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基于四旋翼无人机的输电线路巡检系统研究 被引量:87
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作者 王振华 黄宵宁 +2 位作者 梁焜 李少斌 杨忠 《中国电力》 CSCD 北大核心 2012年第10期59-62,共4页
针对输电线路短途巡检的应用需求,解决常规巡检手段低效、安全、技术门槛等问题,以四旋翼无人机为载体,搭载影像采集设备进行航拍巡视,搜索、定位、采集线路缺陷和隐患的影像数据。根据线路杆塔坐标信息,预设航迹点实现自主飞行巡检;以... 针对输电线路短途巡检的应用需求,解决常规巡检手段低效、安全、技术门槛等问题,以四旋翼无人机为载体,搭载影像采集设备进行航拍巡视,搜索、定位、采集线路缺陷和隐患的影像数据。根据线路杆塔坐标信息,预设航迹点实现自主飞行巡检;以设备回传的杆塔实时影像为操作指导,利用手动飞行模式实现线路关键部件的影像采集。该系统提升了线路状态管理、应急指挥的便利性,为输电线路的安全评估、灾前排查、事故预警、灾后抢修,乃至状态检修和全寿命周期管理提供全方位的信息支持。 展开更多
关键词 四旋翼 无人机 输电线路 巡检系统
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欠驱动四旋翼无人飞行器的滑模控制 被引量:41
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作者 王璐 李光春 +1 位作者 王兆龙 焦斌 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1248-1253,共6页
针对六自由度欠驱动四旋翼无人飞行器(Quadrotor UAV)受控模型的复杂非线性问题,提出了一种系统简化方法,并基于简化后的模型设计了滑模控制器,实现了对复杂模型的非线性控制.首先,对Quadrotor UAV模型进行简化处理,从而可将系统解耦为... 针对六自由度欠驱动四旋翼无人飞行器(Quadrotor UAV)受控模型的复杂非线性问题,提出了一种系统简化方法,并基于简化后的模型设计了滑模控制器,实现了对复杂模型的非线性控制.首先,对Quadrotor UAV模型进行简化处理,从而可将系统解耦为完整驱动部分和欠驱动部分;进而,通过定义一个广义滑动流形实现欠驱动部分的滑模控制器设计;最后,利用Lyapunov理论证明了系统欠驱动部分的稳定性.仿真分析表明,本文提出的控制方法能够有效实现Quadrotor UAV的控制,且与经典PID控制方法相比,具有对外界扰动更强的鲁棒性. 展开更多
关键词 quadrotor uav 滑模控制 欠驱动系统 简化模型 系统解耦
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四旋翼无人机SO(3)滑模变结构姿态控制器设计 被引量:25
3
作者 刘锦涛 吴文海 +1 位作者 李静 辛巧 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1057-1064,共8页
为了提高四旋翼无人机SO(3)控制的动态性能,对滑模变结构控制在四旋翼无人机SO(3)姿态控制中的应用进行研究.首先,通过对两种四旋翼SO(3)姿态控制模型进行分析,确定一种奇异点较少的模型为控制对象;随后,针对可能出现的控制奇异问题,设... 为了提高四旋翼无人机SO(3)控制的动态性能,对滑模变结构控制在四旋翼无人机SO(3)姿态控制中的应用进行研究.首先,通过对两种四旋翼SO(3)姿态控制模型进行分析,确定一种奇异点较少的模型为控制对象;随后,针对可能出现的控制奇异问题,设计一种引入调节函数的无奇异积分型滑模面,得到了滑模稳定性引理;最后,利用这种滑模面进行控制器设计和Lyapunov稳定性分析,证明了系统全局指数渐近稳定.仿真结果验证了所提出的设计方案的正确性. 展开更多
关键词 四旋翼无人机 特殊正交群 滑模控制 姿态控制系统
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基于四旋翼无人机的桥梁裂缝检测系统设计 被引量:16
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作者 徐昊 彭雪村 卢志芳 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期102-110,共9页
