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結構簡單，易于控制，成本低廉，其眾多的優(yōu)點使其已經(jīng)越來越多得被應用于各種工業(yè)領域之中，例如軍事偵察、邊境巡檢、工業(yè)設備巡檢等。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對線路進行巡檢，成本高，受自然條件因素影響較大，同時巡檢的效率偏低。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，可以極大得提高巡檢的效率，降低巡檢的成本，其已經(jīng)被越來越多得應用于電力設備（電塔、架空線路和絕緣子）

2、的巡檢中，成為了該領域的研究熱點。
　　本文主要研究微型四旋翼無人飛行器在電力設備（電塔、架空線路和絕緣子）巡檢中的應用，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巡檢任務周期，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行數(shù)學建模，并且改進了傳統(tǒng)的微型四旋翼飛行器的PID控制器，設計了一個兩級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行了兩級反饋控制，增強了控

3、制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且，在此基礎上完成了對飛行器的自主起飛和自主降落的功能設計。
　　由于微型四旋翼無人飛行器的體積小，重量輕，在對電塔和線路進行巡檢時容易受到陣風的影響，再加之導航傳感器的誤差，容易導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)，構建了一個安全距離公式，再利用線性擬合算法擬合電塔的分布曲線，結合本文提出的安全距離公

4、式平移曲線構建一個禁飛區(qū)域，即飛行器在自主巡檢過程中不能進入該區(qū)域。其次，本文建立了一個陣風概率公式，實時評估環(huán)境陣風對于飛行器巡檢的影響，通過將陣風概率公式與人工勢場法相結合，實時評估陣風對飛行器的影響，并結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備發(fā)生碰撞，增強了巡檢的魯棒性。
　　最后，本文自行搭建了一個微型四旋翼無人飛行器平臺，設計了飛行控制器和飛行控制軟件系統(tǒng)，設計了通訊協(xié)議，并編寫了飛行控制軟件，包含P