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一种非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路

更新时间:2024-07-01
一种非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路 专利申请类型:发明专利;
源自:中国高价值专利检索信息库;

专利名称:一种非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202110852608.7

专利申请(专利权)人:高瞻创新科技有限公司
权利人地址:中国香港新界沙田白石角香港科学园科技大道西19号19W大楼915室

专利发明(设计)人:麦练智,朱怡宗

专利摘要:本发明是一种非传感器式闭环防抖控制算法,所述算法的步骤包括:1、通过电阻计算模块读取驱动一个多轴防抖马达所有电压Vk‑1及电流Ik‑1;2、通过步骤1.1中计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈电阻Rk‑1;3、通过反电动势计算模块读取上述步骤1和2中所有电阻、电压及电流,计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈的反电动势Ek‑1;4、通过一个闭环防抖控制模块读取防抖补偿角度θk,以及所述的每个线圈电阻及反电动势,并计算及输出闭环防抖控制Fk;5、接着等待一个时步k=k+1,并重复上述1至4中的步骤。属于系统算法相关的技术领域。目的是在没有传感器的马达中加入闭环控制元素,达到优良的防抖效果及减低因共振造成影像模糊的风险。

主权利要求:
1.一种非传感器式闭环防抖控制算法,其特征在于,所述算法的步骤包括:
1.1、通过电阻计算模块读取驱动一个多轴防抖马达所有电压Vk‑1及电流Ik‑1;
1.2、通过步骤1.1中计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈电阻Rk‑1;
1.3、通过反电动势计算模块读取上述步骤1.1和1.2中所有电阻、电压及电流,计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈的反电动势Ek‑1;
1.4、通过一个闭环防抖控制模块读取防抖补偿角度θk,以及所述的每个线圈电阻及反电动势,并计算及输出闭环防抖控制Fk,计算方法如下:Fk=[F1,k,…,Fi,k,…,Fn,k]
Fi,k=Gi(θk)‑aiEi,k‑1
其中n是所述多轴防抖马达中的所有线圈组数目,Fi,k是输出至驱动电路及线圈组i在时步k时的闭环防抖控制,Gi(θk)是防抖补偿角度θk的函数,用于计算补偿θk时输出至驱动电路及线圈组的开环控制,ai是闭环防抖控制中的对应线圈组i的增益;
1.5、接着等待一个时步k=k+1,并重复上述1.1至1.4中的步骤。
2.采用如权利要求1所述的一种非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述应用电路包括驱动电路、感应电路和多轴防抖马达;所述驱动电路根据非传感器式闭环防抖控制算法输出防抖控制指令,驱动对应的多轴防抖马达;所述感应电路侦测驱动电路输出至多轴防抖马达的所有电压及电流,并输出至所述非传感器式闭环防抖控制算法;所述非传感器式闭环防抖控制算法根据输入的防抖补偿角度及所述电压及电流,计算及输出闭环防抖控制模块;所述多轴防抖马达是音圈马达或伺服马达,由多组线圈及磁石组成;所述闭环防抖控制模块输出的防抖控制是电压Fk=Vk,即是用电压驱动多轴防抖马达进行防抖运动。
3.根据权利要求2中所述的非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述闭环防抖控制模块输出的防抖控制是电流Fk=Ik,即是用电流驱动多轴防抖马达进行防抖运动。
4.根据权利要求2中所述的非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述非传感器式闭环防抖控制算法储存闭环防抖控制模块中的输出电压Vk或电流Ik至少一个记忆体中,供下一个时步时所述算法计算使用。
5.根据权利要求2中所述的非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述的多轴防抖马达还设有弹簧振子系统,通过调整所述的闭环防抖控制模块中的增益ai,使所述的多轴防抖马达中弹簧振子系统的阻尼比在0.4及1.4之间。
