本文關(guān)鍵詞：電力巡檢四旋翼無人機自主控制系統(tǒng)設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 電力巡檢 四旋翼 數(shù)學(xué)模型 PID控制 自主控制

【摘要】：電力巡檢對國家電力系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要,但傳統(tǒng)人工電力巡檢不能達到巡檢安全性和效率性的要求,所以電力巡檢亟需更好的方法。相比人工電力巡檢,無人機巡檢方式能很好地滿足這些要求,其中因為多旋翼無人機的原地起飛降落和空中定點懸停特性而得到最廣泛的應(yīng)用。本文的目的是針對電力巡檢中的四旋翼無人機研制出一套自主飛行控制系統(tǒng),包括底層控制算法的研究和上層自主飛行策略的研究,提高無人機在電力巡檢中的自主性和效率。為了對研究背景有全面的了解,首先介紹了電力巡檢的意義以及遇到的問題,提出無人機是解決這些問題的有效途徑,并闡述了三類無人機的區(qū)別與各自的優(yōu)缺點。為了能對本文研究的自主飛控系統(tǒng)進行實驗驗證,分動力系統(tǒng)、機載飛控系統(tǒng)和地面遙控系統(tǒng)三個部分為四旋翼無人機設(shè)計了硬件平臺,并詳細解釋了航姿參考系統(tǒng)和電機電調(diào)的基本工作原理�；谒男淼膽T性坐標(biāo)系和機體坐標(biāo)系以及它們之間的關(guān)系矩陣,分別以拉格朗日力學(xué)方法和牛頓力學(xué)方法為四旋翼建立了數(shù)學(xué)模型。在拉格朗日型數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,通過增加兩個虛擬控制量的方式將四旋翼的數(shù)學(xué)模型解耦成位置子系統(tǒng)和姿態(tài)子系統(tǒng)兩部分,將欠驅(qū)動模型轉(zhuǎn)化為全驅(qū)動模型進行研究。結(jié)合電力巡檢中四旋翼的實際飛行模式作出兩個必要的假設(shè),在這兩個假設(shè)的基礎(chǔ)上達到簡化其姿態(tài)子系統(tǒng)的目的,最后為簡化的姿態(tài)子系統(tǒng)和位置子系統(tǒng)設(shè)計了相應(yīng)的PID控制算法,其中姿態(tài)子系統(tǒng)采用了雙回路串級控制的模式,提高了控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。為了讓四旋翼達到自主飛行控制的目的,本文從四旋翼飛行模式、飛行控制策略設(shè)計、航跡規(guī)劃、定點懸�？刂婆c自主避障、飛行安全策略等方面展開了研究和設(shè)計,對每個功能模塊都畫出了工作流程圖。最后將設(shè)計的自主控制系統(tǒng)搭載在本文設(shè)計的四旋翼硬件平臺上,通過分析四旋翼的實際飛行數(shù)據(jù)驗證了這套自主控制系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性和可靠性,能夠用于電力巡檢工作。
【關(guān)鍵詞】：電力巡檢 四旋翼 數(shù)學(xué)模型 PID控制 自主控制
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM75;V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究背景和研究意義10-13
• 1.2 三類無人機的區(qū)別與優(yōu)缺點13-15
• 1.3 四旋翼發(fā)展歷史與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 本文研究內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)安排17-19
• 第二章 電力巡檢四旋翼硬件平臺搭建19-35
• 2.1 電力巡檢四旋翼與普通四旋翼硬件平臺的差別19
• 2.2 動力系統(tǒng)19-25
• 2.2.1 無刷直流電機原理20-22
• 2.2.2 電調(diào)22-23
• 2.2.3 電機電調(diào)選型23-25
• 2.3 機載飛控系統(tǒng)25-30
• 2.3.1 航姿參考系統(tǒng)和位置參考系統(tǒng)原理25-27
• 2.3.2 飛行控制板27-29
• 2.3.3 數(shù)據(jù)讀取策略29-30
• 2.4 地面遙控系統(tǒng)30-32
• 2.5 相機消抖云臺與圖傳系統(tǒng)32-33
• 2.6 四旋翼硬件平臺總裝33-34
• 2.7 本章小節(jié)34-35
• 第三章 四旋翼無人機的數(shù)學(xué)建模35-49
• 3.1 預(yù)備知識35-36
• 3.2 四旋翼飛機的飛行原理36-38
• 3.3 坐標(biāo)系的建立38-43
• 3.3.1 導(dǎo)出移動轉(zhuǎn)移矩陣40-43
• 3.3.2 導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移矩陣43
• 3.4 建立四旋翼數(shù)學(xué)模型43-48
• 3.4.1 歐拉-拉格朗日法43-47
• 3.4.2 牛頓-歐拉法47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 四旋翼自動控制系統(tǒng)的底層控制算法49-62
• 4.1 PID控制算法49-50
• 4.2 基于PID的四旋翼底層控制器設(shè)計50-56
• 4.2.1 控制策略設(shè)計50-51
• 4.2.2 姿態(tài)控制子系統(tǒng)設(shè)計51-54
• 4.2.3 位置控制子系統(tǒng)設(shè)計54-56
• 4.3 數(shù)據(jù)解析56
• 4.4 控制算法仿真56-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 四旋翼自主控制系統(tǒng)設(shè)計62-75
• 5.1 自主控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計62-63
• 5.2 電力巡檢四旋翼飛行模式的研究63-64
• 5.3 自主飛行控制系統(tǒng)64-68
• 5.3.1 自主飛行策略設(shè)計64-65
• 5.3.2 航跡規(guī)劃65-68
• 5.4 定點懸�？刂坪妥灾鞅苷舷到y(tǒng)68-73
• 5.4.1 定點懸停69-71
• 5.4.2 自主避障71-73
• 5.5 飛行安全策略系統(tǒng)73-74
• 5.6 本章小結(jié)74-75
• 第六章 電力巡檢四旋翼自主控制系統(tǒng)測試驗證75-80
• 6.1 四旋翼自主控制測試驗證75-78
• 6.1.1 底層控制系統(tǒng)測試75-77
• 6.1.2 航跡規(guī)劃測試77-78
• 6.2 定點懸停和自主避障測試78-79
• 6.3 本章小結(jié)79-80
• 第七章 總結(jié)與展望80-82
• 7.1 全文工作總結(jié)80
• 7.2 后續(xù)工作展望80-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-86
• 攻碩期間取得的研究成果86-87

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