隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電力施工中用機械代替人工，且由機械化向自動化智能化轉(zhuǎn)變是發(fā)展的趨勢。在電力架線施工中使用無人機展放牽引繩，方便快捷。隨著無人機施工水平不斷地提高，出現(xiàn)了各種新的技術(shù)方案，消除了安全風(fēng)險， 施工效率和經(jīng)濟效益越來越高 ;特別是線路走廊長、地形復(fù)雜、地勢險要的地區(qū)，例如在農(nóng)田，果園等經(jīng)濟作物生長區(qū)， 通航的河道，復(fù)雜的交通，跨越山區(qū)與峽谷使用無人機展放牽引繩線擔(dān)當(dāng)“電力放線工”，替代人工進(jìn)行展放牽引繩施工作業(yè)，效果更加顯著。

無人機展放牽引繩方案是由無人機帶動一根特制的牽引繩投送到放線區(qū)段的各級桿塔橫擔(dān)上，再利用牽張機緩慢牽引二級引繩，在整區(qū)段牽引繩全部放通后，再利用二級牽引繩牽引三級引繩帶動導(dǎo)線，完成導(dǎo)線的展放施工。

我們使用的無人機架線所搭載的引導(dǎo)繩長度在 1.8km 范圍內(nèi)，放線長度有限，放線輪放線的速度隨著飛行速度的加快放線速度也會加快，由于慣性原因當(dāng)飛機速度減慢時放線輪速度仍在加快，導(dǎo)致放線過長，如果在山林中架線，放線過長很可能會掛在樹上，危險系數(shù)過高，當(dāng)飛機放線到一定長度時，想要斷線還需要人工斷線，飛行過程全程只能用遙控器控制，不能自動飛行，設(shè)計不人性化。為了提高架線效率，消除架線過程中的不確定因素造成的安全隱患，使架線更加的自動化，智能化，我們在架線機的架線掛載上增加阻尼控制功能和自動斷線功能，提升了飛機的掛載重量，放線長度更大，給飛機增加航線規(guī)劃功能，放線效率提升了很多。

1 施工工具

1.1 無人機

采用深圳市科比特航空科技有限公司的 X6-P 六旋翼無人機。

其機型采用的是六旋翼X6-P，機身材質(zhì)為碳纖維復(fù)合材料，該材質(zhì)含有 90% 的碳成分，并且經(jīng)過長期高溫?zé)崽幚恚?具有良好的耐摩擦、耐高溫特性。當(dāng)上升海拔 4000m 時，能夠凸顯低熱膨脹性能，一般無人機在升至此高度時，受到外層大氣壓力的擠壓，極易出現(xiàn)變形。但是這種碳纖維材質(zhì)組成的無人機，在高海拔高度上會產(chǎn)生及其微小的變形。另外

在機身重量和最大起飛重量方面，也有卓越的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在穩(wěn)定性，一般無人機的機身重量為 3kg，最大續(xù)航時間20min，而這種無人機在重量和續(xù)航時間上，明顯高于其他無人機。最后便是在工作溫度上的界定范圍，一般無人機使用環(huán)境為戶外正常溫度，當(dāng)達(dá)到較高溫度時，會對機身和續(xù)航能力產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。但是這種無人機不會因為外界溫度的環(huán)境受到影響，所受溫度為 -10℃ ~60℃，能夠在極大程度上承受外界溫度的波動變化。

1.2 阻尼器 MTN-04

線輪安放在飛機端，隨著飛機的飛行速度加快，線輪的放線速度也加快。操作中，有時飛機速度需要放緩，但由于慣性原因，而放線輪的速度還在增加，造成放線速度與飛機的飛行速度嚴(yán)重不匹配，造成多余長度的線放出來，牽引線有可能掛載樹上，落在水中或其他影響正常放線的操作。為了解決這種非正常情況的發(fā)生，我們在放線輪出口端附近安裝了磁阻尼器 MTN-04，通過飛控通道給出的命令，應(yīng)用 PID 程序控制，讓 MTN-04 提供適當(dāng)?shù)倪\動阻力，使放線速度與飛機的飛行速度相匹配，防止過多的線放出來，影響飛機飛行的安全。

MTN-04 磁阻尼器是以磁場為媒介傳遞恒定扭力的裝置。轉(zhuǎn)動部件均以質(zhì)輕堅固的材料精密加工而成，轉(zhuǎn)動慣量極小。張力輸出膠輪以彈性軟膠制成，不傷線。金屬部件均經(jīng)防銹處理，耐蝕性能優(yōu)良。阻尼器輸出和本體之間通過磁性副連接，在輸出軸上提供穩(wěn)定的制動扭矩?？梢灶A(yù)設(shè)并精

確控制張力，張力穩(wěn)定可靠，安裝結(jié)構(gòu)簡單，張力大小調(diào)節(jié)方便。MTN-04 結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，體積小巧，可在各種位置穩(wěn)定工作。阻尼器可在放線時產(chǎn)生可調(diào)性張力，使放線時帶適宜的張力，從而使放線輪的放線速度與無人機飛行速度相適應(yīng)，保證了工程施工平穩(wěn)進(jìn)行。