6.根据权利要求2中所述的非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述的应用电路还设有控制芯片,所述的控制芯片还设有微控制器、控制电路和感应电路;所述控制芯片包含所述的非传感器式闭环防抖控制算法。
7.根据权利要求6中所述的非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述控制芯片还设有放大器和模拟数字转换器,构成一个感应电路。
8.根据权利要求6中所述的非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,其特征在于:所述控制芯片外设有至少一个电阻,构成至少一个感应电路。 说明书 : 一种非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路技术领域[0001] 本发明涉及一种防抖控制算法及其应用电路,特别是一种非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路。背景技术[0002] 近年来具有拍摄功能的小型移动装置十分普及,应用范围亦不断扩展,包括智能手机﹑智能眼镜﹑运动相机﹑执法记录仪及行车记录仪。在所述装置中,包含至少一颗变焦(zoom)﹑自动对焦(Auto‑Focus)或定焦(Fixed‑Focus)小型相机模组(Compactcameramodule)。因此,所述模组的市场很庞大,增长亦稳步上扬。[0003] 在拍照及拍影片时,所述装置拍出来的照片及影片很可能因为外来振动而出现模糊或晃动,影响照片及影片质素。当振动比较激烈,或在低光情况下,这问题会更加严重。[0004] 为了解决上述问题,市场上已经出现很多不同的防抖技术。现有主流技术通过读取振动传感器(例如陀螺仪及加速传感器),计算振动波形及所需的补偿角度,通过驱动及控制光学防抖(OpticalImageStabilizer,OIS)﹑平移传感器防抖(Sensor‑ShiftStabilizer,SSS)或防抖云台(GimbalStabilizer,GS)马达,补偿因振动造成的图像模糊及晃动,达致改进图像质素的效果。[0005] 第一类防抖控制方式(参考专利:CN102749697B及CN110892704A)采用传感器式闭环防抖控制算法及电路,需要在马达中加入位置传感器(例如霍尔传感器)。所述算法及电路通过读取位置传感器,进行闭环防抖控制,达致优秀的防抖效果,并降低因为外来振动导致防抖马达出现共振的机会及因共振造成影像模糊的风险。[0006] 第二类防抖控制方式(参考专利:CN102798959B及CN107340667B)采用开环防抖控制算法及电路,不需要在马达中加入位置传感器,简化防抖马达及相机模组,减低马达及模组的尺寸和成本。发明内容[0007] 本发明的目的是在于解决现有:[0008] 1、第一类防抖控制方式中,需要在马达中加入位置传感器及额外的插脚,导致防抖马达及模组驱动电路和芯片更复杂,提高马达及模组的尺寸和成本;[0009] 2、第二类防抖控制方式因为采用开环控制,所以容易出现因为外来振动导致防抖马达出现共振或不需要的运动,增加因所述共振或运动造成影像模糊的风险。而提供一种在不需要在马达中加入额外传感器的情况下,可以达到较好的防抖控制和防抖效果,减低因共振造成影像模糊的风险,以及简化防抖马达及相机模组,降低马达及模组的尺寸和成本的非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路。[0010] 一种非传感器式闭环防抖控制算法,所述算法的步骤包括:[0011] 1.1、通过电阻计算模块读取驱动一个多轴防抖马达所有电压Vk‑1及电流Ik‑1;[0012] 1.2、通过步骤1.1中计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈电阻Rk‑1;[0013] 1.3、通过反电动势计算模块读取上述步骤1.1和1.2中所有电阻、电压及电流,计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈的反电动势Ek‑1;[0014] 1.4、通过一个闭环防抖控制模块读取防抖补偿角度θk,以及所述的每个线圈电阻及反电动势,并计算及输出闭环防抖控制Fk;[0015] 1.5、接着等待一个时步k=k+1,并重复上述1.1至1.4中的步骤。