银川能源学院大学生创新创业训练计划项目申报表

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1、银川能源学院大学生创新创业训练计划项目立项申报书计划项目名称：基于四旋翼飞行器在输电线路巡视与检测团队负责人（学生）：马如海指导教师：马天柱所在学院（部）：电力学院学院（部）负责人：侯卓生填写日期：2014年6月12日教务处制一、项目名称基于四旋翼飞行器在输电线路上的巡视与检测二、团队成员指导教师姓名马天柱性别男民族回出生年月1982.05专业技术职称/行政职务助教/电子创业创新中心主任联系电话0951-8409201手机13895667123传真Emailmatianzhu@163.com项目实施学生团队核心成员姓名性别所在学院（部）班级签字马如海男电力学院电气工程及其自动

2、化1204班张敏越男电力学院电气工程及其自动化1203班马林男电力学院电气工程及其自动化1204班三、项目内容1、项目简介（包括项目研究目的、主要内容、创新点和特色）无人飞行器（UAV）是指具备动力装置，而不需要操作人员的飞行器；它利用空气动力来抵消自身的重量，可以实现自主飞行或者遥控飞行；随着科学技术的不断提高，无人飞行器得到了迅速的发展，其在军事领域和民用方面都有着大量的应用，比如：应用于侦查勘测、数据采集、通信中继等等，通过无人飞行器来完成上述的任务，不仅操作灵活，降低成本，还可以避免人员消耗。目前，国内外四旋翼无人机厂家较多，从简单的航模级到工业级设备，产品较多，主要

3、应用于航拍、侦查等业务，满足电力行业应用需求的产品不多，从满足输电线路巡视检测需求出发，考量四旋翼飞行器在电力输电线路上的应用。本课题研究一种四旋翼飞行器可携带航拍和其他检测设备近距离进行巡视作业和检测，可有效代替人工巡视，具有机动灵活、安全稳定和快捷高效的特点，可以对输电线路故障、隐患进行快速、精确检测，可以在各种复杂地形及自然灾害情况下高效地执行应急任务，大大提高输电线路维护、巡视质量和水平，减少人力成本。首先介绍四旋翼飞行器整个系统组成,包括飞行控制系统、飞行动力系统、导航定位系统、超声波测距系统和机载无线数字视频传输系统。其次是飞行器姿态控制方法,主要是加入加速度计和

4、陀螺仪的卡尔曼滤波融合算法，即卡尔曼滤波。1.飞行控制系统：采用瑞萨推出的最新超低功耗微处理器RL78/G13，RL78/G13是以78K0RCPU內核为基础,围绕新的RL78CPU內核演化而来的，应用于各种工业和消费类电子。2.飞行动力系统：采用三相无刷直流电机和好盈电调联合控制。3.传感器系统：微型无人机要求提供实时、高质量的航拍图像。本设计所采用的摄像与无线传输系统主要由图像传感器、视频压缩编码芯片、微处理芯片、FLASH芯片和SDRAM内存以及无线网卡等组成。由于受微型无人机的载荷所限,该系统首先选用重量较轻的高分辨率模拟摄像机采集视频信号,然后利用图像编码器将采集到

5、的模拟图像,转化生成分辨率较高的数字图像。飞行姿态系统，加速度计采用ADXL345，陀螺仪采用ITG3205，分别用来测量静态角度和动态角度。经算法融合后能够得出两种状态下的精确角度，即俯仰角和横滚角。关于姿态融合的算法也有很多，如互补滤波和卡尔曼滤波等。我们采用的是卡尔曼滤波，经试验，滤波算法基本达到要求精度。并利用电机和旋翼的数学模型进行飞行器高度和角度控制的建模和方针分析,得到的姿态控制模型有良好的可控性。在四旋翼飞行器达到飞行姿态稳定的基础上,将GPS导航信息融合到飞行器的姿态控制环。在此利用卡尔曼滤波技术对GPS数据进行优化,建立了卡尔曼滤波的状态方程和观测方程,并

6、通过仿真显示滤波后的数据有良好的航迹跟踪效果。为了避免飞行器在巡线检测过程中与线路杆塔、绝缘子等发生碰撞,提出一种基于模糊控制的超声波避障方法,建立了模糊规则,实现了模糊算法,并将模糊控制的输出量转化为飞行器电机转速控制的控制信号。飞行器导航系统由导航控制板、GPS接收器和电子罗盘构成，考虑到飞行器在输电线路巡视时，如果风力达到三级以上，飞行器会发上短距离的飘逸，为避免与线路杆塔、导线、绝缘子等发生碰撞，在此添加了超声波测距模块探测周围的飞行环境。2、项目实施方案(实施本计划项目的指导思想、工作思路、预期效果，创业项目还需包括创业策划、运行等内容)1.指导思想在教师指导下，由

7、学生自主完成四旋翼飞行器项目的分析，设计、制作。从基础出发，综合应用多门课程和多领域的知识，运用最新的科学技术去实现安装、调试，完成技术经济分析报告。增强学生综合运用所学知识，分析问题、解决问题的能力。特别是培养学生自主创新，自主学习、自主项目管理的能力，加强团队协作意识等多方面的素质，塑造学生敢于创造、勇于创新的精神面貌。2.工作思路要使四旋翼飞行器能够进行线路巡视和检测，必须使飞行器具有稳定飞行和精确的导航定位功能，并且飞行器自身需要具备避障功能，另外对于飞行器动力系统中电机调速的实时控制，确保飞行