基于Backstepping的六旋翼无人机自适应容错控制

1

作者 吴凯 杨艺 姚雪莲 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2024年第1期35-42,共8页

针对六旋翼无人机电机可能发生的不确定故障,江苏影响无人机飞行过程中的安全性,提出一种基于Backstepping的自适应执行器故障补偿方案,在其故障模式和故障时间未知情况下,采用自适应方法对故障模式与故障时间的未知参数进行估计,以实... 针对六旋翼无人机电机可能发生的不确定故障,江苏影响无人机飞行过程中的安全性,提出一种基于Backstepping的自适应执行器故障补偿方案,在其故障模式和故障时间未知情况下,采用自适应方法对故障模式与故障时间的未知参数进行估计,以实现对不确定执行器故障进行补偿。通过分析,在六旋翼无人机执行器发生未知故障的情况下,所设计的控制器能够实现闭环系统稳定和渐近输出跟踪的期望控制目标,仿真结果验证了该容错控制方法的有效性。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 执行器故障补偿 稳定性和跟踪性 自适应

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一种可倾斜六旋翼无人机容错控制方法

2

作者 徐雪松 涂平 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期136-144,共9页

常规六旋翼无人机在单个旋翼完全失效后,存在姿态与高度不完全可控的情况,此时采取降级控制策略会使无人机失去静态悬停能力.针对此问题,本文提出了一种可倾斜旋翼的容错控制方法,在经典旋翼结构布局的基础之上,将其中一个旋翼设计成可... 常规六旋翼无人机在单个旋翼完全失效后,存在姿态与高度不完全可控的情况,此时采取降级控制策略会使无人机失去静态悬停能力.针对此问题,本文提出了一种可倾斜旋翼的容错控制方法,在经典旋翼结构布局的基础之上,将其中一个旋翼设计成可倾斜结构,通过倾斜角度的改变与控制分配重构,无人机在任意单个旋翼完全失效后均能保持力与力矩的平衡.利用线性规划方法得到无人机的可达力矩集,同时对电机饱和度进行分析,确定了不同旋翼失效后的最优倾斜角.搭建飞行测试平台进行对比验证,实验结果表明,本文提出的方法具有良好的容错效果与鲁棒性,能够保证六旋翼无人机在故障后的稳定飞行与平稳降落. 展开更多

关键词 六旋翼无人机 容错控制 控制分配 力矩分析

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多通道双荷载六旋翼无人机动力输出优化控制

3

作者 陈雅菲 邓涛 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第20期8776-8782,共7页

六旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)动力系统受到电池功能以及应用环境动态变化等因素的影响,导致动力输出的稳定性不好,为了克服这一问题,提出基于多通道双荷载动态输出调整的六旋翼无人机动力系统设计和控制方法。首先分析六... 六旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)动力系统受到电池功能以及应用环境动态变化等因素的影响,导致动力输出的稳定性不好,为了克服这一问题,提出基于多通道双荷载动态输出调整的六旋翼无人机动力系统设计和控制方法。首先分析六旋翼无人机动力输入参数,以无人机电机电磁转矩、电机转速参数、输出功率损耗和效率等为优化变量,采用多线程动态相匹配和兼容性调制方法,建立无人机动力输出的多通道双荷载动态匹配和任务调度模型,并根据无人机组的任务覆盖半径实现动力的自适应寻优控制,降低额外输出开销,提高无人机生存时间周期。测试结果表明,所设计的无人机动力系统提高了搭载能力,能耗开销较小,动力输出的均衡性较好,提高了无人机的动力输出稳定性和飞行寿命。 展开更多

