電網(wǎng)系統(tǒng)作為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè),為了保障其安全穩(wěn)定的運(yùn)行,需要定期對(duì)高壓桿塔及其輸電線路做故障排查。傳統(tǒng)故障排查主要是由電力工人在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)攀爬桿塔或者使用望遠(yuǎn)鏡觀察的方式實(shí)施,這種方式不僅效率低,而且還會(huì)對(duì)電力工人的人身安全造成威脅。因此相對(duì)于傳統(tǒng)方式,利用四旋翼無(wú)人機(jī)做巡檢可以很好的滿足安全性與效率的雙重要求,并且其具備的垂直起降和空中懸停特性,非常適合應(yīng)用于電力巡檢場(chǎng)景。本文的研究目的是設(shè)計(jì)出一套應(yīng)用于電力巡檢場(chǎng)景中的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng),以此提升無(wú)人機(jī)巡檢的效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。為了掌握電力巡檢的行業(yè)背景及意義,首先闡述了其目前存在的突出問(wèn)題,然后在對(duì)三種無(wú)人機(jī)各自特點(diǎn)進(jìn)行介紹的同時(shí),提出利用四旋翼無(wú)人機(jī)作為巡檢的解決方案。為了實(shí)際驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的飛行控制系統(tǒng),搭建了電力巡檢四旋翼無(wú)人機(jī)的硬件平臺(tái),包括動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)以及地面站指揮系統(tǒng),并對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行了介紹和分析。對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的4種運(yùn)動(dòng)物理過(guò)程做詳細(xì)介紹后,基于體坐標(biāo)系與地坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系,通過(guò)牛頓-歐拉方程以及歐拉-拉格朗日方程對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)模型進(jìn)行描述,并為其建立了動(dòng)力學(xué)模型。在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,... 

【文章來(lái)源】：重慶理工大學(xué)重慶市

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）德國(guó)“鵜鶘”無(wú)人機(jī)（b）加拿大“偵察兵”無(wú)人機(jī)

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4這款無(wú)人機(jī)的的航速最高達(dá)到了50km/h，遙控距離達(dá)到3km左右，與其它同級(jí)別無(wú)人機(jī)相比，它能承受最大80km/h的大風(fēng)，機(jī)身還安裝了晝夜照相機(jī)用以完成特殊任務(wù)[36]。此款無(wú)人機(jī)最引人注目的地方在于，它與地面站間的全部通信信息都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格數(shù)字加密的，具有很強(qiáng)的防信息攔截和視頻竊取能力。（a）（b）圖1.1（a）德國(guó)“鵜鶘”無(wú)人機(jī)（b）加拿大“偵察兵”無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)，國(guó)家電網(wǎng)旗下的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室對(duì)電力巡檢應(yīng)用場(chǎng)景下的無(wú)人機(jī)做了許多針對(duì)性很強(qiáng)的科學(xué)研究，其中主要包括了驗(yàn)證無(wú)人機(jī)搭載相關(guān)檢測(cè)裝置對(duì)輸電線路和桿塔進(jìn)行巡檢的可行性[37]。在實(shí)際的應(yīng)用測(cè)試中，無(wú)人機(jī)可以安裝云臺(tái)照相機(jī)和紅外熱成像儀等裝置在地面操控手的控制下沿輸電線路飛行，其搭載的云臺(tái)照相機(jī)能夠拍攝高壓桿塔絕緣子等設(shè)備上的故障點(diǎn)，搭載的紅外熱成像儀可實(shí)現(xiàn)輸電線路上因故障導(dǎo)致的溫度異常點(diǎn)檢測(cè)。國(guó)家電網(wǎng)還和中飛艾維公司聯(lián)合研發(fā)了龍巢系統(tǒng)，如圖1.2所示。龍巢系統(tǒng)可以極大的減小電力巡檢的成本，并使巡檢效率得到顯著提升，為智能電網(wǎng)建設(shè)添磚加瓦[38-39]。目前，該系統(tǒng)能夠完成無(wú)人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)采集、線路規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析處理等任務(wù)，并且通過(guò)自主數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)以及空間距離矢量數(shù)據(jù)獲取技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自主航線設(shè)計(jì)，構(gòu)建出了前端現(xiàn)場(chǎng)自主命令執(zhí)行、后端智能規(guī)劃和控制的自主作業(yè)模式。此外，在變電站或者輸電線路建設(shè)智能平臺(tái)，就能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人機(jī)狀態(tài)環(huán)境智能自判斷、自主能源獲娶自主充電等任務(wù)。圖1.2國(guó)家電網(wǎng)龍巢系統(tǒng)

2電力巡檢四旋翼無(wú)人機(jī)硬件平臺(tái)搭建72電力巡檢四旋翼無(wú)人機(jī)硬件平臺(tái)搭建本章將從動(dòng)力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、地面站指揮系統(tǒng)以及視覺(jué)系統(tǒng)這四個(gè)部分來(lái)搭建電力巡檢四旋翼無(wú)人機(jī)的硬件平臺(tái)。因?yàn)橐曈X(jué)系統(tǒng)由本團(tuán)隊(duì)中其他成員負(fù)責(zé)研究，并且本文的研究重點(diǎn)是四旋翼無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)，因此，本章主要對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)載飛控系統(tǒng)、地面站指揮系統(tǒng)三部分進(jìn)行闡述，目標(biāo)為結(jié)合電力巡檢應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的各種要求，對(duì)其硬件系統(tǒng)進(jìn)行合理的模塊選型。2.1四旋翼無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)四旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)架呈十字交叉狀，此結(jié)構(gòu)能有效降低機(jī)身所受到來(lái)自電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)影響，這種結(jié)構(gòu)具有的諸多優(yōu)勢(shì)，使得它在電力巡檢場(chǎng)景中得到了廣泛的應(yīng)用。4個(gè)獨(dú)立電機(jī)采取正反轉(zhuǎn)的組合方式，可以巧妙的抵消掉反扭力作用，避免無(wú)人機(jī)自轉(zhuǎn)，具體實(shí)施方法將在第三章詳述。如圖2.1為四旋翼無(wú)人機(jī)的組成單元。圖2.1四旋翼無(wú)人機(jī)的組成單元（1）機(jī)架：四旋翼無(wú)人機(jī)的機(jī)架通常呈“十”或“X”字對(duì)稱，機(jī)架是整個(gè)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，四旋翼無(wú)人機(jī)的實(shí)用性和安全性都與機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著緊密關(guān)系。（2）動(dòng)力系統(tǒng)：通常包括電機(jī)、槳葉、電調(diào)和電池。動(dòng)力系統(tǒng)是影響四旋翼無(wú)人機(jī)性能優(yōu)劣的重要原因之一，例如載重能力、飛行里程、飛行高度和飛行速度等。（3）飛控系統(tǒng)：它可以看作是四旋翼無(wú)人機(jī)的心臟，負(fù)責(zé)控制全部外圍硬件的運(yùn)行、連接地面站通信、檢測(cè)飛行狀況等核心工作，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、控制、決策等功能。（4）視覺(jué)系統(tǒng)：通常包括攝像頭、GPS、熱傳感器等模塊，視覺(jué)系統(tǒng)在電力巡檢應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，可實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警、輸電線斷裂監(jiān)測(cè)、絕緣子檢測(cè)等功能。（5）指揮控制系統(tǒng)：通常意義上，是由遙控器發(fā)送控制指令到機(jī)端的接收器，

【參考文獻(xiàn)】：
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