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四旋翼飞行器结构上属于多旋翼小型无人飞行器的一种,与传统的无人机相比,四旋翼飞行器具有承载力强,机动灵活,耗能小效率高等优点,适合用于近距离进行电力线巡检,可以携带航拍及绝缘子阻值检测设备,同时与人工巡检相比具有安全性高、劳动强度低的优点,因此在电力线自动巡检中有良好的应用前景。 本文针对电力线巡检中野外环境复杂的特点,设计斜面起飞控制系统,对混杂控制系统进行了研究,构建出针对斜面起飞分状态分层次的混杂控制系统,并通过计算机仿真加以验证此混杂系统可以实现飞行器任意方向任意角度斜面起飞问题。 首先,分析了四旋翼飞行器的物理结构特点和飞行运动方式,建立了六自由度动力学模型,利用牛顿和欧拉方程推导出非线性运动方程。 其次,根据四旋翼飞行器运动学模型的特点,引入了平面起飞控制系统。了解各种四旋翼飞行器常用起飞控制规律,进行控制结构模型的搭建,并且深入研究分析了四旋翼飞行器自身仿真模块,实验结果表明具有良好的控制效果。 然后,引入了光流法概念及测量物体运动原理,通过二维传感器测量三维物体的运动,通过图像灰度值的变化确定飞行器运动方向及速度的改变。针对现有的光流传感器精度不高,设计完成了实验环境中精度更高的光流传感器。 最后设计利用混杂控制系统实现了斜面起飞控制系统。首先引入了斜面起飞控制算法。针对起飞斜面倾角的不同,将整个起飞过程划分为两个阶段:起飞阶段和悬停阶段。接着介绍了混杂控制系统的概念,分析了有限状态机数学模型建立。通过研究四旋翼飞行器斜面起飞算法及控制特点,搭建了起飞阶段和悬停阶段混杂模型。最后综合形成了整个斜面起飞阶段混杂控制系统。实验结果表明这种混杂控制系统可以有效实现飞行器斜面起飞功能。