关键词 六旋翼无人机(six-rotor UAV) 多通道双荷载 动力输出 动态匹配

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六旋翼无人机单旋翼失效下的容错控制

4

作者 胡琴 段国强 《直升机技术》 2024年第1期27-33,共7页

六旋翼无人机是以六个电机为动力的飞行器。通过对六旋翼无人机的结构分析以及操纵策略的研究,完成对升力、三轴力矩四个控制量的控制律设计。对单旋翼卡死或完全失效的状态进行分析,提出故障解决方案。为保证单旋翼故障下的稳定结构,... 六旋翼无人机是以六个电机为动力的飞行器。通过对六旋翼无人机的结构分析以及操纵策略的研究,完成对升力、三轴力矩四个控制量的控制律设计。对单旋翼卡死或完全失效的状态进行分析,提出故障解决方案。为保证单旋翼故障下的稳定结构,在该旋翼停止工作的同时不再对其对角旋翼分配任务,将故障飞行器重构成一个对称的四旋翼结构;同时提出主动容错控制,计算出六旋翼正常工作情况以及各旋翼故障情况下的四种模型。列出了每种模型对应的分配矩阵,根据旋翼故障状态对分配矩阵以及系统模型进行实时切换,将无人机的升力重新分配构建,实现旋翼故障状态下的平稳飞行。最后给出数学模型,通过Matlab/simulink进行仿真验证,检验了算法的可靠性。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 双闭环控制结构 容错控制

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基于双目视觉的六旋翼无人机立体匹配算法 被引量：7

5

作者 陶重犇 乔荔 +2 位作者 孙云飞 李春光 戴欢 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1181-1187,共7页

针对六旋翼无人机双目视觉成像时,经双目融合后反馈的图像噪点过多,以及图像精度不够理想的问题,提出了一种在匹配过程中融入全局差错能量最小化的区域立体视觉匹配算法。由于视差的求解是立体匹配过程中最重要的环节,因此本文利用最小... 针对六旋翼无人机双目视觉成像时,经双目融合后反馈的图像噪点过多,以及图像精度不够理想的问题,提出了一种在匹配过程中融入全局差错能量最小化的区域立体视觉匹配算法。由于视差的求解是立体匹配过程中最重要的环节,因此本文利用最小化差错能量矩阵求解最优视差的原理。通过提高立体视觉的视差精度,从而减少视觉融合过程中因数据问题产生的噪声干扰,最终提高了对场景信息三维重构的准确度。通过分别在室内外的仿真实验与真实环境重构实验,验证了本文提出的基于双目视觉的六旋翼无人机立体匹配算法的有效性与可靠性。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 双目视觉 立体匹配 最优视差 三维重构

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基于六旋翼无人机搭载风速仪的典型建筑绕流实测 被引量：2

6

作者 李正农 张振 +4 位作者 蒲鸥 潘月月 黄斌 沈义俊 吴红华 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期151-160,共10页

基于无人机搭载风速仪对边界层内典型建筑的绕流风场风特性进行了实测研究,分析了平均风速、湍流度、脉动风速功率谱等风场风特性参数。分析结果表明:基于无人机实测拟合的建筑来流剖面粗糙度指数为0.2796,处于GB 50009-2012《建筑结构... 基于无人机搭载风速仪对边界层内典型建筑的绕流风场风特性进行了实测研究,分析了平均风速、湍流度、脉动风速功率谱等风场风特性参数。分析结果表明:基于无人机实测拟合的建筑来流剖面粗糙度指数为0.2796,处于GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中的C类地貌与D类地貌之间;来流处顺风向和横风向脉动风速功率谱与Karman谱较为吻合,横风向脉动风速功率谱峰值能量略高于经验谱。本次实测建筑高度为82.45 m,现场实测表明在60 m和80 m高度平面的绕流风场特性受建筑影响较为明显,受影响区域主要为建筑两侧靠近建筑的区域以及尾流中间段区域,这些区域测点的平均风速较之来流减小,顺风向和横风向湍流度较之来流增大;受建筑影响区域的顺风向和横风向脉动风速功率谱峰值具有向高频段移动的趋势;而在100 m、120 m高度的现场实测表明,这两个平面绕流风场特性受建筑影响较小。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 建筑绕流 风场特性 地面粗糙度 脉动风速功率谱

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基于六旋翼无人机搭载风速仪的边界层风剖面实测研究 被引量：10

