CN110687782B - 电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制方法 - Google Patents

电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制方法，代替常用的PID控制方法。对吊舱的从动稳态误差进行预测，在反馈闭环控制基础上增加一个前馈通路，将预测的误差加入到前馈通路中，从而在稳态误差产生之前就对其进行补偿，使吊舱角度从动控制的稳态性能大大提高，从而使吊舱瞄准线能稳定的对准杆塔。

Description

电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制 方法
技术领域
本发明属于自动控制技术，涉及一种电力自动巡线光电吊舱角度从动的稳态误差预测与前馈补偿控制方法。
背景技术
为了实现电力自动巡线吊舱较高的自动化巡线要实现吊舱对杆塔进行精确稳定的瞄准，需要实现这一点，需要实现吊舱对给定不停变化角度的快速精确角度从动，由于巡线中无人机的位置和姿态变化较快，而杆塔距离无人机距离又较近，对吊舱的角度从动控制要求较高。
目前国内外在吊舱中常使用的控制方法PID控制，在实际使用中发现稳态特性难以满足要求，采用一种稳态误差预测与前馈补偿控制方法使吊舱在出现稳态误差之前就对其进行预测，在角度反馈闭环控制基础上增加一个前馈通路在稳态误差产生之前就对角度稳态误差进行补偿，可以使吊舱角度从动控制的稳态性能得到大大提高，从而使吊舱瞄准线能精确的瞄准杆塔。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制方法。
技术方案
一种电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制方法，其特征在于在反馈闭环控制基础上增加一个前馈通路，步骤如下：
步骤1：给吊舱发送随时间均匀变化的一个方位从动角度给定值
Figure BDA0002196586440000011
Figure BDA0002196586440000012
其中，
Figure BDA0002196586440000021
为初始值，αTyaw为方位从动角度给定值的变化率；
测量此时吊舱实际方位角度和给定方位角度的偏差值为eTyaw，计算常数Kyaw：
Figure BDA0002196586440000022
计算方位角给定值的微分αyaw：
Figure BDA0002196586440000023
其中，θyaw(t)为时间t的方位角从动给定值，θyaw(t+Δt)为t+Δt时间的方位角给定值；
根据试验得出的Kyaw和αyaw，即可算出估算的方位稳态误差预测值eyaw：
eyaw＝Kyawαyaw
步骤2：给吊舱发送随时间均匀变化的一个俯仰从动角度给定值
Figure BDA0002196586440000024
Figure BDA0002196586440000025
其中，
Figure BDA0002196586440000026
为初始值，αTpitch为方位从动角度给定值的变化率；
测量此时吊舱实际俯仰角度和给定俯仰角度的偏差值为eTpitch，计算常数Kpitch：
Figure BDA0002196586440000027
计算俯仰角给定值的微分αpitch：
Figure BDA0002196586440000028
其中，θpitch(t)为时间t的俯仰角从动给定值，θpitch(t+Δt)为t+Δt时间的俯仰角给定值；
根据试验得出的Kpitch和αpitch，即可算出估算的俯仰稳态误差预测值epitch：
epitch＝Kpitchαpitch
步骤3：将计算出的方位稳态误差预测值eyaw和俯仰稳态误差预测值epitch加入到前馈通路中，将测量的角度误差值加上稳态误差预测值作为PD控制的输入，可以在稳态误差产生之前就对其进行补偿。
有益效果
本发明提出的一种电力自动巡线光电吊舱角度从动的稳态误差预测与前馈补偿控制方法，使用PD控制时从动变化角度时稳态误差和与给定的从动角度的微分具有相关性，由此对吊舱的从动稳态误差进行预测，在反馈闭环控制基础上增加一个前馈通路，将预测的误差加入到前馈通路中，从而在稳态误差产生之前就对其进行补偿，使吊舱角度从动控制的稳态性能大大提高，从而使吊舱瞄准线能稳定的对准杆塔。
附图说明
图1本发明电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制框图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
电力自动巡线光电吊舱在使用PD控制从动变化的角度时会产生一定的稳态误差，这个稳态误差的估算值正比与给定的角度的微分。通过试验测量在固定的给定的角度变化率下吊舱的稳态误差，从而算出稳态误差的估算值和给定的角度微分的比值。根据这个比值和角度从动给定的角度的微分，便可得出吊舱稳态误差的预测值。将计算出的稳态误差预测值加入前馈通路中。将测量的角度误差值加上稳态误差预测值再作为PD控制的输入，可以在稳态误差产生之前就对其进行补偿。从而减小稳态误差，实现对特定不停变化的角度的精确稳定角度从动，从而使吊舱瞄准线对准杆塔。
电力自动巡线光电吊舱在进行自动巡检时，需要使光电吊舱的瞄准线能稳定的对准杆塔。根据差分GPS测量出的光电吊舱的GPS经纬高、目标杆塔的GPS经纬高、光电吊舱内的姿态测量装置测得的姿态信息、吊舱的方位俯仰角，可以计算出需要使吊舱的瞄准线对准杆塔所需要的吊舱方位和俯仰角。由于无人机在飞行过程中位置和姿态不停的变化，吊舱的GPS和姿态也在快速变化，所以吊舱需要对准的方位俯仰角是在不停的变化。需要实现吊舱对计算出的这个特定不停变化的角度的精确稳定角度从动，这对吊舱的角度从动控制特性要求较高，尤其是稳态特性，采用传统的PID控制难以满足要求。可以对稳态误差进行预测，将预测的稳态误差加入到前馈控制回路上，在此基础上再加上PD控制，则可以得到较好的稳态和动态控制性能。
eyaw＝Kyawαyaw
epitch＝Kpitchαpitch
在只使用PD控制情况下，吊舱在从动时会产生一定的稳态误差，这个稳态误差在吊舱角度从动的目标方位俯仰角变化速度越快时越大，在角度从动的目标方位俯仰角变化速度越慢时越小，即吊舱角度从动的稳态误差估算值正比与给定的角度的微分。
其中epitch eyaw为方位和俯仰的稳态误差估算值，αpitchαyaw为给定的角度的微分，Kpitch Kyaw为常数。
需要通过试验的手段测出Kpitch Kyaw的值。
给吊舱发送随时间均匀变化的一个方位从动角度给定值
Figure BDA0002196586440000045
Figure BDA0002196586440000041
其中
Figure BDA0002196586440000042
为初始值，αTyaw为方位从动角度给定值的变化率。
测量此时吊舱实际方位角度和给定方位角度的偏差值为eTyaw，则有
Figure BDA0002196586440000043
得出Kyaw的值，同理可以算出Kpitch的值；
在实际使用中，时间t的方位角从动给定值为θyaw(t)，t+Δt时间的方位角给定值为θyaw(t+Δt)，可以计算出方位角给定值的微分αyaw。
Figure BDA0002196586440000044
根据试验得出的Kyaw和αyaw即可算出估算的方位稳态误差值eyaw：
eyaw＝Kyawαyaw
同理可以算出俯仰稳态误差预测值epitch。
将计算出的方位稳态误差预测值和俯仰稳态误差预测值加入到前馈通路中，将测量的角度误差值加上稳态误差预测值作为PD控制的输入，可以在稳态误差产生之前就对其进行补偿。在实际试验中使用前馈控制加上PD控制，稳态性能较PID控制的效果要好。可以实现对特定不停变化的角度的精确稳定角度从动，从而使吊舱瞄准线对准杆塔。
本方法相比传统的PID控制方法，可以在稳态误差产生之前就对其进行预测补偿，使吊舱角度从动的稳态性能得到大大提高，从而使吊舱瞄准线能精确稳定的瞄准杆塔。

