微型四旋翼無人飛行器的自主起降與安全飛行研究.pdf

1、微型四旋翼無人飛行器的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，成本低廉，其眾多的優(yōu)點(diǎn)使其已經(jīng)越來越多得被應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域之中，例如軍事偵察、邊境巡檢、工業(yè)設(shè)備巡檢等。特別是在野外電塔和架空線路的巡檢中，傳統(tǒng)巡檢方法需要人工駕駛直升飛機(jī)對線路進(jìn)行巡檢，成本高，受自然條件因素影響較大，同時(shí)巡檢的效率偏低。微型四旋翼無人飛行器克服了傳統(tǒng)有人駕駛飛行器的缺點(diǎn)，可以極大得提高巡檢的效率，降低巡檢的成本，其已經(jīng)被越來越多得應(yīng)用于電力設(shè)備（電塔、架空線路和絕緣子）

2、的巡檢中，成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文主要研究微型四旋翼無人飛行器在電力設(shè)備（電塔、架空線路和絕緣子）巡檢中的應(yīng)用，如何控制微型四旋翼無人飛行器自主并且安全得完成一個(gè)巡檢任務(wù)周期，即自主起飛、自主安全飛行和自主降落的全過程。本文通過對微型四旋翼無人飛行器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并且改進(jìn)了傳統(tǒng)的微型四旋翼飛行器的PID控制器，設(shè)計(jì)了一個(gè)兩級PID控制器，對飛行器的空間位置的位移和速度，空間姿態(tài)的角位移和角速度進(jìn)行了兩級反饋控制，增強(qiáng)了控

3、制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且，在此基礎(chǔ)上完成了對飛行器的自主起飛和自主降落的功能設(shè)計(jì)。
　　由于微型四旋翼無人飛行器的體積小，重量輕，在對電塔和線路進(jìn)行巡檢時(shí)容易受到陣風(fēng)的影響，再加之導(dǎo)航傳感器的誤差，容易導(dǎo)致飛行器在巡檢過程中與電塔和線路發(fā)生碰撞，造成安全事故。為了解決此間題，本文提出了一種安全飛行方法，該方法首先根據(jù)飛行器自身的參數(shù)和巡檢的環(huán)境參數(shù)，構(gòu)建了一個(gè)安全距離公式，再利用線性擬合算法擬合電塔的分布曲線，結(jié)合本文提出的安全距離公

4、式平移曲線構(gòu)建一個(gè)禁飛區(qū)域，即飛行器在自主巡檢過程中不能進(jìn)入該區(qū)域。其次，本文建立了一個(gè)陣風(fēng)概率公式，實(shí)時(shí)評估環(huán)境陣風(fēng)對于飛行器巡檢的影響，通過將陣風(fēng)概率公式與人工勢場法相結(jié)合，實(shí)時(shí)評估陣風(fēng)對飛行器的影響，并結(jié)合之前建立的禁飛區(qū)，規(guī)劃巡檢飛行路線，避免飛行器與電力設(shè)備發(fā)生碰撞，增強(qiáng)了巡檢的魯棒性。
　　最后，本文自行搭建了一個(gè)微型四旋翼無人飛行器平臺，設(shè)計(jì)了飛行控制器和飛行控制軟件系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了通訊協(xié)議，并編寫了飛行控制軟件，包含P