[0016] 当n是所述所有多轴防抖马达中的线圈组数目、Vi,k是线圈组i在时步k时的电压、Ii,k是线圈组i在时步k时的电流、以及Ri,k是线圈组i在时步k时电阻,所述所有电阻计算模块中的主要方程式如下:[0017] Vk=[V1,k,…,Vi,k,…,Vn,k](方程式1)[0018] Ik=[I1,k,…,Ii,k,…,In,k](方程式2)[0019] Rk=[R1,k,…,Ri,k,…,Rn,k](方程式3)[0020][0021] 当Ei,k是线圈组i在时步k时的反电动势,所述所有反电动势模块中的主要方程式如下:[0022] Ek=[E1,k,…,Ei,k,…,En,k](方程式5)[0023] Ei,k‑1=Vi,k‑1‑Ii,k‑1Ri,k‑1(方程式6)[0024] 当m是所述多轴防抖马达中的防抖补偿轴(可以包含3轴倾斜方向及2轴平移方向,但不包含沿光轴平移方向)数目、θj,k是第j轴在时步k时的防抖补偿角度或/及距离、Fi,k是输出至驱动电路及线圈组i在时步k时的闭环控制、以及ai是闭环防抖控制中的对应线圈组i的增益,所述所有闭环防抖控制模块中的主要方程式如下:[0025] Fk=[F1,k,…,Fi,k,…,Fn,k](方程式7)[0026] θk=[θ1,k,…,θj,k,…,θm,k](方程式8)[0027] Fi,k=Gi(θk)‑aiEi,k‑1(方程式9)[0028] 方程式9中的Gi(θk)是θk的函数,作用是计算补偿θk时输出至驱动电路及线圈组i的开环控制。方程式9中的aiEi,k‑1是在开环控制的基础上加入闭环控制的成分,达致闭环控制的效果,改变防抖马达的特性,提高防抖表现及减低因共振造成影像模糊的风险。[0029] 采用如上述的一种非传感器式闭环防抖控制算法的应用电路,所述应用电路包括驱动电路、感应电路和多轴防抖马达;所述驱动电路根据非传感器式闭环防抖控制算法输出防抖控制指令,驱动对应的多轴防抖马达;所述感应电路侦测驱动电路输出至多轴防抖马达的所有电压及电流,并输出至所述非传感器式闭环防抖控制算法;所述非传感器式闭环防抖控制算法根据输入的防抖补偿角度及所述电压及电流,计算及输出闭环防抖控制模块。[0030] 进一步的,所述多轴防抖马达是音圈马达或伺服马达,由多组线圈及磁石组成。[0031] 进一步的,所述闭环防抖控制模块输出的防抖控制是电压Fk=Vk,即是用电压驱动多轴防抖马达进行防抖运动。[0032] 进一步的,所述闭环防抖控制模块输出的防抖控制是电流Fk=Ik即是用电流驱动多轴防抖马达进行防抖运动。[0033] 进一步的,所述非传感器式闭环防抖控制算法储存闭环防抖控制模块中的输出电压Vk或电流Ik至少一个记忆体中,供下一个时步时所述算法计算使用。[0034] 进一步的,所述的多轴防抖马达还设有弹簧振子系统,通过调整所述的闭环防抖控制模块中的增益ai,所述的多轴防抖马达中部份弹簧振子系统的阻尼比在0.4及1.4之间。[0035] 进一步的,所述的应用电路还设有控制芯片,所述的控制芯片还设有微控制器、控制电路和感应电路;所述控制芯片包含所述的非传感器式闭环防抖控制算法。[0036] 进一步的,所述控制芯片还设有放大器和模拟数字转换器,构成一个感应电路。[0037] 进一步的,所述控制芯片外设有至少一个电阻,构成至少一个感应电路;[0038] 进一步的,所述控制芯片外设有至少一个电阻和电容,构成至少一个感应电路。[0039] 采用上述技术方案的有益效果是:[0040] 首先,能在没有传感器的马达中加入闭环控制元素,达到优良的防抖效果及减低因共振造成影像模糊的风险。[0041] 其次,由于本发明不需要在马达中加入额外的传感器,所以可以简化防抖马达及相机模组,减低马达及模组的尺寸和成本。[0042] 再次,因为本发明所需的微控制器、驱动电路、放大器、以及模拟数字转换器在传统防抖控制芯片中是常见的,所以应用本发明的算法及电路时,可以采用传统防抖控制芯片,简化外置电子零件及电路,减低成本及体积。附图说明[0043] 图1为本方案中所述算法的操作步骤的框图;[0044] 图2为本方案中所述算法的应用电路一;[0045] 图3为本方案中所述算法的应用电路二;[0046] 图4为本方案中所述算法的应用电路三;[0047] 图5为本方案中所述算法的应用电路四;具体实施方式[0048] 以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的内容作进一步地说明。所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。[0049] 如图1至5中所示,本方案的实施例1中的一种非传感器式闭环防抖控制算法,包括:电阻计算模块、反电动势计算模块和闭环防抖控制模块。