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郭涵宇1,宋韬1,叶建川1*(),祝海2,3,周颉鑫2,3,朱效洲2,3
GUO Hanyu1, SONG Tao1, YE Jianchuan1*(), ZHU Hai2,3, ZHOU Jiexin2,3, ZHU Xiaozhou2,3
摘要: 基于图像视觉伺服(Image-Based Visual Servoing, IBVS)的四旋翼无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)系统是一个具有耦合特性的非线性系统,其在降落及跟踪过程中的姿态变化会造成地面目标脱离视场(Field of View, FOV),导致控制失效。为解决此问题,提出一种考虑FOV约束的控制方法,并设计高阶滑模观测器(Higher Order Sliding Mode Observer, HOSMO)估计集总扰动。基于虚拟图像平面和图像矩特征构建系统模型,设计基于IBVS及HOSMO补偿的模型预测控制方法,并分析稳定性。结合FOV约束条件得到姿态动态边界,进而引入FOV约束,并分析约束的有效性。仿真结果表明,所提方法实现了UAV对机动目标的稳定跟踪,高度方向的跟踪误差降低约49%,同时在FOV约束下,实现了UAV对位于FOV边缘的机动目标的稳定跟踪和准确降落,对比现有方法扩展了基于IBVS的跟踪及降落包线。
中图分类号: