面向输电线路巡检的四旋翼飞行器控制技术研究

发布时间：2017-10-18 14:11

  本文关键词：面向输电线路巡检的四旋翼飞行器控制技术研究

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【摘要】：无人飞行器进行输电线路巡检是一项刚起步的新技术,融合了各个领域的知识和技术,相比于人工巡检方法,能提高输电线路巡检的工作效率,降低电力设备的维护成本。本文围绕四旋翼飞行器飞行的控制技术进行分析和研究,并最终初步实现了飞行器输电线路巡检。首先分析了四旋翼飞行器的飞行原理,并通过对四旋翼飞行器的动力学特点进行分析,推导出了简化的动力学模型。根据得出的飞行器的动力学模型,选取PID和模糊自抗扰控制算法两种控制算法分别实现飞行器的姿态控制,并对两种算法的进行了MATLAB仿真,对仿真结果分析表明,给定姿态控制下迷糊自抗扰算法比PID控制算法速度更快,精度更高,有更强的抗扰能力。设计了无迹卡尔曼滤波器,对测量到的GPS数据滤波,实现对四旋翼飞行器位置信号的优化更新,并进行了仿真实验验证,实验结果表明经UKF滤波后的数据跟踪效果明显。最后分析了四旋翼飞行器的系统构成,选取硬件搭建四旋翼飞行器平台,并在软件平台编程实现飞行器的姿态控制和导航控制,实现了手机端地面站对四旋翼飞行器的控制,最终完成了巡检过程中具体项目的拍摄。
【关键词】：无人机巡线 飞行姿态控制 模糊自抗扰 无迹卡尔曼滤波
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 飞行器巡线研究现状10-12
• 1.2.2 飞行器控制技术研究现状12
• 1.3 论文主要研究内容12-14
• 第2章 四旋翼飞行器飞行原理及动力学建模14-23
• 2.1 飞行器飞行原理14-17
• 2.2 惯性测量单元工作原理17-18
• 2.3 四旋翼飞行器的数学模型18-21
• 2.3.1 建模前的假设18
• 2.3.2 动力学模型的建立18-21
• 2.3.3 电机模型21
• 2.4 本章小结21-23
• 第3章 飞行器控制算法设计23-35
• 3.1 PID控制器研究与设计23-25
• 3.1.1 PID控制系统结构23-24
• 3.1.2 PID控制系统设计24-25
• 3.2 基于模糊自抗扰的控制器设计25-31
• 3.2.1 自抗扰控制器原理26-27
• 3.2.2 自抗扰控制器设计27-29
• 3.2.3 模糊自抗扰的控制器设计29-31
• 3.3 仿真结果31-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 基于UKF的GPS导航定位35-42
• 4.1 GPS导航概述35-36
• 4.1.1 U-BLOX GPS数据信息35
• 4.1.2 GPS数据的误差分析35-36
• 4.2 航位修正的滤波方法选择36-37
• 4.3 飞行器估计模型的建立37-38
• 4.4 无迹卡尔曼滤波器38-40
• 4.4.1 滤波器估计方法38
• 4.4.2 无迹卡尔曼滤波算法38-40
• 4.5 模型仿真结果分析40-41
• 4.6 本章小结41-42
• 第5章 四旋翼无人机实现42-51
• 5.1 四旋翼飞行器系统结构42
• 5.2 飞行控制系统硬件系统42-47
• 5.2.1 飞行控制器43-44
• 5.2.2 通信系统44-45
• 5.2.3 导航系统45
• 5.2.4 飞行器动力系统45-46
• 5.2.5 无刷直流电机和旋翼46
• 5.2.6 电子调速器46-47
• 5.3 安卓手机端的设计与功能实现47-48
• 5.4 控制系统实现48-50
• 5.5 本章小结50-51
• 第6章 结论与展望51-52
• 参考文献52-55
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果55-56
• 致谢56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何川;李智;王勇军;;基于STM32的四旋翼飞行器的姿态最优估计研究[J];电子技术应用;2015年12期

2 邓博文;窦强;龚国辉;邓林;;四旋翼飞行器悬停算法设计与实现[J];电子科技;2015年11期

3 陈国定;程嘉晖;张晓峰;柳正扬;;四旋翼无人机飞行姿态模型参考自适应控制[J];计算机系统应用;2015年11期

4 苏凯;;无人机在输电线路架设中的应用[J];四川建筑;2015年05期

5 姚灵灵;贺乃宝;高倩;宋伟;;四旋翼飞行控制系统的模糊PID控制策略研究[J];自动化与仪器仪表;2015年10期

6 李运堂;马亮;贾宇宁;;四旋翼飞行器的自主巡航控制系统设计[J];计算机测量与控制;2015年10期

7 曾德智;陈锐坚;廖栩荣;邱桂添;陈志坚;;基于四旋翼无人机的电气设备在线监测系统的设计[J];电气技术;2015年10期

8 曾志刚;黄望军;陈云峰;朱绪军;;四旋翼飞行器的设计[J];电子技术与软件工程;2015年17期

9 程宏宽;柳正扬;郑仁杰;陈朋;;基于4G网络平台控制四旋翼飞行器的系统设计[J];信息化建设;2015年08期

10 叶树球;詹林;;基于PID的四旋翼飞行器姿态控制系统[J];计算机与现代化;2015年05期

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本文编号：1055355