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龙图腾网恭喜湖北航天飞行器研究所申请的专利一种多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法及装置获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114510065B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-04-04发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202111600565.X，技术领域涉及：G05D1/49；该发明授权一种多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法及装置是由潘芷纯;李康伟;张达;刘青;黄晓龙;许铠通;裴家涛;李钟谷设计研发完成，并于2021-12-24向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法及装置在说明书摘要公布了：本发明涉及多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法，包括如下步骤：计算地面目标位置，利用摄像机的成像原理和无人机与地面目标的位置关系求解出地面目标的具体位置坐标；多旋翼无人机轨迹规划，利用基于几何约束的方法计算多旋翼无人机跟踪地面目标的期望飞行轨迹；多旋翼无人机轨迹跟踪，针对多旋翼无人机跟踪期望飞行轨迹，设计PID控制器，包括多旋翼无人机的位置、速度、姿态角、姿态角速度控制器；摄像机的姿态控制，利用抗扰动性能强的基于扩张状态观测器的滑模控制方法对摄像机的姿态角进行控制，使地面目标始终位于图像中心。该方法具有较优异的抗扰动性能，且其鲁棒性要比一般常规的控制系统强。

本发明授权一种多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法及装置在权利要求书中公布了：1.一种多旋翼无人机地面目标跟踪控制方法，其特征在于包括如下步骤：计算地面目标位置，利用摄像机的成像原理和无人机与地面目标的位置关系求解出地面目标的具体位置坐标；多旋翼无人机轨迹规划，利用基于几何约束的方法计算多旋翼无人机跟踪地面目标的期望飞行轨迹；多旋翼无人机轨迹跟踪，针对多旋翼无人机跟踪期望飞行轨迹，设计PID控制器，包括多旋翼无人机的位置、速度、姿态角、姿态角速度控制器；摄像机的姿态控制，利用抗扰动性能强的基于扩张状态观测器的滑模控制方法对摄像机的姿态角进行控制，使地面目标始终位于图像中心；所述摄像机的姿态控制的具体方法如下：由于摄像机固连在无人机上时易发生抖动，采用抗扰动能力强的基于扩张状态观测器的滑模控制方法来控制电机的运动；摄像机固连在多旋翼无人机下方的云台上，由云台带动其做水平及俯仰转动，而云台的水平及俯仰转动是由两台电机控制，因此摄像机的姿态控制转换为电机的角度控制；具体地，控制摄像机俯仰转动的电机，采用滑模控制方法来控制其运动的方法如下，首先建立电机的动力学方程如下式所示 其中θβ、yβ为控制俯仰转动的电机轴转动的角度，由电机的编码器测得；ωβ为电机轴角速度，由电机的编码器测得；Jβ为负载与电机轴的等效转动惯量；dβt为负载扭矩TL、电机轴上负载摩擦转矩Tf、内外部扰动Δ之和；Kβ为电机转矩系数；uβ为电机的控制量，符号头上的小黑点“·”表示求一阶导数；将扰动dβt扩张为第三个状态，设状态向量xβ＝[xβ1xβ2xβ3]T＝[θβωβdβt]T，式34扩张为 其中bβ＝KβJβ为已知参数；扩张状态观测器设计为 其中代表状态·的观测值，黑点“·”代表公式中“^”下方相应的符号；代表状态观测值的一阶导数；σβi，i＝1、2、3为观测参数，εβ为高增益参数，参数均可调，且为正实数；采用该观测器实现在多项式s3+σβ1s2+σβ2s+σβ3满足Hurwitz条件的情况下，当时间t→∞情况时，即观测值逐渐逼近真实值；然后设计滑模控制器，设控制误差其中为期望的摄像机俯仰角45°转换成为的期望的电机轴转角；针对被控对象式34，设计滑模面为 其中c＞0；基于扩张状态观测器的滑模控制器设计为 其中kβ为反馈参数，为正实数；取滑模控制的李亚普诺夫函数为联立式35-38，求得其微分为 其中Δmax为正实数且满足代表状态观测误差，即黑点“·”代表公式中“～”下方相应的符号，符号头上的小黑点“.”表示求一阶导数，符号头上的两个小黑点“..”表示求二阶导数；由式39得出，取则有 故t→∞时，收敛速度取决于反馈参数kβ和高增益参数εβ；式36和式38为最终的扩张状态观测器及控制律；同理，控制摄像机水平旋转的电机，采用滑模控制方法来控制其运动的方法同控制摄像机俯仰转动的电机，其扩张状态观测器及控制律设计如下 其中xα＝[xα1xα2xα3]T＝[θαωαdαt]T为状态向量，θα、yα为控制水平旋转的电机轴转动的角度，由电机的编码器测得；dαt为负载扭矩、电机轴上负载摩擦转矩、内外部扰动之和；bα＝KαJα为电机转动系数与转动惯量之比，是已知量；uα为电机的控制量；σαi＝1、2、3为观测参数，εα为高增益参数，参数均可调，且为正实数；kα为反馈参数，为正实数；为期望的摄像机水平旋转角0°转换成为的期望的电机轴转角；可调参数cα＞0；控制误差滑模面表示●的一阶导数，表示·的二阶导数，黑点“·”代表公式中“·”或者“··”下方相应的符号；表示·的观测值的一阶导数，表示·的一阶导数的观测值，黑点“·”代表公式中或者下方相应的符号，符号头上的小黑点“·”表示求一阶导数，符号头上的两个小黑点“..”表示求二阶导数。

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