基于扰动抑制的四旋翼飞行器跟踪控制

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1、第33卷第02期计算机仿真2016年2月文章编号：1006—9348(2016)02—0111—05基于扰动抑制的四旋翼飞行器跟踪控制韩笑1，廖粤峰2(1．河南机电高等专科学校电气工程系，河南新乡453000；2．河南机电高等专科学校自动控制系，河南新乡453000)摘要：针对四旋翼无人飞行器的视觉伺服控制技术问题，为了使无人发生器实现稳定飞行，准确跟踪目标，采用四元数对飞行器姿态进行描述，并建立系统的非线性误差模型，选用基于HSV颜色空间的颜色特征提取的方法实现目标跟踪，再通过三角法则获取飞行器位置信息，考虑系统的内部模型不确定性及外界扰动，引入自抗扰控制技术设计

2、了水平位置控制器与姿态控制器。通过实验结果分析，改进的飞行器视觉伺服控制器可以准确地跟踪目标，并且控制系统鲁棒性强，跟踪误差小，能够有效完成视觉伺服控制任务。关键词：四旋翼无人飞行器；视觉伺服；目标跟踪；自抗扰控制中图分类号：TPl3文献标识码：BControlofQuadrotorUAVBasedonVisualServoHANXia01，LIA0Yue—fen92(1．DepartmentofAutomation，HenanMechanicalandElectricalEngineeringCollege，XinxiangHenan453000，China；2．

3、DepartmentofElectricalEngineering，HenanMechanicalandElectricalEngineeringCollege，XinxiangHenan453000，China)ABSTRACT：Thispaperfocusesonthecontrolofquad—rotorUAVbasedonvisualservo．TheUAVattitudeisde—scribedbyofusingquatemion，andanonlinearell'ormodelisestablished，thecolorfeatureextraction

4、methodbasedonHSVcolorspaceisusedtorealizetargettracking．Thevehiclepositioninformationisgotbythetrianglelaws，theintemalmodeluncertaintiesandexternaldisturbancesareconsidered．theADRCcontroltechnologyisintroducedtodesignthelevelcontrollerandattitudecontroller．Byanalyzingtheexperimentalres

5、ults，thevisualservocontrollerdesignedinthispapercanaccuratelytrackthetargetwithstrongrobustnessandsmalltrackingelTOr．KEYWORDS：Quad—rotorUAV；Visualservo；Targettrackingposition；ADRC1引言四旋翼无人飞行器已被广泛应用于民用航拍，影视制作等领域。飞行器在飞行过程中会受到复杂的空气动力学扰动，飞行器的姿态控制效果也会受到许多不确定因素的影响。因此，高性能、高精度的控制方法具有很强的应用价值。目前，

6、各国学者针对四旋翼无人飞行器控制问题提出了大量方法，主要有反馈控制⋯、滑模控制忙J、自适应控制【3J、干扰观测器¨1等。但是大部分控制方法由于其固有的局限性，在实际应用上还存在很多弊端，如滑模控制中出现的抖振现象，神经网络计算速度等；这些方法大多是针对时域系统进收稿日期：2015—05—19行分析和设计，没有考虑系统的频域特性，当存在噪声、振动等因素时，此类方法无法满足实际系统的需要。韩京清提出的自抗扰控制(activedisturbancerejection．control，ADRC)方法是一种估计和补偿系统不确定性的有效手段b’6J。利用系统的输入和输出数据对总

7、扰动进行估计，并在控制器中进行补偿。而视觉伺服控制技术有信息量大、反馈准确等优点"，sJ。本文将这两者结合改善四旋翼无人飞行器的控制方法。视觉伺服控制技术上的关键在于目标跟踪等图像处理问题以及如何准确的实施目标跟踪控制，然而国内的研究尚处于起步阶段。因此本文采用四元数对飞行器姿态进行描述，并建立系统的非线性误差模型，选用颜色特征提取方法实现目标跟踪，再通过三角法完成目标定位。最后引入自抗扰控制技术设计了四旋翼无人飞行器的视觉伺服控制器，实一】】】一现飞行器准确的水平位置控制和稳定的姿态控制。2飞行器系统模型2．1飞行器系统模型本文中飞行器坐标系由载体坐标系曰与世