改进YOLOv3的无人机拍摄图玻璃绝缘子检测

绝缘子作为电力巡检中的重要目标,对其检测受到高度重视.针对传统无人机拍摄图像绝缘子检测算法需要通过人工提取特征进行检测,效率低且鲁棒性差等问题,通过对绝缘子图像数据集进行分析,结合YOLOv3目标检测算法与Inception-Resnet-v2分类算法,提出一种改进的YOLOv3绝缘子检测算法,该方法分别从增加Ince...     

无人机吊挂飞行的非线性控制方法设计

针对四旋翼无人机吊挂飞行系统,本文设计了一种新型控制策略.本文首先建立了四旋翼无人机吊挂系统的数学模型.其中负载被看作由刚性绳悬挂在四旋翼无人机重心位置的质点.之后本文通过能量分析的方法设计了针对此系统的非线性控制器.本文提出的控制方法可以在抑制吊挂负载摆动的同时将四旋翼无人机移动到目标位置.本文运用李雅普诺夫稳定性分析和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,通过数值仿真,分别将本控制器镇定控制和调节控制的控制效果与线性二次调节器(linear-quadratic regulator,LQR)控制器进行了对比.     

无人机吊挂空运系统的自适应控制设计

针对四旋翼无人机吊挂空运系统存在的模型不确定性及欠驱动性问题,本文提出了一种基于能量耦合的自适应控制设计.首先,基于能量整形控制方法构造了一种新型的能量存储函数以处理状态耦合.然后利用神经网络对系统未建模动态特性进行在线估计,同时设计参数自适应律在线估计模型中的未知参数,并采用基于符号函数的鲁棒控制算法补偿神经网络的估计误差.本文运用李雅普诺夫方法和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明,并且证明了负载摆动和无人机位置误差的渐近收敛性.最后,在室内实验平台上进行了飞行实验.实验结果表明,本文提出的非线性控制方法能够在有效抑制吊挂负载摆动的同时,实现无人机位置的精确控制.     

基于多算法融合的破损陶瓷绝缘子图像识别与检测方法

为了提高输电线路安全稳定运行,在传统检测绝缘子缺陷的基础上,提出一种多算法融合的破损陶瓷绝缘子检测方法。基于FASTER-RCNN算法,将拍摄到的绝缘子图像进行训练,得到绝缘子串具体位置,并改进SBGFRLS（线性自适应滤波）算法,实现对瓷绝缘子破损的精确识别。首先利用FASTER-RCNN算法,选择Faster R-CNN网格作为检测器,识别出利用无人机拍摄得到的图像中的绝缘子串所在位置;然后,利用SVM（支持向量机)算法对绝缘子图像进行粗分割,得到粗分割后的绝缘子缺陷识别图,再在粗分割的基础上,运用改进的SBGFRLS算法对图像中的绝缘子进行精确识别,得到破损绝缘子定位图。实验结果表明,得到的绝缘子破损识别图可以验证该改进算法的可行性和有效性。     

基于YOLOv5算法的无人机巡检电网绝缘子识别研究

由于常规电网绝缘子识别方法不能有效提高识别效率,导致难以适应高质量的运维需求,研究基于YOLOv5算法的无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）巡检电网绝缘子识别方法。通过电网无人机巡检勘查,结合绝缘子数据集特点对无人机航拍图片进行训练,采取YOLOv5算法准确识别电网绝缘子。实验结果表明,在无人机航拍图像处理并输入网络运算后,基于YOLOv5算法得到的电网绝缘子识别准确率最高,验证了基于YOLOv5算法的无人机巡检电网绝缘子的准确识别能力。     

小型无人机结构与控制分析

本文以小型无人机作为研究对象,阐述其结构特点,分析其控制原理,以此全面解析小型无人机的应用性能,解析了小型无人机结构的控制过程:控制原理、PID控制器、多址通信控制,开展了多址通信控制的模拟分析,模拟结果为:传感器、通信技术、PID控制器,均作为无人机控制的有效方法.     

基于三环回路结构的无人机滑行自主控制仿真系统

讨论了一种基于三环回路结构控制方式无人机地面滑行控制实时仿真系统的设计，描述了仿真系统的实现方法，也介绍了三环回路结构无人机地面滑行自主控制方式，最后对仿真系统的实验结果进行了分析和总结，证明了三环回路结构控制方式的合理性和可行性。     

倾转式三旋翼无人机的有限时间收敛控制设计

倾转式三旋翼无人机是一种多旋翼无人机的特殊构型,其兼具单旋翼无人机与普通多旋翼无人机的特点.目前对于此类无人机的鲁棒控制设计研究成果较少,多数已有的控制方法未考虑模型参数的不确定性与外界扰动对此类无人机控制的影响.为此本文针对倾转式三旋翼无人机动力学模型存在的转动惯量未知,以及飞行中受到未知外界扰动影响的情况,基于super-twisting算法,设计了一种新型非线性鲁棒控制方法.通过基于Lyapunov的稳定性分析方法,证明了闭环系统的稳定性,并得到在有限时间内三旋翼无人机的姿态跟踪误差收敛的结果.本文中所提出的控制算法,在倾转式三旋翼无人机实验平台上进行了实时飞行控制实验,取得了较好的控制效果.     

