电力巡检多旋翼无人机避障技术研究

发布时间：2017-09-10 04:17

  本文关键词：电力巡检多旋翼无人机避障技术研究

  更多相关文章： 电力巡检 多旋翼无人机 快速随机扩展树 PID控制 避障系统

【摘要】：作为国内外无人机研究的热点,多旋翼无人机已经因其极简的结构和超强的机动能力,在军、民两面均得到了广泛的应用。得到了各大科研机构学者的广泛关注。近年来,多旋翼无人直升机已经逐渐应用于电力巡检,无人机电力巡检大大提高巡检效率。同时由于无人机电力巡检复杂的使用环境及视角差原因,操控手往往很难准确计算无人机与铁塔的相对位置,当无人机靠近铁塔时,飞控系统不能纠正操控手错误的操控命令,这在一定程度上会导致碰撞事故的发生。为解决这些问题,本文从目前电力巡检无人机现状出发,开展基于电力巡检多旋翼的避障技术研究。主要研究内容有如下几点:首先,分析电力巡检无人机飞行过程中主要的两大过程。并设计了快速随机扩展树算法完成了在二维及三维任务空间的避障航迹规划。并设计航迹修剪及贝赛尔曲线对求得的避障航迹进行修剪和平滑处理。其次,分析四旋翼无人机数学模型和控制算法,并在四旋翼飞行数学模型的基础上,建立辅助避障控制系统数学模型。并在该数学模型的基础上引入PID控制器,实现了对避障控制系统中油门、俯仰、横滚三个通道的控制效果仿真。再次,设计了一台轴距为90cm的四旋翼飞行测试平台,并确定了360度激光扫描的环境检测方案。在此基础上以STM32为平台完成了辅助避障控制系统的硬件设计与制作,并完成了辅助避障控制算法的实现。最后,为验证控制算法的可靠性及控制系统的有效性。对辅助避障系统的检测性能、遥控指令的捕获与输出效果、无人机飞行性能进行相关测试。结果表明,本无人机辅助避障控制系统可适应不同的飞控平台,具备一定的避障能力,对墙、树、较大电压等级铁塔具备一定避障能力。
【关键词】：电力巡检 多旋翼无人机 快速随机扩展树 PID控制 避障系统
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究工作的背景与意义10-13
• 1.1.1 研究背景概述10-11
• 1.1.2 多旋翼无人机在电力系统中的应用现状11-12
• 1.1.3 课题研究现状12-13
• 1.2 论文研究内容13-14
• 1.3 论文结构安排14-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 多旋翼无人机数学模型及控制原理17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 电力巡检多旋翼无人机的数学模型17-20
• 2.3 多旋翼无人机姿态控制率设计20-23
• 2.3.1 多旋翼无人机数学模型的线性化过程20-22
• 2.3.2 线性化控制率设计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 多旋翼无人机避障航迹规划技术研究24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 常见的航迹规划算法24-26
• 3.3 基于快速扩展随机树的避障航迹规划算法26-35
• 3.3.1 RRT算法的基本原理26-28
• 3.3.2 基于RRT算法的无人机避障航迹仿真28-29
• 3.3.3 避障路径的修剪与平滑29-31
• 3.3.4 三维环境下的避障航迹规划仿真31-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 多旋翼辅助避障控制系统数学模型及算法设计36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 无人机辅助避障控制系统数学模型36-41
• 4.2.1 传统无人机位置控制数学模型36-37
• 4.2.2 辅助避障控制系统数学模型37-41
• 4.2.3 避障控制信号的反解算41
• 4.3 基于辅助避障控制数学模型的PID辅助避障控制算法41-46
• 4.3.1 PID控制原理41-43
• 4.3.2 辅助避障系统的PID控制仿真43-46
• 4.4 基于遗传算法的辅助避障控制PID参数整定算法46-52
• 4.4.1 遗传算法基本原理46-48
• 4.4.2 基于遗传算法的辅助避障控制PID参数整定方法48-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 避障控制系统硬件设计及结果测试54-75
• 5.1 引言54-58
• 5.1.1 避障航迹规划54-55
• 5.1.2 辅助避障控制55-58
• 5.2 无人机飞行平台及避障控制系统设计58-64
• 5.2.1 无人机飞行平台设计58-59
• 5.2.2 避障控制系统硬件设计59-64
• 5.3 避障控制系统系统开发64-66
• 5.3.1 避障航线规划64-65
• 5.3.2 辅助避障控制65-66
• 5.4 测试66-74
• 5.4.1 检测精度性能测试66-70
• 5.4.2 控制信号捕获与输出测试70-72
• 5.4.3 实际飞行测试及分析72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 论文总结75-76
• 6.2 工作展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士期间的研究成果81-82

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本文编号：824678