【摘 要】
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随着科技的不断进步,无人机飞行控制技术越发成熟,无人机已在电力巡检领域中得到广泛应用,到目前为止,无人机在电力系统中的应用成果多集中于利用无人机对输电线路进行巡检,发现线路故障等方面,而解决线路树障的研究相对较少,为此本文针对输电线路树障清理问题,设计了一款携带电锯的四旋翼无人机系统（Carry Chainsaw Quadrotor UAV,缩写CCQUAV）进行电力巡检及树障切割处理。本文主要针
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随着科技的不断进步,无人机飞行控制技术越发成熟,无人机已在电力巡检领域中得到广泛应用,到目前为止,无人机在电力系统中的应用成果多集中于利用无人机对输电线路进行巡检,发现线路故障等方面,而解决线路树障的研究相对较少,为此本文针对输电线路树障清理问题,设计了一款携带电锯的四旋翼无人机系统（Carry Chainsaw Quadrotor UAV,缩写CCQUAV）进行电力巡检及树障切割处理。本文主要针对携带电锯系统结构设计和携锯四旋翼无人机飞行控制技术两方面展开研究。在总结现有清障技术的基础上,遵循切割作业原理及无人机巡检作业流程,完成了如下工作:（1）基于无人机电力巡检技术,针对架空输电线路树障问题,本文设计了携带电锯的四旋翼无人机系统,该系统由四旋翼无人机飞行平台与电锯切割系统两大部分组成;通过对比无人机飞行特点,选取了适合树障清理作业的四旋翼无人机做为飞行平台,为满足树障清理需求,设计了由圆盘锯、导向板、电机、电池、刚性连接杆及配重块构成的电锯系统。（2）建立了携锯四旋翼无人机系统动力学模型。在四旋翼无人机动力学模型基础上,增加了携带电锯系统,利用拉格朗日法建立出携锯四旋翼无人机的动力学模型,该模型具有复杂的非线性系统,同时对电锯切割作业引起的飞行稳定性扰动问题进行了初步分析。（3）研究了携锯四旋翼无人机系统的飞行控制方法。基于传统PID控制技术的参数调节规律,针对携锯四旋翼无人机系统设计传统PID的位置控制器及姿态控制器,并在Simulink模型里实现了对携锯四旋翼无人机的稳定控制仿真;同时基于模糊控制规则,设计了携锯四旋翼无人机的模糊PID控制系统,解决了传统PID参数固定等缺点,可以满足控制系统超调量小、达到稳态时间快的任务需求;根据Matlab/Simulink中携锯四旋翼无人机的位置追踪与姿态追踪仿真试验,对比传统PID控制与模糊PID控制的结果,得出模糊PID控制下的携锯四旋翼无人机控制效果更理想。同时用Matlab对携锯四旋翼无人机进行了树障清理仿真。综上所述,本文结合四旋翼无人机在电力巡检中的特点,在四旋翼无人机平台上增加了携锯机械系统,通过携锯四旋翼无人机的动力学分析、数学模型建立,以及飞行控制系统仿真,验证了携锯四旋翼无人机模糊PID控制系统的可行性及优越性,同时对携锯系统引起飞行稳定性扰动进行了初步分析,为后续携锯无人机的实际应用奠定理论基础。
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