为解决高墩大跨桥梁裂缝检测困难的问题,设计了四旋翼无人机桥梁裂缝检测系统,包括无人机系统、摄像系统、数字图像处理系统。通过对桥梁检测特性及无人机动力特征的分析,以STM32F427为主控板搭建满足飞行动力、控制、安全要求的硬件平... 为解决高墩大跨桥梁裂缝检测困难的问题,设计了四旋翼无人机桥梁裂缝检测系统,包括无人机系统、摄像系统、数字图像处理系统。通过对桥梁检测特性及无人机动力特征的分析,以STM32F427为主控板搭建满足飞行动力、控制、安全要求的硬件平台。在摄像系统中,借助相机矫正提高图像精度,采用像素物理尺寸标定、物距测量的方法,为裂缝图像自动测量提供辅助信息,并设计一种图像实时远程传输方案。在数字图像处理中,针对桥梁裂缝的噪声特点,经由中值滤波、边缘强化、阈值分割、形态学处理等获得裂缝二值图像,结合框选法实现裂缝宽度自动测量。所设计的无人机桥梁检测系统为解决高墩大跨桥梁裂缝检测困难的问题提供了一种可行方案,也为提高桥梁检测效率和精度提供了技术支持。 展开更多
关键词 裂缝检测 四旋翼无人机系统 摄像系统 数字图像处理
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平面四旋翼无人飞行器运送系统的轨迹规划与跟踪控制器设计 被引量:9
5
作者 梁潇 方勇纯 孙宁 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期1430-1438,共9页
对于四旋翼无人飞行器运送系统而言,需要保证飞行过程中负载的摆幅维持在适当的范围内,并且在飞行器到达目的地后负载无残余摆动.本文针对四旋翼无人飞行器运送系统,提出了一种新颖的轨迹规划与跟踪控制方法.论文首先得到了平面四旋翼... 对于四旋翼无人飞行器运送系统而言,需要保证飞行过程中负载的摆幅维持在适当的范围内,并且在飞行器到达目的地后负载无残余摆动.本文针对四旋翼无人飞行器运送系统,提出了一种新颖的轨迹规划与跟踪控制方法.论文首先得到了平面四旋翼无人飞行器的运动特性与负载摆角之间的非线性耦合关系.通过相平面内的几何分析,分别设计了两个轴方向上的分段式加速度轨迹.这种轨迹具有简洁的解析表达式并可获得较高的运送效率,同时满足飞行器的速度,加速度等物理约束.为了使四旋翼无人飞行器准确跟踪规划好的轨迹,本文基于反步法设计了一种非线性跟踪控制器,并通过李雅普诺夫方法对其闭环稳定性进行分析,证明其能使跟踪误差指数收敛于零.论文最后通过仿真结果验证了本文所提出方法的可行性与有效性,及其对外界干扰的鲁棒性. 展开更多
关键词 四旋翼无人飞行器 运送系统 相平面 轨迹规划 反步法
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基于视觉的四旋翼无人机自主降落算法研究 被引量:8
6
作者 孟学斌 齐咏生 +1 位作者 李永亭 刘利强 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第10期1751-1759,共9页
为了使四旋翼无人机实现自主精准的降落在地面起落平台上,以对其进行固定保护、充电续航以及移动运载,设计了一个由正三角形和圆环组成的视觉识别标志,并基于该识别标志提出一种基于视觉的四旋翼无人机自主降落算法。该算法根据无人机... 为了使四旋翼无人机实现自主精准的降落在地面起落平台上,以对其进行固定保护、充电续航以及移动运载,设计了一个由正三角形和圆环组成的视觉识别标志,并基于该识别标志提出一种基于视觉的四旋翼无人机自主降落算法。该算法根据无人机的飞行高度设计为两阶段控制,第一阶段通过识别标志的正三角形解算出无人机与识别标志中心的位置参数;第二阶段利用同心圆环及其内部的航向参考线确定无人机与识别标志中心的位置偏差和偏航角,最终完成无人机的姿态调整和自主降落。实验表明,该算法能够准确的提取出标志特征,实时计算出无人机相对于识别标志的位置信息和角度信息,实现精准降落。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 视觉识别标志 自主降落算法 位置参数 偏航角
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多四旋翼无人机系统分布式分层编队合围控制 被引量:6
7
作者 郑伟铭 徐扬 罗德林 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1091-1105,共15页
针对带有多个领航者与跟随者的欠驱动四旋翼无人机群系统,提出了一种分布式分层编队合围控制方法。设计分层分布式有限时间滑模估计器,实现在仅有部分领航者获取到期望轨迹的条件下,每架无人机都能生成其满足控制需求的估计位置信息。... 针对带有多个领航者与跟随者的欠驱动四旋翼无人机群系统,提出了一种分布式分层编队合围控制方法。设计分层分布式有限时间滑模估计器,实现在仅有部分领航者获取到期望轨迹的条件下,每架无人机都能生成其满足控制需求的估计位置信息。针对六自由度欠驱动四旋翼无人机模型的特点,提出一种无人机位置层和姿态层的分层控制方法,实现了无人机对所生成的估计位置的跟踪控制,该方法采用高阶导数逼近算法,防止在求解期望角速度的过程中出现微分爆炸。所提方法能在满足姿态稳定收敛的条件下实现有效的编队合围控制。通过数值仿真验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 编队合围控制 编队控制 四旋翼无人机 欠驱动系统 分布式控制
