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

  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(duì)國家電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要,但傳統(tǒng)人工電力巡檢不能達(dá)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(jī)巡檢方式能很好地滿足這些要求,其中因?yàn)槎嘈頍o人機(jī)的原地起飛降落和空中定點(diǎn)懸停特性而得到最廣泛的應(yīng)用。本文的目的是針對(duì)電力巡檢中的四旋翼無人機(jī)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(jī)在電力巡檢中的自主性和效率。為了對(duì)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(jī)是解決這些問題的有效途徑,并闡述了三類無人機(jī)的區(qū)別與各自的優(yōu)缺點(diǎn)。為了能對(duì)本文研究的自主飛控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,分動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)載飛控系統(tǒng)和地面遙控系統(tǒng)三個(gè)部分為四旋翼無人機(jī)設(shè)計(jì)了硬件平臺(tái),并詳細(xì)解釋了航姿參考系統(tǒng)和電機(jī)電調(diào)的基本工作原理。基于四旋翼的慣性坐標(biāo)系和機(jī)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(gè)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(dòng)模型轉(zhuǎn)化為全驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行研究。結(jié)合電力巡檢中四旋翼的實(shí)際飛行模式作出兩個(gè)必要的假設(shè),在這兩個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上達(dá)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(jì)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(jí)控制的模式,提高了控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。為了讓四旋翼達(dá)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(jì)、航跡規(guī)劃、定點(diǎn)懸停控制與自主避障、飛行安全策略等方面展開了研究和設(shè)計(jì),對(duì)每個(gè)功能模塊都畫出了工作流程圖。最后將設(shè)計(jì)的自主控制系統(tǒng)搭載在本文設(shè)計(jì)的四旋翼硬件平臺(tái)上,通過分析四旋翼的實(shí)際飛行數(shù)據(jù)驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jī)的區(qū)別與優(yōu)缺點(diǎn)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(tái)搭建19-35
• 2.1 電力巡檢四旋翼與普通四旋翼硬件平臺(tái)的差別19
• 2.2 動(dòng)力系統(tǒng)19-25
• 2.2.1 無刷直流電機(jī)原理20-22
• 2.2.2 電調(diào)22-23
• 2.2.3 電機(jī)電調(diào)選型23-25
• 2.3 機(jī)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(jī)消抖云臺(tái)與圖傳系統(tǒng)32-33
• 2.6 四旋翼硬件平臺(tái)總裝33-34
• 2.7 本章小節(jié)34-35
• 第三章 四旋翼無人機(jī)的數(shù)學(xué)建模35-49
• 3.1 預(yù)備知識(shí)35-36
• 3.2 四旋翼飛機(jī)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(dòng)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(dòng)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(jì)50-56
• 4.2.1 控制策略設(shè)計(jì)50-51
• 4.2.2 姿態(tài)控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)51-54
• 4.2.3 位置控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)62-75
• 5.1 自主控制系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)64-65
• 5.3.2 航跡規(guī)劃65-68
• 5.4 定點(diǎn)懸�？刂坪妥灾鞅苷舷到y(tǒng)68-73
• 5.4.1 定點(diǎn)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(yàn)證75-80
• 6.1 四旋翼自主控制測試驗(yàn)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(diǎn)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(xiàn)83-86
• 攻碩期間取得的研究成果86-87

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