[0050] 如图1所示,实施例1中的一种非传感器式闭环防抖控制算法的步骤包括:所述一个电阻计算模块读取驱动一个多轴防抖马达所有电压Vk‑1及电流Ik‑1,计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈电阻Rk‑1;所述一个反电动势计算模块读取所述所有电阻、电压及电流,计算及输出一个多轴防抖马达中的所有线圈的反电动势Ek‑1;所述一个闭环防抖控制模块读取防抖补偿角度或/及距离θk、以及所述的每个线圈电阻及反电动势,并计算及输出闭环防抖控制Fk,之后等待一个时步k=k+1,并不断重复以上步骤。[0051] 如图2所示,实施例1还包含所述算法的应用电路,包括:一个驱动电路、一个感应电路、以及一个多轴防抖马达;所述一个驱动电路根据所述算法输出防抖控制,驱动所述一个多轴防抖马达;所述一个感应电路侦测所述一个驱动电路输出至所述一个多轴防抖马达的所有电压及电流,并输出至所述算法;所述算法根据输入的防抖补偿角度及所述电压及电流,计算及输出闭环防抖控制。[0052] 实施例1中多轴防抖马达多个线圈相对于磁石的移动速度 会影响驱动电路中的反电动势Ek,以及电压Vk及电流Ik之间的关系。当移动速度上升,反电动势的绝对值亦会提升。[0053] 实施例1中的算法及应用电路可以驱动所述一个多轴防抖马达进行防抖运动,补偿因振动造成的图像模糊,提高图像清晰度。[0054] 如图3所示,为本发明的实施例2中的一种非传感器式闭环防抖控制算法及其应用电路。和实施例1不同,实施例2加入防抖补偿角度计算模块,读取振动传感器的信号,计算多轴防抖补偿角度及/或距离,并输出至闭环防抖控制模块。另外,实施例2中的一种非传感器式闭环防抖控制算法包含记忆体,可以储存闭环防抖控制模块的控制信号(电流或电压),供下个时步时电阻计算模块及反电动势计算模块使用,无需再通过感应电路读取相关信号,达致更简化的感应电路。[0055] 如图4所示,为本发明的实施例3中的应用电路,所述应用电路对应实施例2中的算法,并包含一个电流驱动电路、两个感应电路、一个微控制器、一个振动传感器、以及一个多轴防抖马达;所述感应电路1包含多个电阻及电容,组成多个低通滤波器,连接电流驱动电路的输出,过滤输出中的高频噪音;所述一个电流驱动电路、感应电路1及一个微控制器集成在一个防抖控制芯片中;所述感应电路2包含多个放大器及多通道模拟数字转换器(Multi‑ChannelAnalog‑to‑DigitalConverter);所述感应电路2的输入连接所述感应电路1中的过滤后输出;所述感应电路2的输出连接微控制器的输入;通过所述感应电路1及2,所述微控制器能读取电流驱动电路的多个输出电压;通过记忆体,所述微控制器多轴防抖马达于上一个时步的电流;所述微控制器读取振动传感器和进行所述的防抖补偿角度计算算法及非传感器式闭环防抖控制算法后,计算及输出控制信号至所述电流驱动电路,并储存所述电流于所述微控制器中的记忆体,供所述两个算法于下一个时步使用。[0056] 如图5所示,为本发明的实施例4中的应用电路,和实施例3中的应用电路相近,除了实施例4采用电压驱动电路、不同的感应电路1的电容及电阻组合、微控制器通过感应电路1及2读取电压驱动电路的多个电流、以及微控制器计算及输出驱动电压,并储存相关信号至微控制器中的记忆体。[0057] 因为实施例3及4中的防抖控制芯片接近目前市面上流行的控制芯片,所以应用实施例3及4中的算法及电路时,可以采用传统防抖控制芯片,简化外置电子零件及电路,减低成本及体积。[0058] 通过调整在微处理器中非传感器式闭环防抖控制算法中方程式9的ai(闭环防抖控制中的对应线圈组i的增益),能改变多轴防抖马达中的弹簧振子系统的阻尼系数。通过提高ai,能达致较大的阻尼系数及阻尼比。[0059] 优选地,当阻尼比被调较为0.4及1.4之间(接近临界阻尼状态/NearCriticalDamping)时,所述多轴防抖马达可达致接近优良防抖效果,减低因共振造成影像模糊的风险。[0060] 由于实施例中的算法及其应用电路不需要在所述马达中加入额外传感器,所以能有效简化所述马达及模组,减低马达及模组的尺寸和成本。[0061] 在其它实施例中,计算线圈电阻Rk‑1时加入驱动电路及感应电路中的相关电阻;改变多轴防抖马达数目或输入通道数目;不储存控制输出信号至记忆体;改变电阻计算模块、反电动势计算模块或闭环防抖控制模块数目及组合;改变感应电路或驱动电路数目及组合;改变感应电路中模拟数字转换器、放大器、电阻或电容数目及组合;去掉感应电路中所有电容;以及去掉振动传感器,亦在本发明的保护范围之内。[0062] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区:中国

专利申请日期:2021-07-27

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN113556064B

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