巡检四旋翼无人机的自主飞行研究及应用

发布时间：2021-11-17 18:06

　　近年来,四旋翼无人机以其灵活度高、结构简单、成本低廉和可垂直升降等优点,克服了传统巡检方法存在的各类缺陷,广泛地应用于电力、桥梁和道路等巡检领域。四旋翼无人机的自主飞行能力直接决定着巡检效果的优劣程度。作为自主飞行研究中的关键技术,飞行控制技术与路径规划技术有着重要的研究前景与意义。对于飞行控制技术,首先针对四旋翼无人机的自身结构特点与飞行原理对其进行风场受力分析,利用Newton-Euler方程建立其在风场下的动力学模型并对风场进行描述。在确定对此系统进行控制的可行性后,将四旋翼无人机在湍流风场扰动下的动力学模型与全局快速终端滑模控制原理相结合,并引入虚拟控制律设计出全局快速终端滑模控制器的滑模切换面与各个自由度的控制律。利用MATLAB/Simulink软件搭建四旋翼无人机系统的各个模块,对巡检四旋翼无人机的悬停状态和路径跟踪状态进行验证。结果表明该控制器具有较高的可靠性与鲁棒性,可以适用于巡检四旋翼无人机在湍流风场干扰下的飞行控制。对于路径规划技术,首先针对巡检任务的形式建立TSP数学模型,分析四旋翼无人机在飞行空间中的环境约束和机身性能指标约束,引入一种无人机航路规划常用的Du... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

技术路线图

各组旋翼因自身的旋转会产生一个与转向相反的扭转力矩。当无法平衡时，无人机会产生自旋运动。为了克服这一现象，抵消组旋翼的旋向需保持一致，不同组旋翼的旋向需不同。即 1 号和翼按照逆时针方向旋转，2 号和 4 号的左右旋翼以顺时针方向旋转意图如图 2-1 所示。

图 2-2 飞行位姿示意图态原理介绍如下：垂直升降运动运动形式包括上升、下降和悬停运动状态。各个旋翼的转速抵消且总升力从零开始增加，当总升力的增量大于自重时，面，实现起飞。无人机起飞后转速继续增大时，可以完成上离开地面后减小旋翼的转速，使得总升力小于自重时候，可当无人机飞在空中且总升力和自重相等时，无人机可以悬停偏航运动运动形式为绕机身竖直轴线转动的运动状态。当增大 1、3 号量的减小 2、4 号旋翼的转速，或减小 1、3 号旋翼的转速并 号旋翼的转速时。旋翼因自身旋转产生的扭转力矩的代数量无人机会绕机身的中心转动，从而产生偏航运动。俯仰运动运动形式为绕左右侧轴线转动的运动状态。当 1、3 号旋翼中

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]四旋翼无人机编队自动飞行的避障算法研究[D]. 干阳琳.成都理工大学 2017
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[3]四旋翼飞行器抗风控制研究[D]. 吴瀚文.哈尔滨工业大学 2016
[4]电力巡检多旋翼无人机避障技术研究[D]. 张瑜.电子科技大学 2016
[5]四旋翼无人飞行器飞行控制系统设计[D]. 杨广杰.西安电子科技大学 2013
[6]面向桥梁检测的四旋翼飞行器控制系统研究[D]. 王小莉.重庆交通大学 2013
[7]无人机航迹规划与导航的方法研究及实现[D]. 郑家良.电子科技大学 2012
[8]微型四旋翼无人机控制系统设计与实现[D]. 郭晓鸿.南京航空航天大学 2012
[9]小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计[D]. 刘焕晔.上海交通大学 2009



本文编号：3501419