本技术实施例涉及无人机充电，尤其涉及一种巡检无人机无线充电的控制方法及系统。
背景技术：
1、众所周知，输电网作为电能传输的主要载体，其规模随着经济发展和电能需求急增日益扩大，形成了以特高压、超高压为主体的全国性输电网络。输电线路设备长期暴露在野外，受到持续机械张力、雷击闪络、材料老化、覆冰及人为因素的影响，产生倒塔、断股、磨损、腐蚀、舞动等现象，电力线路定期排查具有极为重要的现实意义。随着通信技术、计算机科学、无人系统技术的飞速发展和交叉渗透，无人机获得了前所未有的发展契机，通过装配红外成像仪、摄像头等检测装置，解决了人工巡检效率低下问题，突破了极端环境下人类的生理极限，为新型电力系统智能化、信息化发展，提供了有力的支持和补充。在实际应用中，无人机巡检飞行时间和航程受到电池续航能力的限制。如果通过增加电池容量提高续航时间则会增大功率消耗，无法从根本上解决巡检电能受限问题。通过无线充电技术，能够灵活、高效、及时地补充电能，使无人机能更好适应大范围电力巡检。在此背景下，面向电力巡检无线充电，研发无人机控制技术，提升工作效能，成为新的研究热点。
2、面向大范围复杂电力巡检环境，无人机面临着电磁干扰、环境干扰、风力干扰、未建模动态等因素，以非匹配形式，严重影响巡检设备正常运行和数据传输准确性，甚至造成系统失稳。为消除扰动作用，一些控制技术采用容许性方法，将扰动简化为范数有界不确定性，以此为约束条件，设计控制方法，使扰动影响满足性能指标，使得系统对其不敏感，或使其消极影响满足某种性能指标，缺乏扰动主动补偿能力。另外，面向无线充电机理，在巡检过程中，当无人机荷电状态(state of charge,soc)小于阈值时，需要从当前位置前往充电基站。此时，电能成为稀缺资源，现有控制方法仅仅设置较高的阈值，而未能考虑巡检过程中无线充电与无人机控制性能之间关系，在有限电量约束下，无法保证无人机在设定时间内到达充电基站内的有效充电距离，鲁棒性较差。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种巡检无人机无线充电的控制方法及系统，可以保证无人机在预设时间内进入充电基站的有效充电距离，具有较强的鲁棒性。
2、本技术实施例第一方面提供了一种巡检无人机无线充电的控制方法，包括：
3、当目标无人机电量达到充电阈值时，查询与所述目标无人机距离最近的目标基站；
4、获取所述目标基站的基站参数、所述目标无人机的无人机参数以及所述目标无人机与所述目标基站的目标距离；
5、根据所述无人机参数与预设的巡检功耗模型计算巡检功率，并根据所述基站参数与预设的无线充电模型计算充电功率；
6、根据所述目标无人机的当前电量、所述巡检功率和所述充电功率计算预设时间；
7、将当前的第一控制信息输入预设的扩张状态观测器，利用所述扩张状态观测器计算所述目标无人机的状态信息和扰动信息，所述扰动信息包括非匹配扰动；
8、将所述预设时间、所述状态信息与所述扰动信息输入预设的扰动抑制控制器，得到所述扰动抑制控制器输出的第二控制信息。
9、可选的，所述查询与所述目标无人机距离最近的目标基站之前，所述方法还包括：
10、建立无人机电力巡检动力学模型；
11、根据所述无人机电力巡检动力学模型设计扩张状态观测器。
12、可选的，所述建立无人机电力巡检动力学模型包括：
13、通过牛顿方程建立无人机平动动力学模型式；
14、通过欧拉方程建立无人机的旋转运动模型式；
15、对所述无人机平动动力学模型式执行线性化处理，得到无人机三轴加速表达式，其中，所述无人机三轴加速表达式包括非匹配扰动的信息；
16、在进行无人机控制过程中采用世界坐标系下欧拉角，生成无人机角速度和欧拉角之间的关系式。
17、可选的，所述根据无人机电力巡检动力学模型设计扩张状态观测器包括：
18、根据所述无人机平动动力学模型式生成等效式，所述等效式包括无人机位置状态变量和等效输入扰动；
19、根据所述等效式构造扩张状态观测器。
20、可选的，所述查询与所述目标无人机距离最近的目标基站之前，所述方法还包括：
21、针对电力巡检无人机无线充电过程，建立虚拟控制函数，其中，所述虚拟控制函数包括控制误差的信息；
22、定义混合障碍函数，使得所述控制误差保持在预设约束内。
23、可选的，所述根据所述无人机参数与预设的巡检功耗模型计算巡检功率包括：
24、从所述无人机参数中提取叶片功率、电感性负载功率、旋翼叶尖速度、旋翼平均诱导速度、机身阻力比、叶片角速度、空气密度、旋翼半径、无人机质量、旋翼盘面积、旋翼密度和机身等效面积；
25、通过将所述叶片功率、所述电感性负载功率、所述旋翼叶尖速度、所述旋翼平均诱导速度、所述机身阻力比、所述叶片角速度、所述空气密度、所述旋翼半径、所述无人机质量、所述旋翼盘面积、所述旋翼密度、所述机身等效面积输入预设的巡检功耗模型计算巡检功率。
26、可选的，所述根据所述基站参数与预设的无线充电模型计算充电功率包括：
27、从所述基站参数中获取基站发射功率、基站发射天线增益；
28、从所述无人机参数中获取无人机接收天线增益；
29、通过将所述基站发射功率、所述基站发射天线增益和所述无人机接收天线增益输入预设的无线充电模型计算充电功率。
30、本技术实施例第二方面提供了一种巡检无人机无线充电的控制装置，包括：
31、查询单元，用于当目标无人机电量达到充电阈值时，查询与所述目标无人机距离最近的目标基站；
32、获取单元，用于获取所述目标基站的基站参数、所述目标无人机的无人机参数以及所述目标无人机与所述目标基站的目标距离；
