【摘 要】
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树障严重危害着电力线路系统的安全运行,吊挂刀锯树障清理空中机器人(Tree Barrier Cleaning Aerial Robot with Suspended Saws,TBCARSS)能够使用吊挂刀锯对横向生长的树障进行切割清理。本文针对吊挂刀锯树障清理空中机器人的飞行控制技术开展研究。首先,使用三维软件对TBCARSS进行结构设计,分析空中机器人飞行与作业原理,采用牛顿欧拉方程和拉格朗日
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树障严重危害着电力线路系统的安全运行，吊挂刀锯树障清理空中机器人（Tree Barrier Cleaning Aerial Robot with Suspended Saws, TBCARSS）能够使用吊挂刀锯对横向生长的树障进行切割清理。本文针对吊挂刀锯树障清理空中机器人的飞行控制技术开展研究。
首先，使用三维软件对TBCARSS进行结构设计，分析空中机器人飞行与作业原理，采用牛顿欧拉方程和拉格朗日建模法进行运动学与动力学建模；在此基础上，对TBCARSS树障清理工作中受到的扰动进行分析，建立扰动模型。
其次，研究了基于自抗扰控制技术的TBCARSS飞行控制方法。探讨自抗扰控制技术的参数调节规律；引入虚拟控制量实现TBCARSS位置、姿态各通道间的解耦，在此基础上设计出自抗扰姿态与位置控制器；采用线性状态反馈方法进行摆角控制器设计，将控制结果补偿到位置控制器中，实现刀锯摆角控制；设计仿真试验，验证了控制器的有效性。
然后，研究了基于滑模自抗扰控制技术的TBCARSS位姿控制方法。采用滑模变结构控制方法重新设计自抗扰姿态控制器的状态误差反馈律环节，得到滑模自抗扰姿态控制器，进一步提升系统的快速性；探讨空中机器人位置与刀锯摆角耦合的问题，提出分层滑模控制与自抗扰控制的结合策略，并给出了控制器设计方法与稳定性证明，设计出分层滑模自抗扰位置-摆角综合控制器；进行仿真试验，对比了本方法与自抗扰控制方法的控制效果。
最后，设计了TBCARSS的可视化联合仿真方案。在物理仿真软件V-rep中搭建TBCARSS本体模型、环境模型并编写控制器脚本；设计V-rep与Simulink的通讯方案，编写V-rep端与MATLAB端控制脚本，实现控制器与仿真模型的同步阻塞通信。
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