7

作者 李正农 冯豪 +1 位作者 蒲鸥 沈义俊 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第8期121-132,共12页

对基于六旋翼无人机搭载风速仪进行边界层风场测量的可行性进行了研究,分析了实测得到的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度与功率谱密度等风场特性参数,并与测风塔上固定安装的风速仪测量结果进行比较。结果表明:基于... 对基于六旋翼无人机搭载风速仪进行边界层风场测量的可行性进行了研究,分析了实测得到的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度与功率谱密度等风场特性参数,并与测风塔上固定安装的风速仪测量结果进行比较。结果表明:基于无人机方法所测得的风速风向值经过修正后与测风塔实测值基本一致,两者误差在±3%以内;基于无人机方法所测风速拟合的风剖面精度较高,且与规范规定的B类地貌风剖面接近,其拟合计算的平均地面粗糙度为0.148;基于无人机方法所测得的各项脉动风特性参数与测风塔的实测值较为接近,两者误差控制在±5%以内;湍流度与阵风因子存在指数相关性;基于无人机方法所测得的脉动风速功率谱与测风塔所测脉动风速功率谱基本一致,且与Karman谱有较好的吻合。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 大气边界层 风剖面 地面粗糙度 湍流特性

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六旋翼无人机的控制分配 被引量：3

8

作者 王伟 管永康 《电光与控制》 北大核心 2018年第7期43-47,共5页

以六旋翼无人机为控制对象,针对经典控制分配方法在控制输入值过大时易出现电机转速指令值饱和的缺点,提出一种根据权重进行分配的改进方案。根据控制输入值的变化来实时更新权重系数以避免电机转速饱和。仿真结果表明所提分配方法能提... 以六旋翼无人机为控制对象,针对经典控制分配方法在控制输入值过大时易出现电机转速指令值饱和的缺点,提出一种根据权重进行分配的改进方案。根据控制输入值的变化来实时更新权重系数以避免电机转速饱和。仿真结果表明所提分配方法能提高分配的合理性,抑制各通道的耦合现象,能有效提高六旋翼无人机的抗饱和性,有助于改善无人机的飞行性能。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 输入饱和 权重控制分配

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一种有马达故障六旋翼无人机的滑模控制 被引量：3

9

作者 王伟 许鑫乐 《计算机仿真》 北大核心 2019年第5期67-72,共6页

将控制分配与参考模型滑模控制相结合提出一种容错控制方法。无人机在空中出现动力系统失效情况时(如电机卡死等),传统容错控制方法需要牺牲某一自由度达到一定控制效果,针对这一情况,提出优化的容错控制方法即不牺牲自由度的容错控制... 将控制分配与参考模型滑模控制相结合提出一种容错控制方法。无人机在空中出现动力系统失效情况时(如电机卡死等),传统容错控制方法需要牺牲某一自由度达到一定控制效果,针对这一情况,提出优化的容错控制方法即不牺牲自由度的容错控制。以具有特殊旋翼结构的六旋翼无人机作为实验平台,根据其飞行原理及动力学模型来设计控制器,并结合控制分配理论,实现所有自由度均可控的容错控制。最后,通过实际飞行实验来验证所设计的控制器的有效性。 展开更多

