用于电力巡线的倾转旋翼无人机导航控制系统的设计

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我国目前主要的输电方式是超高压和特高压两种,这两种输电方式能够使输电线路的电能损失降低,电力系统的运行能够达到可靠、优质、经济的特点。但是这两种输电方式也会存在很大的安全隐患,尽早发现这些故障可以避免电网公司遭受损失。我国早期以人工巡线为主,随着我国在无人机领域的科学技术不断的进步,很多的省份已经开始使用无人机来进行电力巡线的工作,无人机进行巡检时工作效率高,相比于人工巡检更加的安全。本文研究的是无人机导航控制系统的设计,选取的无人机机型为倾转旋翼无人机,该无人机具备垂直起降无人机与固定翼无人机的工作性能,适用于电力巡线工作。在进行倾转旋翼无人机导航控制系统的设计时,首先明确了无人机导航控制流程与无人机的飞行控制回路的工作内容,同时进行了系统试验平台的搭建和导航系统整体方案的选择以及地面控制基站的建立,导航控制系统的设计中最重要的是硬件电路型号的选择以及硬件电路的搭建,在硬件电路的选择中包含的模块有基于CORS的GPS的选型、惯性测量元件的选型、气压传感器的选型、单片机控制芯片以及无人机舵机的选取,此部分的工作为无人机顺利完成巡检打下坚实的基础。本文在导航控制算法这一环节选择了L1-自适应导航算法,L1-自适应导航算法能够根据实际线路的铺设状况为无人机在进行巡检工作前规划出一条合理飞行路径,在规划飞行路径之前需要建立飞行所需坐标系以及无人机的动力学模型,在此基础上使用L1-自适应导航算法。L1-自适应导航算法可以分为三种情况来规划路径,第一种情况沿着直线进行规划,第二种情况是沿着扰动的非直线进行规划,第三种情况则是沿着圆周进行规划。对于以上的三种情况通过MATLAB仿真分析,可以验证出L1-自适应导航算法为无人机所规划的飞行路径是非常可靠的。在路径规划成功之后,则需要导航定位系统来使无人机能够按照规划的路径进行飞行,在导航定位系统使用的组合导航系统包括基于CORS的GPS导航系统与捷联惯性导航系统,该组合导航系统能够弥补单独导航系统的缺点,使定位更加的精确,同时也对组合导航系统的量测方程、数学模型以及组合方式进行说明。之后选取了L1-自适应控制对无人机的飞行姿态和航向角以及俯仰角等状态进行控制。在本文的最后阶段,通过对无人机进行多次的试飞调试,记录并总结无人机的各项飞行数据,将此数据与规划的飞行轨迹进行对比,可以发现无人机的航向角、侧偏距、速度和高度等状态信息都在误差控制范围之内,测试数据结果表明,无人机的导航控制系统能够保证无人机进行精确的飞行,完成了巡检的任务。
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