无人机体积小、重量轻,易受外界气流等因素干扰。无人机机体的抖动也随之干扰航拍相机的正常工作,影响航拍质量。本文设计一款高精度三轴机载增稳云台来隔离航拍相机受到的随机扰动,保持航拍相机视角稳定。本文分析和介绍了三轴机载增稳云台的结构及其主要工作过程。该三轴机载增稳云台主要由姿态获取系统和电机驱动系统两个子系统构成。为获取高精度的姿态信息,本文分析了MEMS姿态传感器的噪声模型,并根据噪声模型的特点采用互补滤波算法来滤除MEMS传感器的测量噪声,同时将滤波后的真实姿态信息通过总线发送到电机驱动系统。为了快速和准确的消除机体抖动,本文提出将ADRC控制算法应用于三轴机载增稳云台的控制系统,具体研究了执行机构在矢量控制框架下ADRC控制器的设计方法,改善了三轴机载增稳云台中非线性干扰的问题。通过ADRC控制器中跟踪-微分控制器(TD)模块获取位置信号的跟踪信号及其微分信号。扩展状态观测器(ESO)模块将位置反馈以外的信号干扰看成“总和扰动”,实时估计“总和扰动”并加以补偿,来提高系统的鲁棒性和抗扰性。利用ADRC控制器中非线性组合(NLSEF)模块的分段控制特性,根据不同的偏差信号选择不同的控制器增益。本文设计了三轴机载增稳云台执行机构的位置环和速度环ADRC控制器,建立速度环ADRC控制器模型,并在Simlink中搭建执行机构的仿真模型。通过对比基于PID控制器和ADRC控制器的仿真结果,验证了ADRC控制器具有跟踪速度更快,抗扰能力更强等优点。最后,设计了三轴机载增稳云台的硬件及软件系统,搭建起实验样机并进行航拍测试,测试结果表明拍摄画面平稳清晰且无明显抖动。因此基于ADRC控制器的三轴机载云台方案具有明显的增稳效果、较强的抗扰能力和较高的跟踪精度,满足系统的设计要求。