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四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统 被引量:6
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作者 许江阴 赵宏强 邓宇 《计算机测量与控制》 2017年第3期130-133,139,共5页
为了便于对四旋翼无人机控制算法进行实验仿真和验证,联合Solidworks和Matlab/SimMechanics工具箱设计了一种四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统;利用Solidworks搭建了四旋翼无人机三维实体模型,并通过Solidworks和Matlab转换接口将该... 为了便于对四旋翼无人机控制算法进行实验仿真和验证,联合Solidworks和Matlab/SimMechanics工具箱设计了一种四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统;利用Solidworks搭建了四旋翼无人机三维实体模型,并通过Solidworks和Matlab转换接口将该实体模型导入到Matlab/SimMechanics中;Matlab/SimMechanics提供了了三维可视化窗口,可以显示无人机的实时仿真状态;仿真平台在Matlab/SimMechanics环境中实现,与Matlab/Simulink通信方便,可方便的将Simulink设计好的控制算法添加到仿真系统中,以进行验证和参数整定,还具有姿态分析和数据分析等功能;轨迹跟踪仿真结果表明,四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统直观可视,准确可靠,能较好地对控制算法进行研究和测试,对四旋翼无人机以及控制算法的研究和开发具有重要价值。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 可视化仿真系统 实体建模 轨迹跟踪
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四旋翼飞行器的自校正PID控制器设计 被引量:5
9
作者 周牡丹 郭一晶 +1 位作者 高凤强 高友炎 《计算机仿真》 北大核心 2017年第11期37-42,共6页
研究四旋翼飞行器姿态控制器的设计优化问题。四旋翼飞行器在飞行中由于气流扰动、电源电压变化等因素使模型参数发生变化时,常规的控制算法将导致姿态控制性能变差甚至失去平衡。模型参数变化时控制器参数在线调整算法的设计是难点。... 研究四旋翼飞行器姿态控制器的设计优化问题。四旋翼飞行器在飞行中由于气流扰动、电源电压变化等因素使模型参数发生变化时,常规的控制算法将导致姿态控制性能变差甚至失去平衡。模型参数变化时控制器参数在线调整算法的设计是难点。提出一种基于自校正PID控制的姿态控制算法,使用带遗忘因子的递推最小二乘估计算法在线辨识四旋翼飞行器各通道的CARMA模型参数,并结合极点配置自校正PID控制的递推算法实时调整各通道的控制器参数,达到飞行姿态平衡的有效控制。通过不同条件下的仿真,结果表明改进控制方法能够实现四旋翼飞行器在不确定性干扰和模型参数变化的情况下对飞行姿态的稳定控制。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 自校正控制 姿态控制 系统辨识
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未知干扰下四旋翼无人机群固定时间编队控制 被引量:1
10
作者 郑伟铭 徐扬 罗德林 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1702-1712,共11页