关键词 参考模型滑模控制 容错控制 控制分配 六旋翼无人机

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基于终端滑模的六旋翼无人机有限时间鲁棒控制 被引量：2

10

作者 李涛 《计算机应用与软件》 北大核心 2023年第4期329-335,共7页

为了提高六旋翼无人机在复合扰动下的控制效果,设计一种终端滑模鲁棒控制方法,能够在有限时间内实现稳定控制。建立六旋翼无人机的运动与姿态模型,在运动模型鲁棒控制律设计过程中,引入终端滑模来改善控制效果,并设计自适应律来补偿复... 为了提高六旋翼无人机在复合扰动下的控制效果,设计一种终端滑模鲁棒控制方法,能够在有限时间内实现稳定控制。建立六旋翼无人机的运动与姿态模型,在运动模型鲁棒控制律设计过程中,引入终端滑模来改善控制效果,并设计自适应律来补偿复合干扰;在姿态模型鲁棒控制律的设计过程中,提出终端滑模模糊系统来补偿复合干扰;在有限时间内实现了六旋翼无人机的全局渐进稳定。实验结果表明,提出的终端滑模有限时间鲁棒控制律与一般滑模控制方法相比,具有更优的稳定性、准确性和快速性,能够在0.1 s内实现全局鲁棒控制,位置和姿态的最大跟踪误差分别仅为0.1 m和0.3°,有效提升了六旋翼无人机的鲁棒性。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 复合干扰 终端滑模 自适应律 鲁棒控制

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变载荷下六旋翼无人机高度控制 被引量：7

11

作者 龙文 陈洋 +3 位作者 吴怀宇 程磊 陈鹏震 王正熙 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期1125-1130,共6页

六旋翼无人机应用于植保领域时通常需要定高飞行,单一机载微传感器无法长时间准确的跟踪六旋翼无人机的高度,且当负载发生变化时无人机的高度控制会出现不稳定现象。针对上述问题,本文采用了一种基于气压计和加速度计卡尔曼滤波融合的... 六旋翼无人机应用于植保领域时通常需要定高飞行,单一机载微传感器无法长时间准确的跟踪六旋翼无人机的高度,且当负载发生变化时无人机的高度控制会出现不稳定现象。针对上述问题,本文采用了一种基于气压计和加速度计卡尔曼滤波融合的高度测量系统,并设计了一个双闭环PID控制加前馈控制的高度控制器,最终获得了无人机飞行高度的精确估计与稳定控制。实验结果表明,经过卡尔曼滤波可以得到准确、平稳的高度值和速度值。提出的高度控制器在变载荷情况下也能很好的控制无人机的高度。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 变载荷 前馈控制 卡尔曼滤波

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六旋翼无人机在城市测量中的应用解析

12

作者 柳雄 《科技创新导报》 2019年第10期13-13,15,共2页

六旋翼无人机在城市测量中的应用,不仅为城市测量提供了便捷性,同时在很多方面保证了城市测量的准确性。文章首先分别介绍了六旋翼无人机的系统组成与功能特点,其次结合城市测量中的实际应用与测量技术分析,从而认识到六旋翼无人机对城... 六旋翼无人机在城市测量中的应用,不仅为城市测量提供了便捷性,同时在很多方面保证了城市测量的准确性。文章首先分别介绍了六旋翼无人机的系统组成与功能特点,其次结合城市测量中的实际应用与测量技术分析,从而认识到六旋翼无人机对城市测量的重要性,目的在于加大六旋翼无人机在城市测量中的应用,帮助其发挥真正测量价值。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 城市测量 无线传输 航迹设计

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一种ITAE六旋翼无人机双闭环串联-前馈PID姿态控制算法 被引量：7

13

作者 胡浩伟 赵庆展 +1 位作者 田文忠 马永建 《现代电子技术》 北大核心 2019年第10期97-101,107,共6页

针对传统比例积分微分(PID)控制算法在多旋翼姿态控制时因闭环零点所导致的系统超调量增加、反应速度降低的问题,以六旋翼无人机为研究平台,提出一种时间加权绝对误差值积分(ITAE)指标双闭环串联-前馈PID姿态控制算法。结果表明,在该算... 针对传统比例积分微分(PID)控制算法在多旋翼姿态控制时因闭环零点所导致的系统超调量增加、反应速度降低的问题,以六旋翼无人机为研究平台,提出一种时间加权绝对误差值积分(ITAE)指标双闭环串联-前馈PID姿态控制算法。结果表明,在该算法下系统的超调量σ可控制在2%以下,调节时间ts控制在0.5 s以内,可实现对六旋翼无人机高度、偏航角、仰俯角和滚转角的控制,可保证无人机系统的稳定性且使稳态误差接近于0。该算法有效解决了传统PID控制算法在进行姿态控制时存在的超调量大、调节时间长的问题,同时也解决了前馈滤波PID算法控制时出现的超调量降低、调节时间增加的问题,说明算法对六旋翼无人机具有较好的控制效果。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 时间加权绝对误差值积分 双闭环 PID控制算法 超调量 姿态控制

