電力巡檢四旋翼無人機自主控制系統(tǒng)設計.pdf

1、電力巡檢對國家電力系統(tǒng)的安全運行至關重要，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

2、，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計了硬件平臺，并詳細解釋了航姿參考系統(tǒng)和電機電調的基本工作原理。
　　基于四旋翼的慣性坐標系和機體坐標系以及它們之間的關系矩陣，分別以拉格朗日力學方法和牛頓力學方法為四旋翼建立了數(shù)學模型。在拉格朗日型數(shù)學模型的

3、基礎上，通過增加兩個虛擬控制量的方式將四旋翼的數(shù)學模型解耦成位置子系統(tǒng)和姿態(tài)子系統(tǒng)兩部分，將欠驅動模型轉化為全驅動模型進行研究。結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，在這兩個假設的基礎上達到簡化其姿態(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)設計了相應的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