本文關(guān)鍵詞：電力巡檢多旋翼無人機(jī)避障技術(shù)研究

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【摘要】：作為國(guó)內(nèi)外無人機(jī)研究的熱點(diǎn),多旋翼無人機(jī)已經(jīng)因其極簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)和超強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力,在軍、民兩面均得到了廣泛的應(yīng)用。得到了各大科研機(jī)構(gòu)學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來,多旋翼無人直升機(jī)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于電力巡檢,無人機(jī)電力巡檢大大提高巡檢效率。同時(shí)由于無人機(jī)電力巡檢復(fù)雜的使用環(huán)境及視角差原因,操控手往往很難準(zhǔn)確計(jì)算無人機(jī)與鐵塔的相對(duì)位置,當(dāng)無人機(jī)靠近鐵塔時(shí),飛控系統(tǒng)不能糾正操控手錯(cuò)誤的操控命令,這在一定程度上會(huì)導(dǎo)致碰撞事故的發(fā)生。為解決這些問題,本文從目前電力巡檢無人機(jī)現(xiàn)狀出發(fā),開展基于電力巡檢多旋翼的避障技術(shù)研究。主要研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn):首先,分析電力巡檢無人機(jī)飛行過程中主要的兩大過程。并設(shè)計(jì)了快速隨機(jī)擴(kuò)展樹算法完成了在二維及三維任務(wù)空間的避障航跡規(guī)劃。并設(shè)計(jì)航跡修剪及貝賽爾曲線對(duì)求得的避障航跡進(jìn)行修剪和平滑處理。其次,分析四旋翼無人機(jī)數(shù)學(xué)模型和控制算法,并在四旋翼飛行數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立輔助避障控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。并在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上引入PID控制器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)避障控制系統(tǒng)中油門、俯仰、橫滾三個(gè)通道的控制效果仿真。再次,設(shè)計(jì)了一臺(tái)軸距為90cm的四旋翼飛行測(cè)試平臺(tái),并確定了360度激光掃描的環(huán)境檢測(cè)方案。在此基礎(chǔ)上以STM32為平臺(tái)完成了輔助避障控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與制作,并完成了輔助避障控制算法的實(shí)現(xiàn)。最后,為驗(yàn)證控制算法的可靠性及控制系統(tǒng)的有效性。對(duì)輔助避障系統(tǒng)的檢測(cè)性能、遙控指令的捕獲與輸出效果、無人機(jī)飛行性能進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。結(jié)果表明,本無人機(jī)輔助避障控制系統(tǒng)可適應(yīng)不同的飛控平臺(tái),具備一定的避障能力,對(duì)墻、樹、較大電壓等級(jí)鐵塔具備一定避障能力。
【關(guān)鍵詞】：電力巡檢 多旋翼無人機(jī) 快速隨機(jī)擴(kuò)展樹 PID控制 避障系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究工作的背景與意義10-13
• 1.1.1 研究背景概述10-11
• 1.1.2 多旋翼無人機(jī)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 課題研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2 論文研究?jī)?nèi)容13-14
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)安排14-16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 第二章 多旋翼無人機(jī)數(shù)學(xué)模型及控制原理17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 電力巡檢多旋翼無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型17-20
• 2.3 多旋翼無人機(jī)姿態(tài)控制率設(shè)計(jì)20-23
• 2.3.1 多旋翼無人機(jī)數(shù)學(xué)模型的線性化過程20-22
• 2.3.2 線性化控制率設(shè)計(jì)22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第三章 多旋翼無人機(jī)避障航跡規(guī)劃技術(shù)研究24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 常見的航跡規(guī)劃算法24-26
• 3.3 基于快速擴(kuò)展隨機(jī)樹的避障航跡規(guī)劃算法26-35
• 3.3.1 RRT算法的基本原理26-28
• 3.3.2 基于RRT算法的無人機(jī)避障航跡仿真28-29
• 3.3.3 避障路徑的修剪與平滑29-31
• 3.3.4 三維環(huán)境下的避障航跡規(guī)劃仿真31-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 多旋翼輔助避障控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及算法設(shè)計(jì)36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 無人機(jī)輔助避障控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型36-41
• 4.2.1 傳統(tǒng)無人機(jī)位置控制數(shù)學(xué)模型36-37
• 4.2.2 輔助避障控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型37-41
• 4.2.3 避障控制信號(hào)的反解算41
• 4.3 基于輔助避障控制數(shù)學(xué)模型的PID輔助避障控制算法41-46
• 4.3.1 PID控制原理41-43
• 4.3.2 輔助避障系統(tǒng)的PID控制仿真43-46
• 4.4 基于遺傳算法的輔助避障控制PID參數(shù)整定算法46-52
• 4.4.1 遺傳算法基本原理46-48
• 4.4.2 基于遺傳算法的輔助避障控制PID參數(shù)整定方法48-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 避障控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及結(jié)果測(cè)試54-75
• 5.1 引言54-58
• 5.1.1 避障航跡規(guī)劃54-55
• 5.1.2 輔助避障控制55-58
• 5.2 無人機(jī)飛行平臺(tái)及避障控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)58-64
• 5.2.1 無人機(jī)飛行平臺(tái)設(shè)計(jì)58-59
• 5.2.2 避障控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)59-64
• 5.3 避障控制系統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)64-66
• 5.3.1 避障航線規(guī)劃64-65
• 5.3.2 輔助避障控制65-66
• 5.4 測(cè)試66-74
• 5.4.1 檢測(cè)精度性能測(cè)試66-70
• 5.4.2 控制信號(hào)捕獲與輸出測(cè)試70-72
• 5.4.3 實(shí)際飛行測(cè)試及分析72-74
• 5.5 本章小結(jié)74-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 論文總結(jié)75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 攻讀碩士期間的研究成果81-82

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本文編號(hào)：824678