【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空飞行器与机器人，具体为一种断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法及系统。
技术介绍
1、输电线路扮演着电力系统中至关重要的角色，然而由于其处于户外且长时间暴露于恶劣环境中，受到各种自然条件的不利影响。输电线路在多种应力的长期作用下可能导致材料变得脆弱，同时还可能受到雷击、闪络、强风外力破坏、酸雨腐蚀等因素的影响，造成导线表面出现裂纹、断股等缺陷。高空输电线路的损伤和断股可能轻微降低电流传输量，重者甚至可能导致线路断裂事故，对线路的安全运行产生负面影响。因此，一旦发现导线断股，迅速采取措施进行断股修复是至关重要的。
2、现有的地线断股修复一般采用人工缠绕的方法把垂落的绞丝重新绕回到原位，需要高空作业，工作强度大，高空作业存在一定的安全风险，而且断股绞丝复位后仍有再次从断点处散落的风险，修复不彻底，修复效果不佳。市场上逐渐趋向于使用断股修复机器人替代传统的人工作业，以提高工作效率并减轻工作人员的负担。然而，通过人工推送和牵引机器人使其移至修复位置进行作业的方式本质上并不能过多的减轻工人的负担，因此，使用一种携带修复平台的四旋翼无人机将修复装置运送到指定位置从而进行修复作业的方式应运而生，虽然整个修复过程相对于传统的两种修复方式更为便捷，但仍存在一些不可忽视的问题：
3、当四旋翼无人机携带的作业平台进行高空挂线时，需要无人机悬停稳定，通过调整作业装置的高度，将滑轮顺利挂到指定的输电线上。过程中，无人机会由于负载机构的伸缩变形导致重心偏移，带来重力矩的影响，机身位置和姿态无法维持稳定，挂线工作的
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：飞行机器人在挂线作业时保持机身的位置和姿态稳定，提高抵抗内、外部扰动的能力。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，包括：采集断股修复飞行机器人的数据，计算挂线作业阶段机器人重心位置的变化；建立断股修复飞行机器人搭载作业负载情况下的动力学模型；根据建立的动力学模型，实现机器人挂线作业抗扰控制。
4、作为本专利技术所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述重心位置的变化包括，计算断股修复飞行机器人机体重心与机体系坐标原点的偏移量，
5、
6、其中，mbody表示机体的质量；marm表示机臂的质量；mmot表示旋翼的质量；mrot表示伸缩舵机的质量；melo表示伸缩舵机的质量；mwal表示滑轮重量；mrol表示行走机构伸缩杆重量；mfix表示行走机构固定杆重量；mdifx表示修复机构伸缩杆重量；mrep表示修复机构重量；rbody表示机体系坐标原点到机体的矢径；rarm,i表示机体系坐标原点到ith机臂的矢径；rmot,i表示机体系坐标原点到ith旋翼的矢径；rrot,i表示机体系坐标原点到ith电机的矢径；relo,i表示机体系坐标原点到ith伸缩舵机的矢径；rwal,i表示机体系坐标原点到滑轮的矢径；rrol,i表示机体系坐标原点到行走机构伸缩杆的矢径；rfix,i表示机体系坐标原点到行走机构固定杆的矢径；rdfix,i表示机体系坐标原点到修复机构伸缩杆的矢径；rrep表示机体系坐标原点到修复机构的矢径；ith表示第i个机体。
7、作为本专利技术所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述动力学模型包括，根据牛顿-欧拉方程和刚体运动定理建立断股修复飞行机器人的动力学模型，位置动力学方程定义在地球固连坐标系下，姿态动力学方程定义在机体坐标系下，
8、
9、位置动力学合力方程表示为，
10、
11、
12、
13、
14、姿态动力学系统合力矩方程表示为，
15、
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20、
21、其中，m表示断股修复飞行机器人总质量；rg表示飞行机器人系统重心位置；τ表示飞行机器人位置；ω表示机体系下飞行机器人角速度；表示机体系下飞行机器人角加速度；ib表示机体惯性矩阵；ni是第i旋翼的转速；kf＞0表示旋翼的升力系数；ge表示重力；fte表示旋翼产生的升力；表示风扰力；de表示空气阻力；ti表示机体系下第i个旋翼产生的升力；c表示空气阻力系数；sair表示迎风面积；vair表示飞行器与空气的相对速度；表示风速；ve表示飞行器速度；为旋翼升力所产生力矩；为旋翼旋转反扭矩；为系统陀螺效应项；为风扰力矩；为负载引入的重力矩；li代表第i个旋翼的升力作用点在机体系下的坐标矢量；jp为陀螺力矩系数；km为反扭矩系数；为第i个旋翼产生的风扰力。
22、作为本专利技术所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述动力学模型还包括，忽略旋翼陀螺效应，得到断股修复飞行机器人6自由度动力学方程，
23、