轻量级YOLOV3的绝缘子缺陷检测方法

绝缘子是输电线路的重要组成部分,其能否正常工作直接影响电网的稳定运行。为此,研究了智能绝缘子缺陷检测方法。通过无人机的航拍图像制作数据集,利用K-means++算法确定先验框,基于YOLOV3检测架构构建一种改进的轻量级网络。实验结果表明,该方法提升了高清绝缘子的图像检测速度,且能够完成绝缘子定位及缺陷检测。     

基于双模型的输电线绝缘子自爆检测算法

针对输电线路无人机巡检图像中绝缘子自爆缺陷目标小而难以精准检测的问题,提出一种基于Faster R-CNN和改进的YOLO v3级联双模型的绝缘子自爆缺陷检测算法。首先,利用无人机巡检图像构建绝缘子串缺陷数据集,并对训练图像样本进行翻转预处理,增加样本数量,提高模型泛化能力,避免过拟合;然后,利用Faster R-CNN检测图像中的绝缘子串,再将检测到的绝缘子串图像送入改进的YOLO v3网络进行自爆缺陷的定位。改进的YOLO v3网络是在YOLO v3基础上借鉴FPN的思想,增加特征提取层并进行特征融合,充分利用深层特征和浅层特征;同时采用CIoU Loss函数作为损失函数,以解决边界框宽高比尺度信息。实验结果表明,本文算法在所构建的绝缘子缺陷数据集上的检测准确率达到91.2%,相比Faster R-CNN或YOLO v3等单模型检测算法提升了3.31个百分点以上,能有效实现无人机巡检中绝缘子自爆缺陷的检测,为输电线路智能化巡检故障诊断提供方法支持。     

四旋翼飞行器增稳混合控制器

针对四旋翼飞行器在不同环境下的飞行稳定性问题,提出反步法和模糊自适应比例积分微分(PID)方法的混合控制方法。该方法根据无人机(UAV)飞行环境和大倾角、大倾角变化率选择当前合适的控制器。在系统未受扰动时,基于Backstepping的控制方法能够完成飞行器的轨迹跟踪;在受扰动时,基于模糊自适应PID能够极大地抑制扰动带来的影响,实现对四旋翼飞行器的精确控制。通过Matlab仿真分析及实际飞行器实验,验证了增稳混合控制器的稳定性。     

四旋翼无人机鲁棒自适应姿态控制

 四旋翼无人机的姿态控制是自主飞行控制的核心,针对四旋翼姿态易受外界环境干扰和内部参数摄动等不确定性影响的问题,设计了一种鲁棒自适应反步控制器,以提高四旋翼的鲁棒性。建立了四旋翼完整的姿态运动模型,并将其转化为含有广义不确定性的多输入多输出非线性系统。根据该系统满足严格反馈的结构特点,设计了反步控制器; 针对系统中存在的外部干扰和内部参数摄动等不确定性,引入了一类鲁棒自适应函数来抵消该不确定性对系统的影响; 采用非线性跟踪微分器估计虚拟控制量的微分信号,减小了反步控制器设计中普遍存在的“计算膨胀”问题; 通过构造Lyapunov 函数证明闭环系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的控制效果和鲁棒性。     

四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪与滑模事件驱动控制

四旋翼飞行器作为一个典型的欠驱动的系统,具有强耦合、非线性等特性.针对飞行器外部干扰、和通信资源受限条件下的轨迹跟踪控制问题,进行滑模事件驱动控制方法的研究.首先,分析动力学特性,通过时间尺度分解方法将系统解耦成位置子系统和姿态子系统.其次,将位置子系统转化为严格反馈形式,设计反步滑模控制器,实现位置轨迹稳定跟踪;针对姿态子系统存在时变有界扰动及通信受限,设计滑模事件驱动控制律,在抑制干扰的同时实现对虚拟姿态跟踪指令的跟踪.根据Lyapunov分析方法证明了所设计控制器的稳定性,并通过理论分析证明闭环控制系统不会出现Zeno现象.最后,仿真结果验证了滑模事件驱动控制律在存在外部扰动和通信受限时四旋翼无人飞行器轨迹跟踪的鲁棒性.     

四旋翼无人机抗干扰轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程中存在的参数不确定与外界干扰问题,设计一种双闭环自适应控制策略.为了降低控制器设计复杂度,根据四旋翼无人机系统的欠驱动特性将系统分成姿态内环和位置外环.在扰动观测器的基础上,利用积分型反步控制算法完成无人机位置信息在外界干扰下的稳定跟踪控制.在扰动观测器的基础上,利用自适应滑模控制算法完成无...     