Claims (1)

1.一种电力自动巡线吊舱角度从动稳态误差预测与前馈补偿控制方法，其特征在于在反馈闭环控制基础上增加一个前馈通路，步骤如下：
步骤1：给吊舱发送随时间均匀变化的一个方位从动角度给定值
Figure FDA0002196586430000011
Figure FDA0002196586430000012
其中，
Figure FDA0002196586430000013
为初始值，αTyaw为方位从动角度给定值的变化率；
测量此时吊舱实际方位角度和给定方位角度的偏差值为eTyaw，计算常数Kyaw：
Figure FDA0002196586430000014
计算方位角给定值的微分αyaw：
Figure FDA0002196586430000015
其中，θyaw(t)为时间t的方位角从动给定值，θyaw(t+Δt)为t+Δt时间的方位角给定值；
根据试验得出的Kyaw和αyaw，即可算出估算的方位稳态误差预测值eyaw：
eyaw＝Kyawαyaw
步骤2：给吊舱发送随时间均匀变化的一个俯仰从动角度给定值
Figure FDA0002196586430000016
Figure FDA0002196586430000017
其中，
Figure FDA0002196586430000018
为初始值，αTpitch为方位从动角度给定值的变化率；
测量此时吊舱实际俯仰角度和给定俯仰角度的偏差值为eTpitch，计算常数Kpitch：
Figure FDA0002196586430000019
计算俯仰角给定值的微分αpitch：
Figure FDA00021965864300000110
其中，θpitch(t)为时间t的俯仰角从动给定值，θpitch(t+Δt)为t+Δt时间的俯仰角给定值；
根据试验得出的Kpitch和αpitch，即可算出估算的俯仰稳态误差预测值epitch：
epitch＝Kpitchαpitch
步骤3：将计算出的方位稳态误差预测值eyaw和俯仰稳态误差预测值epitch加入到前馈通路中，将测量的角度误差值加上稳态误差预测值作为PD控制的输入，可以在稳态误差产生之前就对其进行补偿。
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