在未知干扰条件下,针对欠驱动、非线性的四旋翼无人机群编队控制问题,提出了一种抗干扰的固定时间编队控制方法。首先,设计分布式固定时间滑模估计器,在仅有部分无人机获取到期望轨迹的条件下,每架无人机都能快速估计出自己的期望位置... 在未知干扰条件下,针对欠驱动、非线性的四旋翼无人机群编队控制问题,提出了一种抗干扰的固定时间编队控制方法。首先,设计分布式固定时间滑模估计器,在仅有部分无人机获取到期望轨迹的条件下,每架无人机都能快速估计出自己的期望位置信息。其次,引入固定时间干扰观测器用于估计未知的复合干扰,使无人机能够生成干扰估计值以抵消复合干扰对其带来的影响。然后,在无人机的位置层与控制层设计固定时间滑模控制器,实现对期望轨迹的跟踪,所给出的方法能够满足姿态稳定收敛。最后,数值仿真验证了所提出方法的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 欠驱动系统 编队控制 固定时间控制 干扰观测器
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基于四旋翼无人机的输电线路巡检实时自主跟踪系统设计 被引量:4
11
作者 王博文 刘兴东 《电气开关》 2021年第6期16-19,共4页
本文基于四旋翼无人机的输电线路巡检提出一种硬件和软件的实时自主跟踪系统的设计。为了提高无人机的检测效率,需要对实时数据处理传输线进行检测和跟踪。本文提出无人机的硬件结构设计,软件设计结构,以及卡尔曼滤波器在激光雷达上面... 本文基于四旋翼无人机的输电线路巡检提出一种硬件和软件的实时自主跟踪系统的设计。为了提高无人机的检测效率,需要对实时数据处理传输线进行检测和跟踪。本文提出无人机的硬件结构设计,软件设计结构,以及卡尔曼滤波器在激光雷达上面的数据处理。并进行了飞行实验验证了系统的可行性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 嵌入式系统 卡尔曼滤波器
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基于干扰观测器的四旋翼无人机终端滑模控制方法
12
作者 陈宝玉 《计算机应用文摘》 2024年第7期90-97,100,共9页
针对四旋翼无人机存在外部干扰的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异终端滑模控制策略,以保证系统的安全性和可靠性。首先,建立考虑外部干扰的四旋翼无人机动力学模型;其次,设计一种非线性干扰观测器来估计外部干扰的实际值,... 针对四旋翼无人机存在外部干扰的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异终端滑模控制策略,以保证系统的安全性和可靠性。首先,建立考虑外部干扰的四旋翼无人机动力学模型;其次,设计一种非线性干扰观测器来估计外部干扰的实际值,并结合非奇异终端滑模与反演技术,确保位置和姿态系统能在有限时间内收敛于期望轨迹;最后,通过仿真对比实验,表明所提出的控制方法具有良好的跟踪性能和抗干扰能力,并且其稳定性和鲁棒性均优于传统的滑模控制方法。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 非线性观测器 滑模控制 非奇异终端滑模 欠驱动系统
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一类欠驱动系统的双环滑模控制仿真 被引量:3
13
作者 代曾 余红英 刘琛 《现代电子技术》 北大核心 2019年第6期88-91,95,共5页
针对一类欠驱动四旋翼飞行器(Quadrotor UAV)受控模型,提出一种基于内外环的滑模控制策略,实现了对Quadrotor UAV系统的稳定控制与跟踪。首先采用拉格朗日方程建立四旋翼飞行器的动力学模型,然后根据其数学模型设计以位置系统为外环,姿... 针对一类欠驱动四旋翼飞行器(Quadrotor UAV)受控模型,提出一种基于内外环的滑模控制策略,实现了对Quadrotor UAV系统的稳定控制与跟踪。首先采用拉格朗日方程建立四旋翼飞行器的动力学模型,然后根据其数学模型设计以位置系统为外环,姿态系统为内环,滑模控制律为控制方法的内外环控制策略。最后在Matlab环境中对该系统进行仿真,验证了该控制策略的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动系统 滑模控制 双闭环控制 四旋翼飞行器 系统仿真 控制律
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Modeling and simulation of quadrotor UAV based on Simscape 被引量:2
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作者 JI Jiang HAN Jia-ning MENG Li-fan 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS CSCD 2020年第2期169-176,共8页
