［關(guān)鍵詞］線路巡檢；施工管理；模糊控制；四旋翼無人機

［中圖分類號］TP273 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0111–03

四旋翼無人機在低空飛行領域具有極大的靈活性和便捷的操作性，在電力建設領域具有廣闊前景。傳統(tǒng)的無人機抗干擾能力弱，文章基于無人機應用，提出了一種模糊控制系統(tǒng)，著重強化無人機抗干擾性能，提高無人機穩(wěn)定性和準確性。經(jīng)建模仿真表明，該系統(tǒng)具有更好的快速性、穩(wěn)定性，為提高送電工程應用提供研發(fā)參考方向。

1系統(tǒng)構(gòu)成

無人機系統(tǒng)主要以飛行控制系統(tǒng)、任務荷載系統(tǒng)與地面控制系統(tǒng)為主。文章主要研究其飛行控制系統(tǒng)，首先建立姿態(tài)坐標系gxyz（圖1）和定位坐標系oxyz（圖2），x軸正方向為航進方向。

四旋翼無人機在線路現(xiàn)場使用中主要是通過無人機攜帶的傳感器反饋出無人機的飛行姿態(tài)，再通過閉環(huán)反饋偏差控制調(diào)節(jié)旋翼的旋轉(zhuǎn)速度。傳統(tǒng)算法控制會使系統(tǒng)存在不同程度的晃動超調(diào)，文章結(jié)合送電線路飛行施工經(jīng)驗，搭建模糊自適應控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。通過軟件對比仿真角度對速度串級控制和模糊自適應PID控制兩種控制策略，文章根據(jù)實際應用，合理安排了控制系統(tǒng)的兩個閉環(huán)反饋，以減少超調(diào)量和反應時間。無人機飛行姿態(tài)控制流程如圖3所示。

2無人機系統(tǒng)建立及仿真

現(xiàn)在的線路施工和巡檢中，交叉跨越和臨近帶電體的案例層出不窮，在使用四旋翼無人機巡視時，臨近帶電線路飛行十分危險，輕則無人機損壞，重則造成線路停電事故，影響線路供電安全。故提高無人機反應時間和減小超調(diào)量是重中之重，以此為基礎搭建起無人機的飛行控制模型系統(tǒng)。

2.1仿真系統(tǒng)框架搭建

文章基于一線線路基建實際，提出并建立了串級模糊自適應控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)設計控制器以偏差變化率作為輸入量，PID參數(shù)作為控制器的輸出。通過對規(guī)則的自動閉環(huán)調(diào)整，來實現(xiàn)控制參數(shù)控制，讓控制參數(shù)更加接近于符合實際的整定值，以追求無人機的穩(wěn)定性和可靠性為目的，建立了無人機的飛行仿真模型。

根據(jù)線路基建現(xiàn)場實際應用，文章建立了串級模糊自適應無人機控制器系統(tǒng)模型，如圖4所示。該系統(tǒng)在基于實際應用的基礎上，在閉環(huán)參數(shù)反饋上實現(xiàn)了對外環(huán)角度、內(nèi)環(huán)角速度的精確控制，實現(xiàn)了對無人機飛行控制系統(tǒng)的自適應控制，解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的較大超調(diào)量和震蕩時間長的問題，增強了四旋翼無人機的穩(wěn)定性和操作性，提升了控制系統(tǒng)對帶電體的磁場抗干擾能力。

2.2模糊控制系統(tǒng)的設計

無人機飛行控制系統(tǒng)在實際使用中更加注重角度閉環(huán)反饋和角速度閉環(huán)反饋的偏差及其變化率，因此將其模糊規(guī)則設定為合適的7個規(guī)則。無人機飛行系統(tǒng)選用三角形隸屬函數(shù)作為模糊子集，規(guī)則根據(jù)在送電線路架設中實際無人機飛行經(jīng)驗所得，根據(jù)無人機在巡視和懸停時的需求方向，具體函數(shù)模糊控制器如圖5所示。

建立模糊規(guī)則是提高無人機在送電一線實際應用中穩(wěn)定性和可靠性的重中之重，本系統(tǒng)設計的反饋控制主要實現(xiàn)由系統(tǒng)輸入量的變化計算出輸出量的值并反饋至系統(tǒng)閉環(huán)，系統(tǒng)輸入偏差及其變化率控制曲面圖如圖6、圖7所示。

2.3Matlab仿真搭建

為了與無人機在線路基建實際應用相對應，仿真模型的搭建在FIS（模糊推理系統(tǒng)）編輯器中對角度器進行輸入編譯。根據(jù)建立的模糊自適應無人機控制系統(tǒng)中的角度、角速度控制參數(shù)，建立基于送電線路工程應用的Simulink仿真模型。

仿真結(jié)果表明，基于送電一線施工中使用經(jīng)驗建立起來的四旋翼無人機控制系統(tǒng)在抗干擾能力和反應速度上明顯優(yōu)于角度角速度串級PID控制，當然這個結(jié)果這僅限于仿真中，下一步將繼續(xù)研究無人機的嵌入式控制，進一步驗證算法的優(yōu)越性，來增強四旋翼無人機在線路施工和巡檢中的應用實踐。

3結(jié)束語

結(jié)合工作實際，針對線路施工和巡檢臨近帶電體的穩(wěn)定性和操作性欠佳的應用場景，提出了一種改進型模糊控制算法。仿真結(jié)果表明，模糊控制算法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制，極大提高無人機的穩(wěn)定和操作性，消除了使用無人機所帶來的安全隱患，提高了電網(wǎng)一線生產(chǎn)安全監(jiān)管和巡視水平，能夠進一步在現(xiàn)有基礎上開發(fā)出更多的應用場景，用于進行送電線路施工現(xiàn)場安全檢查、現(xiàn)場勘察及快速巡查基層電力設備狀態(tài)，不僅可以節(jié)約人力成本，還可以保障施工和人身安全。