【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电气自动化领域，具体涉及一种用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法及系统。
技术介绍
1、随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
2、电力系统巡检，是电力系统保障自身安全稳定工作的重要手段。目前，随着智能技术的发展和无人机的应用，传统的人工巡线的方式已经逐步淘汰，电力系统已经逐步开始采用无人机进行巡检。无人机巡检，不仅不受地理因素的限制，而且极大地降低了人工成本和风险。
3、无人机巡检过程中，需要适时进行驻停检查：此时，无人机悬停在特定位置，控制自身的飞行状态，将巡检目标置于自身的摄像头的视野中心，以实现对巡检目标的长时间检查。但是，在无人机的驻停检查过程中，总存在一定的转动误差，导致无人机要巡检的目标偏离摄像机成像的视野中心，严重情况下可能造成目标完全偏离像机成像视野范围，无法对要检测的目标成像，给后续的目标智能检测和设备故障预警判断带来一定困难。此外，无人机在驻停过程中，还可能受到外界的气流、环境等因素的影响，同样可能造成成像过程的误差。
4、目前，针对无人机的飞行控制方案，主要包括了pid控制方案、滑膜控制方案和自抗扰控制方案：pid控制方案虽然方案简单且可靠性高，但是pid控制参数的整定过程较为繁琐，一般只能通过经验法来进行试凑，效率低下；滑膜控制方案具有优秀的抗扰性能且不依赖于被控对象的数学模型，但是该方案容易产生高频抖振
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种可靠性高、控制效果好且易于实施的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种实现所述用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法的系统。
3、本专利技术提供的这种用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，包括如下步骤：
4、s1.实时获取目标无人机的数据信息；
5、s2.根据步骤s1获取的数据信息，基于scpid控制算法，对目标无人机进行位置控制；
6、s3.根据步骤s1获取的数据信息，对步骤s2得到的位置控制量进行解耦，并基于scpid控制算法对目标无人机进行姿态控制；
7、s4.实时重复步骤s1～s3，实现对用于输电线路巡检的无人机进行飞行控制。
8、步骤s2所述的根据步骤s1获取的数据信息，基于pid控制算法，对目标无人机进行位置控制，包括如下步骤：
9、根据步骤s1获取的数据信息，设定目标无人机在三轴方向的虚拟控制力，并对位置控制模型进行简化；然后基于scpid控制算法，计算得到目标无人机在三轴方向的虚拟控制力，完成对目标无人机的位置控制。
10、所述的步骤s2，具体包括如下步骤：
11、根据步骤s1获取的数据信息，设定目标无人机在x轴方向的虚拟控制力为ux、在y轴方向的虚拟控制力为uy、在z轴方向的虚拟控制力为uz，且
12、
13、式中u1为垂直方向的控制力；ψ为偏航角；θ为俯仰角；为横滚角；
14、将目标无人机的位置控制模型简化为：
15、
16、式中为x轴方向位移的二阶导数；m为无人机的质量；为y轴方向位移的二阶导数；为z轴方向位移的二阶导数；g为重力加速度；
17、根据scpid控制算法，计算得到目标无人机在x轴方向的虚拟控制力、在y轴方向的虚拟控制力和在z轴方向的虚拟控制力分别为：
18、
19、式中zcx为x轴方向的速度因子；zcy为y轴方向的速度因子；zcz为z轴方向的速度因子；exi为x轴方向的误差积分；eyi为y轴方向的误差积分；ezi为z轴方向的误差积分；exp为x轴方向的误差；eyp为y轴方向的误差；ezp为z轴方向的误差；exd为x轴方向的误差微分；eyd为y轴方向的误差微分；ezd为z轴方向的误差微分。
20、步骤s3所述的根据步骤s1获取的数据信息，对步骤s2得到的位置控制量进行解耦，并基于scpid控制算法对目标无人机进行姿态控制，包括如下步骤：
21、根据步骤s1获取的数据信息，对步骤s2得到的位置控制量进行解耦，得到目标无人机的横滚角期望值和俯仰角期望值；
22、然后，根据scpid控制算法，计算得到目标无人机的横滚姿态控制力、俯仰姿态控制力和偏航姿态控制力，完成对目标无人机的姿态控制。
23、所述的步骤s3，具体包括如下步骤：
24、根据步骤s1获取的数据信息，对步骤s2得到的位置控制量进行解耦，得到：
25、
26、式中为目标无人机的横滚角期望值；θ*为目标无人机的俯仰角期望值；u1为垂直方向控制力；
27、根据scpid控制算法，计算得到目标无人机的横滚姿态控制力、俯仰姿态控制力和偏航姿态控制力：
28、
29、式中u2为横滚通道控制力；u3为俯仰通道控制力；u4为偏航通道控制力；为横滚速度因子；zcθ为俯仰速度因子；zcψ为偏航速度因子；为横滚误差积分；eθi为俯仰误差积分；eψi为偏航误差积分；为横滚误差；eθp为俯仰误差；eψp为偏航误差；为横滚误差微分；eθd为俯仰误差微分；eψd为偏航误差微分。