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匹配条件不满足的六旋翼无人机故障重构方法 被引量：3

14

作者 姜陶然 李涛 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2018年第14期1626-1633,共8页

针对六旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)系统,首先根据动力学原理建立存在执行机构故障的无人机状态空间模型,并考虑无人机在实际飞行过程中受到外界干扰的影响。为了实现执行器故障重构(估计),把故障作为未知输入,通过矩阵变... 针对六旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)系统,首先根据动力学原理建立存在执行机构故障的无人机状态空间模型,并考虑无人机在实际飞行过程中受到外界干扰的影响。为了实现执行器故障重构(估计),把故障作为未知输入,通过矩阵变换将其作为系统状态的一部分,将原系统转化为一个不显含故障的增维系统。针对增维系统,构造Luenberger观测器来重构系统状态和执行器故障。由于所建立的无人机状态空间模型不满足未知输入观测器匹配条件,不能对其直接设计未知输入观测器进行观测,因此提出一种辅助输出构造方法突破观测器匹配条件的限制。对于外界干扰的影响,采用的方法对其进行抑制。最后的数值仿真验证了方法的有效性。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 故障重构 未知输入 观测器匹配条件 辅助输出

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基于六旋翼无人机的踩踏事故预防及救援系统 被引量：1

15

作者 许自辉 饶肇敏 +2 位作者 张心驰 洪向共 王艳庆 《微型机与应用》 2017年第23期76-79,共4页

为弥补踩踏事故预防及救援过程中现场信息不全、穿越人群困难与信息沟通不畅等缺点,设计了一种基于六旋翼无人机的新型踩踏事故预防及救援系统。详细阐述了该系统的功能要求和整体设计,以及六旋翼无人机、图传/视频监控、RFID(射频识别... 为弥补踩踏事故预防及救援过程中现场信息不全、穿越人群困难与信息沟通不畅等缺点,设计了一种基于六旋翼无人机的新型踩踏事故预防及救援系统。详细阐述了该系统的功能要求和整体设计,以及六旋翼无人机、图传/视频监控、RFID(射频识别)和调频广播等主要子系统的设计及实现。最后利用研制的踩踏事故预防及救援系统开展了功能实验验证,实验结果表明,该系统可实现对聚集区域的高效自主巡逻、事故现场的实时高清监控、空中广播、警员实时调配及快速现场救援,满足踩踏事故预防及救援系统的功能要求。 展开更多

关键词 踩踏 预防 救援 六旋翼无人机 视频监控 RFID 调频广播

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基于自适应滑模的六旋翼无人机鲁棒容错控制 被引量：3

16

作者 姜陶然 华秀峰 李涛 《机械设计与制造工程》 2020年第2期15-20,共6页

对六旋翼无人机(UAV)飞行姿态的鲁棒容错控制问题进行了研究,提出了一种不依赖故障诊断模块的自适应滑模容错控制方法。建立了能描述无人机电机卡死和失效两种故障类型的数学模型,在自适应滑模控制器中设计自适应机制,可在线估计故障和... 对六旋翼无人机(UAV)飞行姿态的鲁棒容错控制问题进行了研究,提出了一种不依赖故障诊断模块的自适应滑模容错控制方法。建立了能描述无人机电机卡死和失效两种故障类型的数学模型,在自适应滑模控制器中设计自适应机制,可在线估计故障和干扰信息,不需要额外设计观测器;利用Lyapunov理论对容错系统的稳定性进行分析,并通过仿真实验验证了自适应滑模容错控制方法的有效性。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 电机故障 自适应滑模 容错控制

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基于PIDNN的六旋翼无人机飞行控制算法研究 被引量：5

17

作者 徐会丽 石明全 +2 位作者 张霞 王晓东 井光辉 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第12期25-27,共3页