24、其中，x表示x方向上的位置；表示x方向上的速度；表示x方向上的加速度；y表示y方向上的位置；表示y方向上的速度；表示y方向上的加速度；z表示z方向上的位置；表示z方向上的速度；表示z方向上的加速度；φ表示无人机的三轴姿态角为横滚角；θ表示无人机的三轴姿态角为俯仰角；表示无人机的三轴姿态角为偏航角；p表示机体x轴角速度；q表示机体y轴角速度；r表示机体z轴角速度；l表示旋翼推力中心到机体质心的距离；u1表示无人机四旋翼提供总升力；u2表示旋翼推力提供的x方向的力矩；u3表示旋翼推力提供的y方向的力矩；u4表示旋翼推力提供的z方向的力矩。
25、作为本专利技术所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法的一种优选方案，其中：所述抗扰控制包括，将断股修复飞行机器人系统动力学模型中的6个状态视作6个通道，通过自抗扰控制adrc将系统各通道之间耦合与作业变形引起的参数摄动当作内部扰动处理，采用改进后的扩张状态观测器eso估计并补偿系统内外扰动实现各通道状态解耦，并且引入虚拟控制量实现系统控制解耦，从而将系统描述形式从mimo转换为六个siso系统的组合，
26、
27、其中，si(·)表示不确定项；表示系统所受外部扰动；表示系统所受变形产生的扰动；φ表示滚转角；表示滚转角速度；表示滚转角加速度；θ表示俯仰角；表示俯仰角速度；表示俯仰角加速度；ψ表示偏航角；表示偏航角速度；表示偏航角加速度；u表示引入的虚拟控制量；控制律采用内外环策略，内环为姿态控制，外环为位置控制，引入控制量(u1,u2,u3,u4)分别代表总升力期望值和绕机体系三轴的转动力矩期望值，虚拟控制量(u1,u2,u3,u4,u5,u6)与(u1,φd,θd)和(u2,u3,u4)之间的转换关系式表示为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述重心位置的变化包括，计算断股修复飞行机器人机体重心与机体系坐标原点的偏移量，
3.如权利要求2所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述动力学模型包括，根据牛顿-欧拉方程和刚体运动定理建立断股修复飞行机器人的动力学模型，位置动力学方程定义在地球固连坐标系下，姿态动力学方程定义在机体坐标系下，
4.如权利要求3所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述动力学模型还包括，忽略旋翼陀螺效应，得到断股修复飞行机器人6自由度动力学方程，
5.如权利要求4所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述抗扰控制包括，将断股修复飞行机器人系统动力学模型中的6个状态视作6个通道，通过自抗扰控制ADRC将系统各通道之间耦合与作业变形引起的参数摄动当作内部扰动处理，采用改进后的扩张状态观测器ESO估计并补偿系统内外扰动实现各通道状态解耦，并且引入虚拟控制量
6.如权利要求5所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述抗扰控制还包括，设计跟踪微分器，以给定信号期望俯仰角θd作为参考输入安排过渡过程，
7.如权利要求6所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述抗扰控制还包括，设计非线性误差反馈律，计算u0并和扰动补偿组合计算出控制量u5，
8.一种采用如权利要求1～7任一所述方法的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制系统，其特征在于，包括，
9.一种计算设备，包括：存储器和处理器；
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述重心位置的变化包括，计算断股修复飞行机器人机体重心与机体系坐标原点的偏移量，
3.如权利要求2所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述动力学模型包括，根据牛顿-欧拉方程和刚体运动定理建立断股修复飞行机器人的动力学模型，位置动力学方程定义在地球固连坐标系下，姿态动力学方程定义在机体坐标系下，
4.如权利要求3所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述动力学模型还包括，忽略旋翼陀螺效应，得到断股修复飞行机器人6自由度动力学方程，
5.如权利要求4所述的断股修复飞行机器人挂线作业抗扰控制方法，其特征在于：所述抗扰控制包括，将断股修复飞行机器人系统动力学模型中的6个状态视作6个通道，通过自抗扰控制adrc将系统各通道之间耦合与作...
【专利技术属性】
技术研发人员：卓浩泽，李泰霖，王斌，蒋圣超，祝文姬，欧发斌，纪硕磊，王志永，杨忠，廖禄伟，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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