输电线路清障飞行机器人双行走轮同步控制

传统架空输电线路异物清除作业无人机易受环境影响,作业困难且存在较多扰动等问题。基于此本文设计一种高空作业无人机挂线行走控制机构解决该问题。首先,根据输电线路环境与无人机作业模式,设计挂线行走机构,减弱高空作业时对无人机所受飞行作业扰动的影响;其次,针对清障机器人双行走轮转速同步存在误差问题,提出一种基于反向传播–比例积分微分(back propagation-proportional-integral-differential,BP-PID)主从融合偏差耦合的电机同步控制策略。通过仿真与实物实验验证表明,本文提出的挂线作业无人机双行走轮同步控制算法可有效解决电机因负载导致的转速不稳定以及高空作业无人机受环境扰动的问题。

悬挂伸缩刀具的树障清理空中机器人飞行控制方法

针对输电线路附近的树障进行清理问题,本文提出了一种新型的悬挂伸缩刀具的树障清理空中机器人并进行了仿真和实物验证.首先,对悬挂伸缩刀具的空中机器人进行了伸缩刀具重心变化下的动力学、运动学建模及接触建模.其次,为避免空中机器人接触作业时机器人倾翻的问题,设计了力估计器用于力感知和导纳控制器用于力控制.针对空中机器人非线性强耦合、伸缩刀具时参数摄动及作业时扰动的问题,设计了线性自抗扰控制(LADRC)的机器人位姿控制器.再次,数值仿真验证了导纳控制能有效避免空中机器人接触作业时产生倾翻的问题,以及基于LADRC控制器的位姿控制具有良好的稳定性和抗扰性.最后,通过实物飞行和接触作业测试,进一步验证了本文悬挂伸缩刀具的树障清理空中机器人及其控制方法的有效性.

可倾转六旋翼飞行器自抗扰控制技术研究

针对传统的多旋翼存在力和力矩的耦合,难以实现线运动和角运动解耦控制的问题,本文研究设计了一种可六自由度独立控制的倾转六旋翼飞行器(HTR)。为提高控制性能和抑制系统所受内外扰动影响,设计了基于自抗扰控制(ADRC)技术的飞行控制器。首先对HTR构型进行设计,使用牛顿欧拉法建立HTR动力学模型;接着针对HTR过驱动的特性,通过变量代换对控制分配矩阵进行线性化处理;最后将HTR解耦为6个单输入单输出系统的组合,分别设计位姿自抗扰控制器,来克服系统内部存在的不确定因素、通道耦合和外部扰动问题。仿真结果表明,本文设计的自抗扰控制器具有良好的线运动和角运动独立控制能力,提高了系统的控制精度和抗扰性。

输电线路障碍物清理机器人刀具系统自抗扰控制

高压强电磁环境下,输电线路障碍物清理机器人携带刀具系统进行清理作业时,为保证清障切割作业的平稳,必须对刀具系统进行转速控制;刀具系统在清障切割作业时存在参数摄动,且承受着负载转矩扰动,传统控制方法难以满足刀具控制系统的性能要求。针对以上问题,提出具有线性特性的输电线路障碍物清理机器人刀具系统自抗扰控制策略。根据刀具系统的二阶状态方程,设计清理机器人刀具系统的线性扩张状态观测器和线性自抗扰控制律。在验证刀具闭环控制器的稳定性后,进行仿真实验和物理实验,实验结果表明:刀具系统线性自抗扰控制策略具有良好的控制性能,可适应系统的参数摄动,并有效抑制切割作业时存在的转矩扰动。

输电线路异物清除空中机器人飞行控制技术研究

针对人工清理输电线路上的异物效率低且存在较大风险的问题,本文提出了一种用于输电线路清理的空中机器人,该空中机器人通过悬挂作业工具实现线路异物清理。本文针对输电线路异物清理空中机器人建立了其携带负载时的运动学和动力学模型;针对空中机器人携带负载后带来的重心变化、接触作业时的接触力与参数摄动等问题,研究了线性自抗扰控制方法。对空中机器人进行了仿真实验,验证了本文提出的空中机器人的可行性和线性自抗扰控制方法在空中机器人上具有较好的控制效果和抗干扰能力。

主动变形四旋翼自抗扰飞行控制方法

为了获得更好的环境适应性,研究设计了一种主动变形四旋翼飞行器.飞行器的变形主要分为两种:机臂伸缩和折叠.为抑制系统所受内外扰动影响,设计了基于自抗扰控制(ADRC)技术的飞行控制器.首先对主动变形四旋翼结构进行设计,使用牛顿欧拉法建立风扰下系统动力学模型,然后分析阵风对系统影响以及动态变形时重心位置、惯性张量等参数的变化,接着将主动变形四旋翼系统解耦成6个SISO系统的组合并设计位姿自抗扰控制器,最后分别利用扩张状态观测器和非线性状态误差反馈律对系统所受扰动进行观测和补偿.仿真结果表明,本文所设计的基于ADRC飞行控制器的主动变形四旋翼具有优秀的位姿控制能力,在飞行过程中可以良好地进行变形,能够有效地观测变形的扰动和紊流风扰,具有较强的稳定性和抗扰性,同时对系统部分动力失效故障有较强的鲁棒性.

新型多旋翼作业型空中机器人自抗扰控制

针对输电线路树障清理作业任务对空中机器人平台稳定性、平动性和抗扰性的高要求,为克服传统平面配置多旋翼无人机姿态配合式位置移动的缺点,本文在全驱动多旋翼飞行器设计思想的启发下,提出并设计了一种无需姿态配合即可实现前后平移运动的非平面作业型多旋翼空中机器人.首先分别建立其姿态的运动学和动力学模型,然后采用自抗扰控制技术设计了该机器人的位置和姿态跟踪控制律.多组仿真和样机实验结果表明,本文所设计的非平面配置旋翼空中机器人在作业过程中的接触力扰动下具有良好稳定性、平动性和抗扰性.

双无人机协同搬运的力位混合控制方法

针对单架无人机(UAV)存在的负载能力有限和尺寸限制等问题,研究了一种基于物理耦合和隐式通信方式的双无人机力位混合协同搬运控制方法。在双无人机搬运系统运动学与动力学建模的基础上,给定主机期望的运动轨迹,从机采用力估计方法感知负载施加的作用力,然后通过导纳控制器生成从机的理想运动轨迹以适应所受到的力,并将该运动轨迹输入从机的位姿控制器,最终实现从机对主机的高精度轨迹与位姿跟踪。针对无人机间的强耦合性,以及与负载固连产生的不确定性,每架无人机的位姿控制采用了线性二次型调节器(LQR)方法。仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。