MTN-04 的特點 ：

（1） 具有穩(wěn)定的扭矩，不受到轉(zhuǎn)差的影響，靜止時和轉(zhuǎn)動時扭矩不變。因此，從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速，扭矩始終恒定，不受時間、溫度、速度或其他條件的影響。

（2） 通過有刻度的轉(zhuǎn)盤進(jìn)行張力的設(shè)定，重復(fù)性好，可以在最大與最小之間連續(xù)調(diào)整，得到最優(yōu)化的張力來滿足需要。

（3）安裝簡單，無須監(jiān)護外加控制器。

（4） 從靜態(tài)到動態(tài)張力無突變，運轉(zhuǎn)時能提供恒定張力，停車時可保持張力。

（5） 可作為離合器使用，本體和輸出軸皆可作為輸入和輸出端。當(dāng)負(fù)載過大時，產(chǎn)生滑差打滑，保護整機。

（6） 在調(diào)節(jié)盤上加一個微型步進(jìn)電機可實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)與控制。

施工中將阻尼器連接飛控通道 7，可遠(yuǎn)程控制阻尼器阻尼力的大小。

圖1 放線器與阻尼器的結(jié)構(gòu)圖

1.3 斷線器

普通架線機在架線時放到一定長度后需要人工斷線，操作麻煩復(fù)雜，如果引線掛在樹上，又不能及時斷線，那么很有可能造成飛機失事，造成財產(chǎn)損失，人員受傷，還要賠付青苗費用，為解決這系列安全問題我們研發(fā)了一款遠(yuǎn)程斷線器。

斷線器由 USB 充電打火機的電熱絲發(fā)熱片作為點火發(fā)熱源，MOS 管形成控制開關(guān)組成，開關(guān)的通斷控制連接至飛控，通過通道 8 遠(yuǎn)程控制，也可手動控制。

斷線器特點 ：

（1） 遠(yuǎn)程點火，觸發(fā)點火后升溫很快，溫度夠高，在很短的時間內(nèi)即可熔斷引導(dǎo)線。

（2） 穩(wěn)定性高，可反復(fù)使用，可以在遠(yuǎn)程地面站上面控制斷線，也可以使用遙控器斷線，支持自動斷線和緊急情況下手動斷線器斷線。

使用組成斷線系統(tǒng)，飛控通過通道 8 控制斷線器的開啟與關(guān)閉，當(dāng)接收到飛控控制信號時，發(fā)熱片發(fā)熱，將線熔斷， 達(dá)到斷線效果。

1.4 專業(yè)地面站

采用工業(yè)級三防地面端控制站，采用專業(yè)的地面控制軟件，作業(yè)航線規(guī)劃，航點自動斷線，超長距離控制。

2 阻尼器的智能控制

當(dāng)無人機在空中的飛行速度變緩時，放線輪由于慣性的作用還在加快，為了不出現(xiàn)牽引線過長的情況，要對放線端進(jìn)行阻尼控制，通過飛控通道 7 輸出信號來調(diào)節(jié)阻尼器的張力大小來控制放線的長度。利用 PWM 調(diào)制技術(shù)，對阻尼器實行 PID 控制。

隨著控制理論和技術(shù)的日趨完善和成熟，各種先進(jìn)的控制方法不斷出現(xiàn)，但目前 PID 控制仍然是最常用的控制方案。PID 控制具有直觀、實現(xiàn)簡單和魯棒性好等優(yōu)點。但在 PID 控制中，一個關(guān)鍵的問題就是 PID 參數(shù)整定，傳統(tǒng)的方法是在獲取控制對象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)某一整定原則來確定PID 參數(shù)。然而現(xiàn)在系統(tǒng)面臨難于建立精確的數(shù)學(xué)模型的問題，而且模型參數(shù)隨著飛行工作狀況的改變而改變，參數(shù)整定難度極大。

近年來已提出了多種自校正 PID 調(diào)節(jié)方法，但由于自適應(yīng)控制是在被控對象為線性對象的前提下進(jìn)行研究的，我們面對的系統(tǒng)是非線性、時變系統(tǒng)，校正后仍存在不盡人意之處。為此將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到 PID 控制參數(shù)整定，無疑是一個新的著眼點。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、并行處理及較強的容錯能力，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于 PID 控制過程，使控制更加智能，在線調(diào)整 PID 參數(shù)，使被控系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力和魯棒性。

本系統(tǒng)采用增量式數(shù)字 PID 控制，以飛行器的實時速度的變化量作為輸入，而控制阻尼器的轉(zhuǎn)動變化量作為輸出， 對阻尼器進(jìn)行張力的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。系統(tǒng)中采用的算法是單神經(jīng)元自適應(yīng)算法，在算法中，有 3 個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加權(quán)系數(shù)，分別對應(yīng) PID 控制器參數(shù)，通過對加權(quán)系數(shù)即對 PID 控制器控制參數(shù) K，、K，、K。的調(diào)整來實現(xiàn)自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能。加權(quán)系數(shù)的調(diào)整可以采用不同的學(xué)習(xí)規(guī)則，從而構(gòu)成不同的控制算法。這里在單神經(jīng)元控制器中引入輸出誤差二次型性能。

責(zé)任編輯：gt