用于电力巡线的自转旋翼无人机导航控制系统的设计

• 作 者: 尹思源
• 出 处: 东北农业大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 电力巡线 自转旋翼无人机 导航 轨迹规划 控制

随着国家的不断繁荣,电网的不断进步。我国的超高压和特高压输电逐渐成为主流的输电方式。这种电压等级的输电方式线路距离远,会经过湖泊、山川等极其复杂的地理环境,输电线路面临着安全运行方面的挑战、巡线的难度和工作量也与日俱增。随着无人机技术的发展,可以利用无人机对输电线路进行高效、安全的巡线作业,避免人工巡线作业的安全和效率方面的问题,利用无人机对输电线路进行巡检作业将会成为主流巡检方式。首先,本文从工程应用的角度出发,在明确设计目标的情况下,对电力巡线自转旋翼无人机的导航控制系统的整体方案进行设计。以自转旋翼无人机为研发平台,对系统的数据采集部分和导航控制部分进行设计,并完成相关硬件选型以及电路的设计制作。其次,本文针对自转旋翼无人机的空气动力特性进行分析,推导无人机的动力学模型。并将遗传算法应用到无人机输电线路巡检作业的路径规划中,从而得到最合理的巡检路径。使用MATLAB软件对无人机输电线路巡检路径规划算法进行仿真验证,分析仿真结果并判断该巡检路径规划算法是否满足系统设计要求。然后针对GPS和惯性导航的组合设计相应的控制算法,以满足无人机导航控制系统对导航精度的要求。设计相应的PID控制律对无人机的俯仰角、滚转角、航向角和速度进行控制,以减少无人机导航的误差。最后,在仿真结果满足精度要求的情况下对无人机进行多次试飞调试,根据无人机回传到地面站的飞行数据,验证了本文所设计的导航控制系统满足整体方案的设计要求,在保证导航精度的情况下,可以控制无人机按照预定飞行路径安全平稳地抵达各巡线目的地。