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原文传递桥梁检测无人机控制技术研究

论文题名：	桥梁检测无人机控制技术研究
关键词：	桥梁检测;无人机;定高控制;环绕飞行控制;避障控制
摘要：	桥梁作为交通的重要枢纽，为行人和车辆通行带来便利，随着桥梁长期投入使用，桥梁病害随之产生。无人机作为一种新型桥梁检测工具，具有使用维护成本低，不影响交通，可以抵近检查桥梁病害等优点。由于多旋翼无人机具有稳定性高、易操控等优点，通常将多旋翼飞行器作为桥梁检测飞行平台。　　桥梁支座和桥梁底面为桥梁病害的高发区，本文针对无人机桥梁检测的应用需求，为无人机加入了定高控制，方便检查桥梁底面;加入了环绕飞行控制，方便从多角度检查桥梁支座;加入了避障控制，提高无人机操控的安全性。　　首先，设计了桥梁检测无人机系统，桥梁检测无人机系统包括:四旋翼飞行平台、相机及云台、图像传输及显示系统、飞行控制系统和多功能控制终端。飞行控制系统使用多种传感器，由控制器采集和处理传感器信息并用于无人机的飞行控制。多功能控制终端负接收飞行控制系统的状态信息，并通过液晶屏显示，当检测到系统故障时发出警告。操控人员可以通过多功能控制终端调整相机姿态和触发相机拍照同时记录拍摄照片时的系统信息，用于后期管理拍摄照片。　　其次，提出使用强跟踪扩展卡尔曼滤波融合陀螺仪、加速度计和磁罗盘数据进行姿态角的解算，并使用MATLAB对姿态解算做了仿真分析。建立了四旋翼动力学模型，使用串级PID进行姿态控制，并使用模糊-PID对姿态控制性能做进一步改善。建立了四旋翼飞行器姿态控制仿真模型，通过仿真分析验证了模糊-PID的性能优势。　　再次，采用中位值滤波器对超声波模块测量高度数据滤波，采用巴特沃斯滤波器对气压计解算高度数据滤波，使用模糊-PID控制器作为超声波定高和气压计定高的控制器。使用二维激光雷达探测飞行器周围环境信息，解算出转差角用于无人机机头锁定环绕目标控制，解算出的目标距离用于定距飞行控制，机头锁定控制和定距控制相结合共同完成无人机环绕目标飞行控制。使用激光雷达探测信息为无人机360度避障，使用PD控制器设计了避障控制器，设置反冲抑制区域，为无人机快速退出避障区域减速。　　最后，搭建了桥梁检测无人机飞行平台，分别做了气压计定高实验，超声波定高实验、环绕飞行实验和避障控制实验，验证了所提出控制方法的有效性。
作者：	屈利伟
专业：	模式识别与智能系统
导师：	莫宏伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文