In order to speed up and simplify the design of the quadrotor unmanned aerial vehicle(UAV)and carry out experimental simulation and verification of relevant control algorithms,this paper analyzed the system dynamics m... In order to speed up and simplify the design of the quadrotor unmanned aerial vehicle(UAV)and carry out experimental simulation and verification of relevant control algorithms,this paper analyzed the system dynamics model of the mechanical structure and flight principle of the quadrotor aircraft,and used the Newton-Euler method to derive the non-linear dynamic equations.Aiming at improving the modeling accuracy and system integrity of the quadrotor,the physical system modeling was combined with the CAD software and the Matlab/Simscape toolbox.The three-dimensional quadrotor solid model built by CAD software was imported into the Simscape simulation platform to construct the body and power system model of the quadrotor.Based on this,the control algorithm designed by Simulink was added to the simulation platform to facilitate the experiment verification and parameter tuning.The simulation results show that the designed aircraft can achieve hover and tracking well and meet the control performance requirements of the system. 展开更多
关键词 quadrotor unmanned aerial vehicle(uav) physical system modeling parameter tuning TRACKING
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一种四旋翼无人机的设计及应用
15
作者 陈进稳 蒋超 +1 位作者 李雷 陈友鹏 《黑龙江科学》 2021年第22期86-87,共2页
设计了一种四旋翼无人机,遵循实用性、艺术性和创新型进行了设计,并对核心的五部分做了详细介绍,给出功用,并且对无人机目前的市场做出了相应的分析和评价。
关键词 四旋翼 无人机 试飞 飞控系统
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基于自适应容错算法四旋翼控制器设计与实验研究
16
作者 阚亚雄 赵飞 《镇江高专学报》 2021年第3期62-67,共6页
设计开发一种基于自适应容错算法的四旋翼姿态和位置跟踪控制器,利用Matlab/Simulink工具箱进行四旋翼无人机的自适应容错算法仿真实验,以确保系统稳定性和可行性。结果表明,设计的自适应容错控制系统可实现四旋翼无人机出现故障或存在... 设计开发一种基于自适应容错算法的四旋翼姿态和位置跟踪控制器,利用Matlab/Simulink工具箱进行四旋翼无人机的自适应容错算法仿真实验,以确保系统稳定性和可行性。结果表明,设计的自适应容错控制系统可实现四旋翼无人机出现故障或存在外界干扰时自主调整四旋翼姿态并跟踪位置曲线的期望目标。 展开更多
关键词 四旋翼 姿态控制器 自适应容错
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基于块对角理论的四旋翼姿态控制系统设计
17
