小型无人机载吊舱控制系统分析

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1、3．4．1Matlab及Simulink简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一293．4．2控制系统阶跃响应实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯293．4．3控制系统抗干扰实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．4．4控制系统跟踪实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．32第四章系统硬件电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．334．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．2控制系统总体框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3

2、34．3硬件电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．344．3．1控制器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯344．3．2字符叠加电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．3．3电平转换电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．3．4摇杆输出电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．3．5时钟显示电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．3．6功率放大电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．384．3．7陀螺仪的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．394．4防干扰措施及

3、PCB板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．40第五章吊舱飞行实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．415．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一415．2实验调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一415．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45参

4、考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46攻读硕士学位期间发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49第一章绪论弟一早辐记1．1课题背景及意义随着我国经济的飞速跨越式发展，能源产业尤其是电力产业所体现的作用越来越明显。快速发展的高压输电线路有效的缓解了因经济快速发展而带来的电力短缺问题，从而加速了国民经济的发展。但是高压输电线路的快速发展也随之带来了一系列问题，比如输电线路规模越来越大，输电距离越来越长，这就给输电线路的巡查、检测和维护带来了很大的困难【l圳。现阶段高压输电线路电力巡线的方法主要有两种，一种是地面人工目测巡检，另一种利用直升机

5、载人飞行进行巡检。地面人工目测巡检这种方法主要靠工人的主观观察，具有精度低、劳动强度大、存在巡检盲区等缺点，同时由于森林中各种蚊蝇滋生会传播疾病以及森林中存在的大型野生动物和有毒动物也会给巡线人员带来一定的安全隐患。特别是在高纬度山区由于气候条件因素和地形因素等原因巡检时难度极大；直升机飞行巡检主要有两种方式，一种是飞行乘员目测巡检，另一种是挂载光学吊舱进行巡检，直升机乘员可能会受到气候的影响从而导致目测巡检存在检测效率低、巡检人员易发生疲劳和晕机等情况从而导致巡查质量下降发生漏检和误判的现象【4J。直升机巡检的另一个缺点就是成本过高，不论是购买直升机还是直升机的维护、保养和使用都

6、会消耗大笔资金。澎图1．1地面人工目测巡线随着机械、光学、电子和航空技术领域的发展，出现了一种新的高压电力巡线的方法一利用小型无人机悬挂吊舱进行高压电力巡线。吊舱是指悬挂在运动载体(如飞机、船舶)外的舱体有效载荷容器装置【5J。吊舱凭借其体积小、重量轻、操作灵活方便、稳定度高等优点，被广泛应用在军事和民用领域中如情报收集、测绘、目标保护与跟踪、民用航空信息收集、航空摄影、高压输电线路维护等。2000年，英国威尔士大学和英国EA电力咨询公司合作率先使用无人机载光电稳定平台成功地进行了高压输电线路巡检试验[6]。这种巡检方法与传统的人工巡检和直升机巡检相比，优势十分明显，主要表现为如下

7、几个方面：(1)无人机载光电吊舱巡线是利用无人机在高空巡检，不受地面各种障碍的影响，巡检范围较广；(2)与人工巡检相比，利用无人机载光电吊舱巡线具有较高的实效性，能够实时地了解高压输电线的情况，并快速地反馈到地面人工操作台中；(3)利用光电吊舱的光电设备，能够清晰直观的反映并记录高压输电线路的情况；(4)与直升机巡检相比，无人机载吊舱的成本低，维护保养方便。尽管利用无人机载吊舱具有一系列的优点，但这其中存在了一个很大的缺点，就是无人机的负载问题。小型无人机载吊舱的重量