四旋翼飞行器在电厂典型环境监测中的应用研究

发布时间：2017-08-14 22:05

  本文关键词：四旋翼飞行器在电厂典型环境监测中的应用研究

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【摘要】：随着我国电厂数量的持续增加,基于四旋翼空地一体化大气污染监测成为目前电厂环境监测的研究重点。电厂环境污染主要以煤烟型SO2气体和烟尘颗粒物为主,而烟尘颗粒物又是形成雾霾的主要原因,雾霾给人和社会发展带来了诸多危害。因此,设计出一种更为全面的电厂典型环境监测系统,对火电厂健康发展具有重要意义。论文以某电厂作为研究背景,在现有环境监测技术的基础上,利用AERMOD大气扩散模型、四旋翼飞行器、GPRS无线通信网络、GPS定位技术、烟气自动采集系统和地面监控站等软、硬件设备,开展四旋翼飞行器在电厂典型环境监测中的应用研究与设计工作。其主要工作如下:首先,针对电厂环境大气污染扩散问题,选择AERMOD模型作为该区域大气扩散模型。以美国怀俄明州大学提供的高空气象数据和当地气象局提供的气象数据作为计算基础,分析了电厂周边环境烟气污染物浓度分布情况,并确立了电厂环境污染典型区域。其次,论文预测了电厂典型环境大气污染等级。利用向量相似度原理计算影响大气环评各因素的权重,并结合各权重采用模糊技术计算典型环境烟气浓度与污染标准的贴近度,完成电厂典型环境污染程度的全面评价和预测。最后,论文以光、电结合方式作为电厂烟气检测的主要手段,研制以四旋翼飞行器为载体的烟气自动采集、GPS全球定位、GPRS无线通信的电厂空间大气环境监测平台,并开发了LabVIEW结合Access数据库的电厂环境监测地面监控站。在完成系统软、硬件平台仿真设计的基础上,将四元数、卡尔曼滤波等经典算法应用于四旋翼空间姿态解算中,经PID飞行控制算法调节后输出至4个无刷电机驱动控制器后完成四旋翼在电厂环境空间任意方位的飞行。
【关键词】：AERMOD大气扩散模型 向量相似度 模糊技术 烟气自动采集 四旋翼飞行器 无刷电机驱动控制
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X84;TM621
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 课题研究意义10
• 1.3 课题研究现状及发展趋势10-12
• 1.3.1 国外研究现状及趋势10-11
• 1.3.2 国内研究现状及趋势11-12
• 1.4 论文主要研究内容12-14
• 2 电厂典型环境污染物浓度预测数学模型14-27
• 2.1 AERMOD大气扩散模型14-19
• 2.1.1 AERMOD模型原理14
• 2.1.2 AERMOD烟气污染源类型14-15
• 2.1.3 AERMOD污染物浓度预测算法15-17
• 2.1.4 AERMOD电厂环境基础数据17-19
• 2.2 向量相似度和模糊技术烟气污染等级评价19-23
• 2.2.1 向量相似度评价原理19-20
• 2.2.2 向量相似程度赋权法20-21
• 2.2.3 模糊技术污染等级评价21-23
• 2.3 电厂典型环境烟气浓度预测分析23-26
• 2.3.1 日浓度预测结果23
• 2.3.2 年SO2浓度预测结果23-24
• 2.3.3 污染等级评价结果24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 四旋翼环境监测系统设计与实现27-51
• 3.1 四旋翼飞行原理27-28
• 3.2 系统总体设计方案28-29
• 3.3 烟气自动采集系统设计29-37
• 3.3.1 烟尘颗粒物监测29-32
• 3.3.2 气态污染物监测32-33
• 3.3.3 烟气参数监测33-35
• 3.3.4 烟气自动采集ADC电路设计35-37
• 3.3.5 协处理器STC89C54RD+电路设计37
• 3.4 无刷电机调速驱动系统设计37-43
• 3.4.1 无刷电机数学模型38-40
• 3.4.2 无刷电机BLDCM选型40
• 3.4.3 基于STC15W404AS无刷电机驱动电路设计40-42
• 3.4.4 无刷电机转子检测电路设计42-43
• 3.5 四旋翼飞行控制系统设计43-47
• 3.5.1 空间姿态信号检测技术43-44
• 3.5.2 GPRS无线通信网络44-45
• 3.5.3 GPS卫星定位模块45
• 3.5.4 基于STM32F103飞控系统电路设计45-47
• 3.6 辅助电源模块电路设计47-48
• 3.7 电厂典型环境Lab VIEW地面监控中心48-50
• 3.8 本章小结50-51
• 4 四旋翼飞行控制算法分析与实现51-65
• 4.1 四元数飞控算法51-54
• 4.1.1 空间坐标变换原理51-52
• 4.1.2 四元数与欧拉角相互转换52-54
• 4.2 卡尔曼滤波算法54-55
• 4.2.1 卡尔曼数据滤波算法设计54
• 4.2.2 卡尔曼滤波算法Matlab仿真54-55
• 4.3 无刷电机调速系统Matlab仿真55-57
• 4.4 PID四旋翼姿态控制器设计57-60
• 4.4.1 PID控制器原理57-58
• 4.4.2 PID控制器Matlab仿真58-60
• 4.5 四旋翼空间运动轨迹仿真60-61
• 4.6 系统下位机程序设计61-64
• 4.6.1 STM32F103主程序设计61-62
• 4.6.2 STC89C54烟气自动采集程序设计62-63
• 4.6.3 STC15W404无刷电机调速系统程序设计63-64
• 4.7 本章小结64-65
• 5 系统测试65-72
• 5.1 辅助电源电能质量测试分析65-66
• 5.2 无刷电机调速系统测试分析66-67
• 5.3 烟气自动采集模块测试分析67-69
• 5.3.1 烟气采集ADS7841E模数转换模块测试67-68
• 5.3.2 GP2Y1010AU0F1烟尘监测模块测试68-69
• 5.4 四旋翼空间姿态测试分析69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-81
• 附录81-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：674919