30、所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，还包括如下步骤：
31、s0.采用粒子群优化算法，对控制过程的参数进行整定。
32、步骤s0所述的采用粒子群优化算法，对控制过程的参数进行整定，具体包括如下步骤：
33、采用如下误差函数作为粒子群优化算法的适应性函数：
34、
35、式中e为时间加权积分绝对误差；t为时间；e(t)为控制误差；
36、粒子群优化算法的最优位置，选择极小值迭代方法，表示为：
37、
38、式中xi-best为第i个粒子的最优位置；为当前时刻第i个粒子的位置；为上一时刻第i个粒子的位置；xp-best为表示群体最优位置；xk为当前时刻所有粒子中的最优值。
39、本专利技术还提供了一种实现所述用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法的系统，包括参数整定模块、数据获取模块、位置控制模块、姿态控制模块和飞行控制模块；参数整定模块、数据获取模块、位置控制模块、姿态控制模块和飞行控制模块依次串联；参数整定模块用于采用粒子群优化算法，对控制过程的参数进行整定，并将数据上传数据获取模块；数据获取模块用于根据接收到的数据信息，实时获取目标无人机的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的数据信息，基于PID控制算法，对目标无人机进行位置控制，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于所述的步骤S2，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于步骤S3所述的根据步骤S1获取的数据信息，对步骤S2得到的位置控制量进行解耦，并基于SCPID控制算法对目标无人机进行姿态控制，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于所述的步骤S3，具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，还包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于步骤S0所述的采用粒子群优化算法，对控制过程的
8.一种实现权利要求1～7之一所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法的系统，其特征在于包括参数整定模块、数据获取模块、位置控制模块、姿态控制模块和飞行控制模块；参数整定模块、数据获取模块、位置控制模块、姿态控制模块和飞行控制模块依次串联；参数整定模块用于采用粒子群优化算法，对控制过程的参数进行整定，并将数据上传数据获取模块；数据获取模块用于根据接收到的数据信息，实时获取目标无人机的数据信息，并将数据上传位置控制模块；位置控制模块用于根据接收到的数据信息，基于SCPID控制算法，对目标无人机进行位置控制，并将数据上传姿态控制模块；姿态控制模块用于根据接收到的数据信息，对得到的位置控制量进行解耦，并基于SCPID控制算法对目标无人机进行姿态控制，并将数据上传飞行控制模块；飞行控制模块用于根据接收到的数据信息，实时控制数据获取模块、位置控制模块和姿态控制模块重复工作，实现对用于输电线路巡检的无人机进行飞行控制。
...【技术特征摘要】
1.一种用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于步骤s2所述的根据步骤s1获取的数据信息，基于pid控制算法，对目标无人机进行位置控制，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于所述的步骤s2，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于步骤s3所述的根据步骤s1获取的数据信息，对步骤s2得到的位置控制量进行解耦，并基于scpid控制算法对目标无人机进行姿态控制，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于所述的步骤s3，具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，其特征在于所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控制方法，还包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于输电线路巡检的无人机飞行控...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔晓光，刘兰兰，刘钢，刘定国，李勃铖，李稳，汪志刚，杨洪明，曹罡，杨昊彦，黄浩，席燕辉，肖伏良，陶鑫，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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