四旋翼无人机航拍云台的控制系统设计

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1、文章编号：2095-1248（2016）05-0055-06四旋翼无人机航拍云台的控制系统设计林峰，王晓晓，曲晓光（沈阳航空航天大学自动化学院，沈阳110136）摘要：四旋翼航拍云台是低空机载拍摄中稳定相机视轴的稳定平台，选取两轴云台为设计对象，对云台的控制系统进行设计研究。其中控制系统包括视轴框架传感器，云台主控制器，云台框架电机，云台框架四部分组成。通过闭环控制反馈传感器对云台电机检测的位置信号到主控制器中，主控制器处理信号并控制电机转矩，使云台电机隔离无人机的机体扰动，可靠稳定地完成航拍任务。改进了传统人工调节ＰＩＤ控制参数的繁琐方式，采用遗传算法来整定ＰＩＤ控制参数，并通过仿真验证了该

2、方法整定的参数使控制系统无超调，响应速度快。关键词：控制系统；遗传算法；四旋翼无人机；航拍云台；ＰＩＤ中图分类号：ＴＰ274文献标志码：Ａdoi：10．3969／ｊ．ｉｓｓｎ．2095-1248．2016．05．011Controlsystemdesignfortheaerialpan-titleoffour-rotorUAVＬＩＮＦｅｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｏ-ｘｉａｏ，ＱＵＸｉａｏ-ｇｕａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ110136，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｐａｎ-ｔｉｔｌｅｏｆｆｏｕｒ-ｒｏｔｏ

3、ｒａｉｒｃｒａｆｔｉｓａｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｃａｍｅｒａｖｉｓｕａｌａｘｉｓｉｎｌｏｗ-ａｌｔｉｔｕｄｅａｉｒｂｏｒｎｅｓｈｏｏｔｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｗｏ-ａｘｉｓｐａｎ-ｔｉｔｌｅｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｂｊｅｃｔａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｄｔｈｅｖｉｓｕａｌａｘｉｓｆｒａｍｅｓｅｎｓｏｒ，ｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂｏａｒｄ，ｂｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒａｎｄｔｈｅｆｒａｍｅｏｆｐａｎ-ｔｉｔｌｅ．Ｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅ

4、ａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｓｔａｂｌｙ，ｔｈｅｃｌｏｓｅｄ-ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｆｏｒｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｏｆｆｅｅｄｂａｃｋｍｏｔｏｒａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅｓｏｔｈａｔｔｈｅｍｏｔｏｒｏｆｐａｎ-ｔｉｔｌｅｉｓｏｌａｔｅｄｔｈｅＵＡＶｂｏｄｙｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ．Ｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍａｎｕａｌａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｔｉｌｉｚｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｔｏｓｅｔｔｈｅ

5、ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｈｉｃｈｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｌｅａｄｔｏｔｈｅｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｏｕｔｏｖｅｒｓｈｏｏｔ．Keywords：ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｏｕｒ-ｒｏｔｏｒＵＡＶ；ａｅｒｉａｌｐａｎ-ｔｉｔｌｅ；ＰＩＤ近年来，随着自动控制技术、机械制造、无线技术是当今国内外研究热点之一，航拍是低空遥传输等高新科技水平的

6、不断提高，无人机技术逐感技术中的一种，使用相应的机载遥控设备实现渐进入了民用领域，单纯的无人机飞行没有实际空中拍摄、测绘、海洋监测、森林防火等应用，稳定的应用价值，但是无人机装载设备在恶劣的环境的机载平台在其中发挥着重要作用。为获取高质中进行实际任务的执行就显出了很高的价值。无量的低空遥感影像，机载测量设备（如照相机、摄［1-2］人机（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅｓ，ＵＡＶ）低空遥感像机等）必须固定在高度稳定的云台上。收稿日期：2015-12-22作者简介：林峰（1963-），男，辽宁沈阳人，教授，主要研究方向：控制理论与控制工程，Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｆｓｈｅｎｙａｎｇ163@163

7、.ｃｏｍ。56沈阳航空航天大学学报第33卷高度稳定的云台隔离无人机姿态的干扰、框行读写传感器数据操作，可以根据被控对象的情架间的耦合，降低机械振动、电机的反电动势的误况选择陀螺仪的量程和灵敏度，量程越大灵敏度差干扰，确保无人机机载相机视轴的稳定。无人越低。本课题选择-250°／ｓ~+250°／ｓ的量程，灵机机载相机能否正常拍摄出高质量的低空遥感影敏度为131ＬＳＢ／°／ｓ，ＬＳＢ的意思是最小有效位