻率可W保持最大頻率;如圖5所示，η在60~240(即 300-60)之間時，f(n)=Fmax = 3000;
[0154] 在Nt。tal-n<N時，所述脈沖頻率可正弦函數(shù)下降，直至降低為停止時頻率fs; 如圖5所示，η在240~300之間時，f (η) W正弦函數(shù)下降，n = 300時，f (300) =fs= 1000。
[01巧]目P，所述脈沖頻率為：
[0156]
[0157] 圖6示出了本申請實施例Ξ中NtDtai<2N時的曲線示意圖，如圖所示，假設fs = 1000 , Fmax 二 3000 , N 二 60 , Ntotal 二 100 , fmax 二 Ntotal*Fmax/2N 二化00 , 〇
[015引當Ntetal<2N時，所述脈沖頻率可W在fA>0時W正弦函數(shù)變化；如圖6所示，
f (η)在η = 0~100之間W正弦函數(shù)變化，η在0~50之間 時，f (η) W正弦函數(shù)上升;η在50~100之間時，f (η) W正弦函數(shù)下降。
[0159] 在所述時所述脈沖頻率為fs。
[0160] 目P，所述脈沖頻率為：
[0161]
[0162] 綜上所述，與現(xiàn)有技術相比，本申請實施例所提供的技術方案至少具有如下優(yōu)點：
[0163] (1)由于采用閉環(huán)反饋，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；
[0164] (2)使用步進電機存在保持力矩，停止時絕對靜止；
[0165] (3)平滑的正弦加減速曲線保證了無沖擊，運動時平穩(wěn)無失步；
[0166] (4)在傳動機構后安裝絕對值編碼器，使無累積誤差，絕對誤差<0.1%
[0167] (5)由于整個系統(tǒng)的設計和相比于傳統(tǒng)球機大大降低執(zhí)行負載(旋鏡），可W得到 較高的轉速(可達900度/秒），可在100ms內(nèi)完成球機結構范圍內(nèi)的任何運動；
[016引（6)成本低，控制簡單。
[0169] 本領域內(nèi)的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序 產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實 施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機 可用存儲介質（包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等）上實施的計算機程序產(chǎn) 品的形式。
[0170] 本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、設備（系統(tǒng)）、和計算機程序產(chǎn)品的流程 圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、W及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供運些計算機程序 指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器W產(chǎn) 生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實 現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0171] 運些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備W特 定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或 多個方框中指定的功能。
[0172] 運些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計 算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟W產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或 其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一 個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0173] 盡管已描述了本申請的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對運些實施例作出另外的變更和修改。所W，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例W及落入本申請范圍的所有變更和修改。
【主權項】
1. 一種聯(lián)動相機控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:控制器、驅動器、步進電機、傳動機構、執(zhí) 行機構和編碼器，其中， 所述控制器，用于以脈沖頻率f(n)向所述驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制P麗脈沖，所述η表 示所述步進電機細分微步第η步； 所述驅動器，用于在接收到所述PWM脈沖之后控制所述步進電機轉動； 所述傳動機構，用于將驅動力矩提高至預設值； 所述執(zhí)行機構，用于在所述步進電機的驅動力下轉動； 所述編碼器，用于記錄所述執(zhí)行機構轉動的角度值； 所述控制器進一步用于在判斷所述角度值與期望值的差大于預設誤差范圍時，驅動所 述步進電機以預設頻率fs轉動預設時間。2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖頻率f(n)與所述執(zhí)行機構的轉速ω 的關系為：；其中，Ns為步進電機細分微步數(shù)，R為減速比。3. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtQtal多2N， 那么，其中，N為預設的加速或減速步數(shù)，fs為預設的啟動或停止時的頻率，F(xiàn)mm為預設的最高 頻率； 如果所述步進電機的總運動步數(shù)Ntcltal<2N，那么，4. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動機構具體為減速器。5. 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行機構具體為旋鏡。6. -種聯(lián)動相機控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 控制器以加速頻率向驅動器發(fā)送脈沖寬度調(diào)制HVM脈沖;所述加速頻率初始為預設頻 率fs、以正弦曲線增加至最尚頻率fMAX; 驅動器在接收到所述PWM脈沖之后控制步進電機轉動； 傳動機構將驅動力矩提高至預設值； 執(zhí)行機構在所述步進電機的驅動力下轉動； 控制器從編碼器讀取所述執(zhí)行機構轉動的角度值，在判斷所述角度值與期望值的差大 于預設誤差范圍時，驅動所述步進電機以預設頻率fs轉動預設時間。7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtQtal<2N， 所述加速頻率具體為：其中，Ν為預設的加速或減速步數(shù)，匕為預設的啟動或 停止時的頻率，F(xiàn)max為預設的最高頻率； 如果所述步進電機的總運動步數(shù)Ntcltai多2N，所述加速頻率具體為：8. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，進一步包括： 如果所述步進電機的總運動步數(shù)Ntcltal多2N，控制器以所述最高頻率fMAX向驅動器發(fā)送 PWM脈沖，控制所述步進電機勻速轉動;所述N為加速或減速步數(shù)，N<n彡Ntotai-N。9. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，進一步包括： 控制器以減速頻率向驅動器發(fā)送PWM脈沖，所述減速頻率為從最高頻率fMAX以正弦曲線 降低至所述預設頻率fs之后變?yōu)椹枴?0. 如權利要求9所述的方法，其特征在于，如果所述步進電機的總運動步數(shù)NtQtal<2N， 那么，所述減速頻率具體為所述N為預設的加速或減速步數(shù);如果所述步進電機的總運動步數(shù)隊。^多21那么，所述減 速頻率具體為11. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述傳動機構具體為減速器。12. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行機構具體為旋鏡。
【文檔編號】H04N5/232GK106060380SQ201610308380
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】駱天麒
【申請人】北京格靈深瞳信息技術有限公司