视觉引导的无人直升机静止点目标跟踪控制器设计

本文研究的焦点是"无人直升机基于视觉的静止点目标跟踪"，针对实际应用场景中搭载摄像头的无人直升机在追踪静止目标时的控制问题。研究者设计了一种创新的层级控制器，该控制器分为三个层次：首先，内回路采用四个独立的Proportional-Derivative (PD) 控制器，分别负责控制直升机的高度和姿态，确保飞行器稳定地保持在预定的空间位置。PD控制器是一种经典的控制策略，它结合了比例（proportional）控制来快速响应偏差和微分（derivative）控制以减小稳态误差，对于高度和姿态的精确控制非常有效。 接着，中间层采用了两个Mamdani型模糊控制器，它们负责控制直升机的位置。模糊控制器是一种非线性控制方法，通过模糊逻辑系统处理不确定性信息，能适应环境变化和模型不精确性，从而实现对位置的柔性控制。这种设计考虑到了环境干扰和系统动态复杂性，提高了整体系统的鲁棒性。 外回路是整个系统的关键，它利用视觉反馈机制来获取直升机对下一时刻期望位置的估计。与传统的基于预设坐标或参数的方法不同，这个设计无需精确的摄像机内参数、平移外参数，只需要粗略的旋转外参数即可。视觉反馈的引入使得控制器能够实时根据摄像头捕获的图像信息调整飞行路径，实现对静止目标的精确跟踪，降低了对系统精确度的依赖。 该研究得到了国家自然科学基金项目的资助（项目编号60675056），由四位作者共同完成，包括范才智博士研究生，主要研究无人直升机控制；长江学者刘云辉教授，专注于机器人动态控制、自动控制、机器视觉等领域；吴亮博士研究生，专攻图形图像处理；以及宋宝泉博士研究生，致力于无人直升机控制。研究成果通过仿真验证了该层级控制器的可行性和有效性，适合于无人直升机在视觉引导下的静止目标跟踪任务，具有重要的理论价值和实际应用潜力。 本文的关键词包括“无人直升机”、“PD控制器”、“模糊控制器”和“目标跟踪”，反映出研究的核心技术领域。此外，文章还被分类在TP（技术报告）类别，并获得了文献标志码A，表明其学术水平和严谨性。总体来说，这项工作在无人直升机控制技术与视觉跟踪领域的结合方面取得了重要进展，为无人机在特定环境下的自主导航提供了新的控制策略。