一種全局穩(wěn)定的四旋翼無人機(jī)移動目標(biāo)跟蹤控制

劉錦濤， 高 麗， 吳文海， 汪 節(jié)， 辛 巧

(1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041； 2.伊犁師范學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，新疆 伊寧 835000)

一種全局穩(wěn)定的四旋翼無人機(jī)移動目標(biāo)跟蹤控制

劉錦濤1， 高 麗1， 吳文海1， 汪 節(jié)1， 辛 巧2

(1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東 青島 266041； 2.伊犁師范學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，新疆 伊寧 835000)

針對地面目標(biāo)機(jī)動不確定和風(fēng)擾動條件下的四旋翼無人機(jī)目標(biāo)跟蹤問題，提出了一種全局穩(wěn)定的控制策略。控制系統(tǒng)分為位置和姿態(tài)兩個(gè)子系統(tǒng)。位置控制部分針對缺少目標(biāo)與載機(jī)的相對速度問題，設(shè)計(jì)了輸出有界的基于觀測器的滑模控制器，且其輸出能夠保證所生成的期望姿態(tài)指令有界;設(shè)計(jì)了基于四元數(shù)的姿態(tài)控制器，通過增加非線性切換項(xiàng)，加快了動態(tài)跟蹤速度，并得到了整個(gè)位置-姿態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性證明。建立了風(fēng)擾動模型，進(jìn)行了目標(biāo)機(jī)動情況下的跟蹤飛行仿真，得到了滿意的跟蹤效果。

四旋翼無人機(jī)； 位置控制； 姿態(tài)控制； 目標(biāo)跟蹤

0 引言

當(dāng)前，四旋翼無人機(jī)已經(jīng)在軍事偵察、航拍等很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并進(jìn)一步產(chǎn)生了能夠跟蹤移動目標(biāo)自動飛行的新需求。

在四旋翼控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，由于它主要依靠垂直于機(jī)身的拉力推進(jìn)，是一種欠驅(qū)動的非線性系統(tǒng)，為簡化設(shè)計(jì)分析，可在四旋翼無人機(jī)非線性模型上分解成位置與姿態(tài)兩個(gè)級聯(lián)子系統(tǒng)，再分別進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。近年來已成功研究出大量的姿態(tài)控制器和位置控

1 模型建立

1.1 四旋翼無人機(jī)運(yùn)動模型