增稳云台多用于无人机航拍。除了航拍之外,在日常生活的许多场景中,人们对稳定、清晰、流畅、高质量的视频拍摄效果也有较高的需求。在徒手持相机的条件下,人体运动使相机抖动,严重影响拍摄视频的质量。为了满足对固定目标的拍摄需求,在增稳云台控制系统中加入视觉跟踪技术,实现对不同物体的跟踪拍摄,使视频拍摄形式更加多样化,自由度更高。本文研制了一款针对手机的结合视觉跟踪技术的手持式三轴增稳云台控制系统,主要的研究工作内容如下:(1)从结构上对手持式三轴增稳云台进行分析,介绍其结构组成及主要的工作过程,同时分析其实现自稳的原理以及影响自稳的各种因素,为自稳控制算法的设计提供依据。(2)在姿态检测部分,根据手持式三轴增稳云台控制系统的性能指标以及包含加速度计与陀螺仪的六轴姿态器件的数据特性,分析几种滤波算法,选择适合的姿态解算算法。(3)根据姿态检测部分的姿态信息,设计增稳云台自稳控制算法。电机采用三相无刷直流电机(BLDC),在姿态控制策略上,采用基于磁传感非接触式绝对位置编码器的有感磁场定向控制(FOC)的三相无刷直流电机驱动方法,结合姿态信息,实现对云台的精准自稳控制。这种控制方法对负载的变动适应性强,鲁棒性好。(4)在视觉跟踪方面,研究视觉跟踪的理论基础,设计视觉跟踪算法,并将其应用于消费级的移动设备,比如手机中。同时,以摄像设备镜头的中心为基准,把被跟踪目标的上下左右位置偏差信息与增稳云台控制算法相融合。(5)设计硬件和软件系统。为了简化硬件电路,提高生产良率,降低增稳云台的硬件成本,在电机驱动策略上,本文采用在FOC基础上改进的去除电流环的驱动方法,控制单元采用STM32f1系列处理芯片。最后,以以上研究内容为基础,制作一款以各种尺寸的手机为搭载对象的具有跟踪拍摄功能的手持式三轴增稳云台实验机器,并进行实地测试。测试结果表明,该手持式三轴增稳云台运行稳定,具有良好的消抖效果,并对负载的变动和外界干扰有很强的适应性,能够很好地满足各种拍摄场景的需求。