【技术实现步骤摘要】
基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法
[0001]本专利技术涉及智能控制
，尤其涉及一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法。
技术介绍
[0002]四旋翼无人机以其灵活性强、可垂直升降、可空中悬停等优良特性在军事领域、工业智能化领域、影视航拍领域均有着广泛应用。为完成既定任务，大部分无人机均配载摄像头作为视觉传感器，这类系统通常被称为四旋翼的视觉伺服系统。
[0003]随着对四旋翼需完成的任务要求不断提高，在视觉伺服控制过程中，存在着以下问题：(1)四旋翼无人机是一类特殊的机器人，通常来说，为了对机器人视觉伺服系统进行控制需要基于系统模型。因此，图像特征的选取、四旋翼视觉伺服模型的构建与处理是需要考虑的首要问题。(2)由于四旋翼无人机的系统模型具有强耦合、非线性、欠驱动特征，现有传统控制方法的控制效果不理想。(3)将四旋翼视觉伺服系统视作最优控制问题求解时，控制输入为横向欧拉角，由于四旋翼机械结构的限制，它的控制输入受到约束，将问题转化为更加复杂的输入约束问题。(4)在针对四旋翼视觉伺服系统设计最...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，包括以下步骤：构建图像动力学模型；四旋翼视觉伺服模型的构建与处理；基于反步法的高度子系统和偏航子系统控制；基于自适应动态规划算法的横向子系统控制。2.如权利要求1所述的一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，所述构建图像动力学模型的步骤包括：建立相机坐标系和图像平面；基于透视投影模型表征图像平面像素点坐标；选取图像矩特征表征图像特征点；构建图像动力学模型。3.如权利要求2所述的一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，所述建立相机坐标系和图像平面的步骤包括：建立相机坐标系和虚拟相机坐标系，基于相机坐标系和虚拟相机坐标系的投影区域，构建图像平面和虚拟图像平面；所述基于透视投影模型表征图像平面像素点坐标的步骤包括：基于相机坐标系和图像平面的定义，表征三维坐标点在相机坐标系和虚拟相机坐标系中的动力学；利用透视投影模型，将三维坐标点转换至虚拟图像平面上的像素坐标；选取零阶、一阶和二阶图像矩特征的组合表示六自由度物体的水平运动、纵向运动和偏航运动。4.如权利要求1所述的一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，所述四旋翼视觉伺服模型的构建与处理的步骤包括：双坐标系建立；构建四旋翼刚体动力学模型；构建四旋翼视觉伺服模型；进行子系统拆分。5.如权利要求4所述的一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，所述双坐标系建立的步骤包括：构建惯性坐标系和四旋翼机体坐标系，并获取坐标系间的转换矩阵，然后描述四旋翼线速度和角速度动力学方程；所述构建四旋翼刚体动力学模型的步骤包括：基于牛顿
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欧拉方程，构建四旋翼的六自由度刚体动力学方程，得到四旋翼刚体动力学模型，基于小角度近似原理，对所述四旋翼刚体动力学模型进行简化；所述构建四旋翼视觉伺服模型的步骤包括：将四旋翼刚体动力学模型和图像动力学模型相结合，构建四旋翼视觉伺服模型；所述进行子系统拆分的步骤包括：通过对四旋翼视觉伺服模型进行水平、纵向和偏航方向的拆分，获得横向子系统、高度子系统和偏航子系统。6.如权利要求1所述的一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，所述基于反步法的高度子系统和偏航子系统控制的步骤包括：基于反步法的高度子系统控制律设计；
偏航子系统控制律设计；实验仿真。7.如权利要求6所述的一种基于自适应动态规划的四旋翼视觉伺服控制方法，其特征在于，所述基于反步法的高度子系统控制律设计的步骤，包括：基于高度子系统动力学模型，将高度方向图像特征误差和高度方向线速度视作系统状态，总升力视作高度子系统控制输入；以高度方向图像特征误差为跟踪误差，定义二次型李雅普诺夫函数；通过确保李雅普诺夫函数的导...
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