输出误差约束下四旋翼无人机预定性能反步控制

针对外界干扰和输出误差约束条件下的四旋翼无人机的跟踪控制问题,提出预定性能反步跟踪控制策略.首先,将四旋翼无人机动力学模型转换为带有外界干扰的严反馈形式;然后,利用反步法设计控制器,通过引入障碍Lyapunov函数保证跟踪误差的预定性能,设计干扰观测器对外界干扰进行估计,并通过滤波器估计姿态子系统中部分虚拟控制输入的导...     

Tracking of a moving ground target by a quadrotor using a backstepping approach based on a full state cascaded dynamics

In this paper, a tracking controller is formulated for a quadrotor to track a moving ground target. The quadrotor exhibits distinct hierarchical dynamics that allows its position to be controlled by its attitude. This motivates the use of backstepping control on the underactuated quadrotor. Most backstepping architecture controls the quadrotor position and attitude independently, and couples them with inverse kinematics. Inverse kinematics computes the attitude angles required to achieve a desired acceleration. However unmodeled effects are shown to cause inexact inversion resulting in tracking error. The approach proposed in this paper uses a re-formulated full state cascaded dynamics to eliminate the need for inverse kinematics in a full state backstepping control architecture. It is shown that zero steady state error is achieved in the presence of unmodeled aerodynamics effect and wind disturbance despite no integral action. In addition, a backstepping formulation is derived using contraction theory that guarantees the boundedness of state response under bounded disturbances such as wind. This improves the system performance. Numerical simulations are performed using the proposed controller to track a target moving along predefined paths and the results are compared with a benchmark controller derived using inverse kinematics. The results show that the proposed controller is able to achieve better tracking performance under unmodeled aerodynamic effects and wind disturbance as compared with the benchmark controller.     

四旋翼无人机L1 自适应块控反步姿态控制器设计

针对四旋翼无人机的姿态控制问题,提出一种L1自适应块控反步控制方法.将四旋翼姿态运动模型转化为一类多输入多输出不确定非线性系统的形式;根据该系统严格反馈的结构特点,对外回路设计了块控反步控制器;针对内回路存在的外部干扰和内部参数摄动等不确定性,引入L1自适应控制思想补偿其影响.稳定性分析表明闭环系统内所有信号一致有界.仿真和姿态稳定实验验证了所提控制策略的有效性和鲁棒性.     

基于固定时间扰动观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对六自由度小型四旋翼无人机在轨迹跟踪控制过程中,单一控制器构成的控制系统存在外部未知干扰,系统的鲁棒性以及轨迹跟踪精度容易产生较大的波动问题,该文章提出了一种基于固定时间扰动观测器的全闭环控制方案,即针对位置与姿态的双闭环控制;首先利用固定时间理论设计了两个扰动观测器,在固定时间内对扰动做出估计并进行补偿;在此观测器对扰动值的精确估计基础之上,设计了两个具有扰动补偿能力的非线性跟踪控制器;李雅普诺夫稳定性理论证明了所述方法的有效性;仿真实验中,为对比所述控制方法的有效性,同时采用传统单一控制器构成的无人机控制系统进行对比分析;在无人机质量为m=1.44 kg、环境重力加速度为g=9.8 m/s2以及其他模型参数一致的前提下,进行大量的仿真实验验证了所提出的基于固定时间扰动观测器的扰动补偿控制系统,能够保证小型四旋翼无人机六自由度受到复杂外部干扰时准确估计出外部干扰值,并实现无人机进行高精度轨迹跟踪控制,且轨迹跟踪精度与抗扰性能皆优于传统单一控制器构成的无人机控制系统.     

四旋翼无人机PDF控制系统设计和抗干扰分析

针对传统的PID控制方法在对四旋翼无人机进行控制时动态响应差,抗干扰能力低等局限性,不能够满足高精度要求的四旋翼无人机应用场合的问题。本文以四旋翼无人机的姿态控制为研究对象,通过采用基于伪微分反馈(PDF)控制策略来设计其飞行控制器,以提高动态响应性能和抗干扰能力。在对四旋翼无人机数学建模的基础上,将PDF控制策略引入到四旋翼姿态控制中,提出基于四旋翼无人机对象的PDF控制设计方法,并分别完成PID、PDF控制器的设计和动态仿真。通过对仿真结果比较、分析表明PDF控制与PID姿态控制器相比,系统超调量小,具有更好的鲁棒性和抗干扰能力。     

四旋翼无人机姿态系统的非线性容错控制设计

本文研究了四旋翼无人机执行器发生部分失效时的姿态控制问题.通过分析其动力学特性,将执行器故障以乘性因子加入系统模型,得到执行器故障情况下四旋翼无人机的姿态动力学模型.在同时存在未知外部扰动和执行器故障的情况下,设计了一种基于自适应滑模控制的容错控制器.利用基于Lyapunov的分析方法证明了所设计控制器的渐近稳定性.在四旋翼无人机实验平台上进行了实验,验证了该算法对存在未知外部扰动和执行器部分失效时四旋翼无人机的姿态控制具有较好的鲁棒性.