针对六旋翼无人机比例—积分—微分(PID)控制器参数优化困难的问题,采用了PID神经网络(PIDNN)控制方法,利用其非线性映射和自学习的特性,实现了姿态控制参数的动态调整,增加了系统的自适应性。为验证方法的有效性,通过Matlab的Simulink... 针对六旋翼无人机比例—积分—微分(PID)控制器参数优化困难的问题,采用了PID神经网络(PIDNN)控制方法,利用其非线性映射和自学习的特性,实现了姿态控制参数的动态调整,增加了系统的自适应性。为验证方法的有效性,通过Matlab的Simulink模块构建了六旋翼无人机数学模型;利用S函数实现了基于反向传播(BP)算法的PIDNN控制器;将仿真结果与传统PID控制效果进行对比,结果表明:在缩短姿态调整时间与减少超调量方面,PIDNN方法控制效果优于PID方法。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 比例—积分—微分神经网络算法 姿态控制

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一种六旋翼无人机的多模型容错控制方法 被引量：2

18

作者 徐雪松 倪赟 吴仪政 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2022年第3期45-50,共6页

针对经典伪逆算法在处理无人机电机完全失效故障时容易出现电机转速分配超出硬件约束的问题,提出了一种迭代修正方案。在发生故障时利用伪逆算法对正常电机转速进行初步分配;对超出电机硬件约束的转速进行修正,通过多次迭代修正保证转... 针对经典伪逆算法在处理无人机电机完全失效故障时容易出现电机转速分配超出硬件约束的问题,提出了一种迭代修正方案。在发生故障时利用伪逆算法对正常电机转速进行初步分配;对超出电机硬件约束的转速进行修正,通过多次迭代修正保证转速分配的合理性。仿真结果表明,该方法能对正常电机转速进行合理分配,有效保证六旋翼无人机在发生完全失效故障时的稳定飞行和安全着陆。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 容错控制 迭代修正 伪逆分配

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六旋翼无人机红外测温在电力巡线中的应用研究 被引量：7

19

作者 阳一雄 梁照敏 徐晓峰 《科技风》 2015年第13期90-90,共1页

介绍了六旋翼无人机携带红外测温仪在输电线路检测的应用,对输电线路检测无死角,弥补了巡线人员手持红外设备无法全面检测输电线路,减少了巡线人员爬塔次数,提高了巡线人员的安全,降低了对输电线路检测的成本,以及弥补无人机携带可见光... 介绍了六旋翼无人机携带红外测温仪在输电线路检测的应用,对输电线路检测无死角,弥补了巡线人员手持红外设备无法全面检测输电线路,减少了巡线人员爬塔次数,提高了巡线人员的安全,降低了对输电线路检测的成本,以及弥补无人机携带可见光设备无法探测故障的缺陷的空白;重点阐述了六旋翼无人机携带红外测温仪在在输电线路检修的原理和操作方法。 展开更多

关键词 红外线测温仪 六旋翼无人机 输电线路 对比基础数据

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六旋翼无人机对输电线路日常巡检应用的研究 被引量：5

20

作者 石振江 徐晓峰 梁照敏 《科技风》 2015年第13期28-28,共1页

主要介绍了六旋翼无人机携带可见光设备在日常输电线路巡检的应用,建立巡检管理系统流程,使作业流程更加标准化、规范化、流程化。无人机携带可见光设备对输电线路进行影像采集,与无人机上的POS数据相结合,建立更新数据库和比对基础数... 主要介绍了六旋翼无人机携带可见光设备在日常输电线路巡检的应用,建立巡检管理系统流程,使作业流程更加标准化、规范化、流程化。无人机携带可见光设备对输电线路进行影像采集,与无人机上的POS数据相结合,建立更新数据库和比对基础数据库。及时发现各种设备缺陷和故障隐患,减少人工巡线劳动强度,提高工作人员的工作效率、延长设备寿命、减少电力故障事故,对于推进电力系统稳定安全运行有积极作用。 展开更多

关键词 六旋翼无人机 巡检管理系统 可见光设备 输电线路 对比基础数据

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