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用于电力巡线的固定翼无人机导航控制器的设计

康成吉  
【摘要】:随着国家电网的发展,输电线路逐年增多,由无人机进行电力巡线的方式逐步取代了传统的人工巡线方式。固定翼无人机作为无人机的一种,被广泛应用在电力巡线中,提高了巡线的效率与安全。本文基于固定翼无人机在电力巡线中的应用进行探讨,对固定翼无人机导航控制问题展开研究。首先,在明确本文设计目标的前提下,以“猎鹰”固定翼无人机为试验平台,对无人机导航控制系统整体方案进行设计。系统主要包括两大部分:数据采集部分和导航控制部分。并对导航控制器所涉及的硬件进行选型,完成电路板的设计与制作。其次,无人机在执行巡线任务时,其空气动力特性较复杂,为了便于研究,对坐标系之间的转换进行分析,并推导出无人机的动力学方程。运用Dubins曲线算法对无人机进行合理的轨迹规划,并对该算法进行MATLAB仿真,结果表明该算法可规划最短飞行轨迹。然后,根据无人机巡线任务的要求,本文采用惯性导航与GPS相结合的组合导航系统,并设计相应的组合导航算法,用来提高自主导航的精度,减少巡线无人机导航的误差。运用PID方法,对无人机的航向角和速度进行控制律设计,并分别在无人机做直线轨迹飞行和圆形轨迹飞行两种情况下进行仿真,得到仿真曲线,为后续无人机的设计工作提供一定的理论依据和保障。最后,对无人机进行多次试飞测试,通过地面站实时采集无人机飞行的动态参数。试验结果表明,本文所设计的无人机导航控制器满足飞行任务要求,提高了巡线导航的精确性,在飞行中控制无人机安全稳定的到达巡线目的地。


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