[發明專利]基于磁場感應控制的輸電線路巡線無人機

有效

• 申請號: 202010443630.1
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111580536B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 魏業文;解園琳;葉峰;方宏;姜恒;李梅;聶俊波;吳希韜
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.基于磁場感應控制的輸電線路巡線無人機，包括四旋翼飛行器(1)，其特征在于：

所述四旋翼飛行器(1)搭載有微型處理器(2)，所述微型處理器(2)分別連接無線通訊模塊(3)、運動處理傳感器(4)、磁傳感器(5)、攝像頭模塊(6)，攝像頭模塊(6)連接存儲模塊(7)；

所述無線通訊模塊(3)，用于將巡線過程中的圖像、視頻發送于地面監控端；

所述運動處理傳感器(4)，用于測量飛行姿態；

所述磁傳感器(5)，用于測量輸電導線附近疊加后的磁場；

所述攝像頭模塊(6)，用于采集巡線過程中的圖像、視頻；

所述存儲模塊(7)，用于存儲巡線過程中的圖像、視頻；

所述微型處理器(2)通過位置PID控制算法，對巡線飛行中的四旋翼飛行器(1)的位置作實時控制；微型處理器(2)通過磁傳感器(5)測量的磁場，測算出輸電線路磁場強度在三個互相垂直的坐標方向上的分量作為對四旋翼飛行器(1)實時位置PID控制的輸入量；

微型處理器(2)通過姿態PID控制算法，用以對四旋翼飛行器(1)飛行姿態的偏航角、俯仰角和橫滾角進行控制；

首先，利用磁傳感器(5)將輸電導線附近疊加后的磁場測出，微型處理器(2)將工頻磁場三維解算，得到：

其中，(x_a,y_a,z_a)是磁場模型中A點坐標，(x_b,y_b,z_b)是磁場模型中B點坐標，(x_c,y_c,z_c)是磁場模型中C點坐標；AB為模型中載流導線的長度,PA為空間中P點到A端的距離，PB為空間中P點到B端的距離；

利用畢奧-薩伐爾定理：

式中，R只是單位方向矢量，且dl＝rdθ/cosθ，r＝PT/cosθ，PT是P點到線路的垂線距離，得到：

的方向垂直于PAB平面；將式(1)中的各參數和的方向余弦用P，A，B的坐標參數表達，能夠計算出在三軸坐標方向的分量：

已知P，A，B點的坐標和AB所載的電流，求出P點的磁場強度磁場強度在三個互相垂直的坐標方向上的分量為：

根據疊加原理，得到導線周圍任意觀測點上的磁場時，每段導線在該點產生磁場的矢量和，進而便得到了磁場在各坐標方向上的分量為：

2.根據權利要求1所述基于磁場感應控制的輸電線路巡線無人機，其特征在于：將輸電線路磁場強度矢量在x軸和z軸的分量，作為期望量輸入，通過PID控制，x矢量分量通過角速度PID控制作用于四旋翼飛行器(1)的電機，z矢量分量通過加速度PID控制作用于四旋翼飛行器(1)的電機，并且將兩種輸入量控制采用并聯的形式，將控制量的輸出直接作用到四旋翼飛行器(1)的電機上；

對于y軸分量不做應用處理，而是直接通過四旋翼飛行器(1)的電機直接給y軸的一個角度，使之能向前飛行即可，即四旋翼飛行器(1)飛于輸電線路上方即可。