[发明专利]一种基于直驱电机驱动的球机

权利要求书

1.一种基于直驱电机驱动的球机，包括云台，所述云台包括Z轴、Y轴及X轴，其特征在于，包括：控制所述Z轴的第一直驱电机，控制所述Y轴的第二直驱电机，控制所述X轴的第三直驱电机；所述第一、第二和第三直驱电机包括定子和转子；所述定子固定不动，所述转子带动负载转动；所述Z轴、Y轴及X轴方向联动；所述云台的摄像头安装于所述X轴的负载内；姿态传感器感应所述摄像头的动态，所述姿态传感器和所述摄像头刚性连接；所述姿态传感器获取所述摄像头的姿态角度和角速度；根据所述姿态角度和所述角速度并基于PTD控制算法计算出所述直驱电机输出控制量。

2.根据权利要求1所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：所述云台还包括用于固定的底座，所述第一直驱电机的定子固定于所述底座上，所述第一直驱电机的转子与上层负载连接。

3.根据权利要求2所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：所述云台还包括支架，所述第二直驱电机的定子固定于所述支架上，所述第二直驱电机的转子与所述Y轴负载相连。

4.根据权利要求3所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：所述第三直驱电机的定子固定于所述支架上，所述第三直驱电机的转子与所述X轴负载相连。

5.根据权利要求4所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：上述第一、第二和第三直驱电机定子的固定方式，均为通过螺丝间接或直接的方式进行固定；所述第一、第二和第三直驱电机转子与负载的连接方式，均为通过螺丝间接或直接的方式进行连接。

6.根据权利要求1所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：所述姿态传感器为六轴传感器。

7.根据权利要求1所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：采集所述姿态传感器中加速度计、陀螺仪的数据，通过四元素互补滤波姿态解算得到所述姿态角度和所述角速度；当前所述姿态角度与目标角度的角度差值与角速度作为输入量，通过串级PID控制算法计算出所述直驱电机输出控制量。

8.根据权利要求7所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：所述PID控制算法采用变参数PID方式，根据误差e的大小，调节比例、积分、微分的参数；

比例参数P根据函数P(e(t))＝a_p+b_p(1-sech(c_pe(t)))进行调节，其中a_P、b_P、c_P为正实常数，参数P取值范围为[a_P，a_P+b_P]，c_p为调整参数P变化速率，sech为双曲正割函数；

积分参数I根据函数I(e(t))＝a_Isech(c_Ie(t)))进行调节，其中a_I、c_I为正实常数，参数I取值范围为(0，a_I]，c_I为调整参数I变化速率；

微分参数D根据函数D(e(t))＝a_D+b_D/(1+d_Dexp(c_De(t)))或D(e(t))＝a_D+b_D/(1+d_Dexp(-c_De(t)))进行调节，其中a_D、b_D、c_D、d_D为正实常数，参数D取值范围为(a_D，a_D+b_D)，c_D为调整参数D变化速率。

9.根据权利要求8所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：当误差e比较大时，不考虑系统的精度和超调量，采用加大比例参数P进行调节；当误差e比较小时，加强积分参数I和微分参数D的调节；当系统超调时，加大微分参数D调节。

10.根据权利要求8所述的基于直驱电机驱动的球机，其特征在于：当误差变化率e_v小于等于0时，微分参数D根据函数D(e(t))＝a_D+b_D/(1+d_Dexp(c_De(t)))进行调节；当误差变化率e_v大于0时，微分参数D根据函数D(e(t))＝a_D+b_D/(1+d_Dexp(-c_de(t)))进行调节。