33、第一计算单元，用于根据所述无人机参数与预设的巡检功耗模型计算巡检功率，并根据所述基站参数与预设的无线充电模型计算充电功率；
34、第二计算单元，用于根据所述目标无人机的当前电量、所述巡检功率和所述充电功率计算预设时间；
35、第一输入单元，用于将当前的第一控制信息输入预设的扩张状态观测器，利用所述扩张状态观测器计算所述目标无人机的状态信息和扰动信息，所述扰动信息包括非匹配扰动；
36、第二输入单元，用于将所述预设时间、所述状态信息与所述扰动信息输入预设的扰动抑制控制器，得到所述扰动抑制控制器输出的第二控制信息。
37、可选的，所述系统还包括：
38、第一建立单元，用于建立无人机电力巡检动力学模型；
39、设计单元，用于根据所述无人机电力巡检动力学模型设计扩张状态观测器。
40、可选的，所述第一建立单元包括：
41、第一建立模块，用于通过牛顿方程建立无人机平动动力学模型式；
42、第二建立模块，用于通过欧拉方程建立无人机的旋转运动模型式；
43、线性化模块，用于对所述无人机平动动力学模型式执行线性化处理，得到无人机三轴加速表达式，其中，所述无人机三轴加速表达式包括非匹配扰动的信息；
44、第一生成模块，用于在进行无人机控制过程中采用世界坐标系下欧拉角，生成无人机角速度和欧拉角之间的关系式。
45、可选的，所述设计单元包括：
46、第二生成模块，用于根据所述无人机平动动力学模型式生成等效式，所述等效式包括无人机位置状态变量和等效输入扰动；
47、构造模块，用于根据所述等效式构造扩张状态观测器。
48、可选的，所述系统还包括：
49、第二建立单元，用于针对电力巡检无人机无线充电过程，建立虚拟控制函数，其中，所述虚拟控制函数包括控制误差的信息；
50、定义单元，用于定义混合障碍函数，使得所述控制误差保持在预设约束内。
51、可选的，所述获取单元包括：
52、第一获取模块，用于从所述无人机参数中提取叶片功率、电感性负载功率、旋翼叶尖速度、旋翼平均诱导速度、机身阻力比、叶片角速度、空气密度、旋翼半径、无人机质量、旋翼盘面积、旋翼密度和机身等效面积；
53、第一计算模块，用于通过将所述叶片功率、所述电感性负载功率、所述旋翼叶尖速度、所述旋翼平均诱导速度、所述机身阻力比、所述叶片角速度、所述空气密度、所述旋翼半径、所述无人机质量、所述旋翼盘面积、所述旋翼密度、所述机身等效面积输入预设的巡检功耗模型计算巡检功率。
54、可选的，所述获取单元包括：
55、第二获取模块，用于从所述基站参数中获取基站发射功率、基站发射天线增益；
56、第四获取模块，用于从所述无人机参数中获取无人机接收天线增益；
57、第二计算模块，用于通过将所述基站发射功率、所述基站发射天线增益和所述无人机接收天线增益输入预设的无线充电模型计算充电功率。
58、本技术实施例第三方面提供了一种巡检无人机无线充电的控制系统，包括：
59、处理器、存储器、输入输出单元以及总线；
60、所述处理器与所述存储器、所述输入输出单元以及所述总线相连；
61、所述存储器中保存有程序，所述处理器调用所述程序执行第一方面及第一方面任意一种可能的实施方式中的方法。
62、本技术实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时使得所述计算机执行第一方面及第一方面任意一种可能的实施方式中的方法。
63、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
64、本技术实施例提供的方法，利用扩张状态观测器，估计电力巡检过程中广泛存在的电磁、风力干扰、未建模动态等非匹配扰动。在大范围电力巡检中外部环境和内部动态实时变化的情况下，所设计的扰动抑制控制器仍能保证无人机系统的全时域预设时间收敛及扰动抑制性能，可以保证无人机在预设时间内进入充电基站的有效充电距离，具有较强的鲁棒性。
1.一种巡检无人机无线充电的控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述查询与所述目标无人机距离最近的目标基站之前，所述方法还包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立无人机电力巡检动力学模型包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据无人机电力巡检动力学模型设计扩张状态观测器包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述查询与所述目标无人机距离最近的目标基站之前，所述方法还包括：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述无人机参数与预设的巡检功耗模型计算巡检功率包括：
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述基站参数与预设的无线充电模型计算充电功率包括：
8.一种巡检无人机无线充电的控制系统，其特征在于，包括：
9.一种巡检无人机无线充电的控制系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上保存有程序，所述程序在计算机上执行时，使得所述计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