作者 赵国荣 何云风 +1 位作者 赵超轮 王元鑫 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2020年第6期30-34,共5页
在四旋翼姿态控制系统设计中,为突破小扰动线性化和忽略通道间耦合假设的局限,基于反馈线性化理论,结合四旋翼姿态系统的块对角结构,采用了块对角理论对姿态控制系统进行设计。为检验所设计的姿态控制系统的性能,通过MATLAB/Simulink平... 在四旋翼姿态控制系统设计中,为突破小扰动线性化和忽略通道间耦合假设的局限,基于反馈线性化理论,结合四旋翼姿态系统的块对角结构,采用了块对角理论对姿态控制系统进行设计。为检验所设计的姿态控制系统的性能,通过MATLAB/Simulink平台进行了仿真。仿真结果表明,基于块对角的四旋翼姿态控制系统具有良好的动态性能和较强的抗干扰性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 姿态控制系统 反馈线性化 块对角理论
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基于多模型的无人机故障诊断与容错控制方法 被引量:8
18
作者 李炜 崔佳佳 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2017年第4期9-15,共7页
针对四旋翼无人机执行器易发生恒增益、恒偏差等常见故障问题,提出了一种基于多模型的四旋翼无人机故障诊断与容错控制策略。首先,建立了具有几类执行器故障的四旋翼无人机系统模型,并在此基础上建立了包含正常与各类故障的模型集合库;... 针对四旋翼无人机执行器易发生恒增益、恒偏差等常见故障问题,提出了一种基于多模型的四旋翼无人机故障诊断与容错控制策略。首先,建立了具有几类执行器故障的四旋翼无人机系统模型,并在此基础上建立了包含正常与各类故障的模型集合库;其次,根据分段的系统性能容忍度指标对系统进行故障检测,并大致判断出故障类型;最后,结合统一的模型失配度指标进行模型匹配,进而调用相应的控制律。仿真结果表明,文中具有分段系统性能容忍度的多模型主动容错策略,能迅速可靠地检测到执行器的各类故障,并及时进行容错控制,有效地提高了四旋翼无人机系统的安全可靠性能。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 模型集合库 主动容错 分段系统性能容忍度
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四旋翼无人机在云南应急测绘保障中的应用 被引量:8
19
作者 李超 柯尊杰 陈姣 《地矿测绘》 2015年第3期31-33,共3页
四旋翼无人机航摄系统作为测绘行业近年发展起来的高新技术,可垂直起降,定点悬停,相比固定翼无人机受到场地、天气、空中管制等限制,四旋翼无人机依然可以正常工作,具有很强的灵活性和时效性。为此,依据md4-1000四旋翼无人机航摄系统在&... 四旋翼无人机航摄系统作为测绘行业近年发展起来的高新技术,可垂直起降,定点悬停,相比固定翼无人机受到场地、天气、空中管制等限制,四旋翼无人机依然可以正常工作,具有很强的灵活性和时效性。为此,依据md4-1000四旋翼无人机航摄系统在"8.03"鲁甸地震和"3.01"沧源地震中的应用,将四旋翼无人机和固定翼无人机相结合形成多层次互补,保证灾后第一时间获取重灾区域高分辨率遥感影像或高清视频,大大提高了云南省应急测绘保障服务能力。 展开更多
关键词 四旋翼无人机航摄系统 应急测绘保障服务 地质灾害 鲁甸地震 沧源地震
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四旋翼无人飞行器反步法的控制 被引量:7
20
作者 陈奕梅 陈增辉 修春波 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第5期32-36,共5页
四旋翼无人飞行器是一种典型的六自由度的非线性、强耦合、欠驱动系统.针对四旋翼无人飞行器QballX4受控模型的复杂非线性问题,从实际应用的角度出发,提出了一种在定点悬停情况下忽略偏航角变化的模型简化方法,有效地解决了内外环约束... 四旋翼无人飞行器是一种典型的六自由度的非线性、强耦合、欠驱动系统.针对四旋翼无人飞行器QballX4受控模型的复杂非线性问题,从实际应用的角度出发,提出了一种在定点悬停情况下忽略偏航角变化的模型简化方法,有效地解决了内外环约束条件的求解问题,并基于此模型设计了一种基于反步法的渐近稳定控制器.仿真结果表明:所设计的控制器能有效地实现定点飞行,同时,也验证了所建立的简化模型的合理性. 展开更多
关键词 四旋翼无人飞行器 欠驱动系统 反步算法 渐近跟踪
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