农业植保多旋翼无人机飞行控制系统设计

【目的】为了确保农业植保无人机能够在合适的位置喷洒农药,提高控制精度、作业效率并降低成本,有必要对多旋翼无人机的飞行控制系统进行优化设计。【方法】本研究团队以STM32F428IGT6芯片为核心,设计了农业植保多旋翼无人机飞行控制系统。首先概述了无人机飞行控制系统的整体架构,该飞控系统由主控系统、惯性测量单元、喷洒系统、空速测量系统等构成。其次,详细分析了无人机飞行控制系统的电源供电系统设计、通信设计、传感器选择、喷洒系统设计等硬件设计。最后,阐述了无人机飞行控制系统的算法设计,主要包括无人机姿态解算和PID控制算法,并介绍了该系统应用优势。【结果】该系统各模块之间执行SPI和CAN总线协议,可以将传感器实时采集的高度、速度、偏航角等参数传输到主控系统中,利用MCU芯片完成参数的分析处理,在此基础上发出新的调控指令,让多旋翼无人机沿着既定航线飞行,在到达特定位置后启动喷洒系统并完成喷药作业。【结论】该系统能让无人机在合适位置喷洒农药,达到远程控制、自动作业的效果,提高了植保作业效率,有利于促进现代农业机械化高质量发展。     

倾转三旋翼垂直起降无人机悬停姿态控制

针对一种倾转三旋翼垂直起降(VTOL)飞行器在悬停状态下的姿态控制问题,设计了一种基于STM32系列微控制器的飞行控制系统。采用十轴组合惯性导航模块实时采集载机平台姿态信息,并结合基于四元数的互补滤波算法进行姿态信息解算。针对无人机姿态控制实时性和精度要求高的特点,采用串级PID控制算法对载机进行悬停状态下的姿态控制。实验结果表明:串级PID控制算法在悬停状态下能够对倾转三旋翼垂直起降飞行器进行快速、稳定、准确的姿态控制,并具有一定的鲁棒性。在横滚角的内环采用PD控制(Kp为8.371,Kd为3.015),外环采用PD控制(Kp为5.1,Kd为1.15);俯仰角的内环采用PD控制(Kp为3.137,Kd为1.6),外环采用PID控制(Kp为3.43,Ki为0.003,Kd为3.97);偏航角采用PI控制(Kp为9.30,Ki为0.11)时,其悬停状态下具有最优姿态控制效果。研究结果对倾转三旋翼垂直起降飞行器飞行控制的后续研究具有指导作用。     

直线型植保无人机航姿UKF两级估计算法

针对直线型植保无人机航姿测量受磁场干扰严重、磁力计校准动态性能差、航姿估计精度低等问题,提出了一种基于磁力计实时校准的无人机航姿两级解算方法。依据地磁场矢量变化小的特点,利用列文伯格-马夸特（Levenberg-Marquardt,LM）算法和磁力计误差模型,建立磁力计实时校准模型,实时计算磁力计误差参数。考虑运动加速度、电机磁场以及环境磁场干扰,采用无迹卡尔曼滤波器（Unscented Kalman filter,UKF）融合陀螺仪和加速度计实现一级航姿估计,通过四元数精准解析出横滚角和俯仰角姿态信息;然后融合磁力计实时校准数据和陀螺仪修正航向角完成二级航姿估计,最终实现无人机姿态和航向的精准估计。试验结果表明,在外部磁场干扰高达30.97μT时,实时校准算法仍可快速计算出磁力计校准参数,模长均方根误差为0.59μT,减小了航向观测信息噪声。本文的航姿测量系统姿态角均方根误差不大于0.75°,航向角均方根误差为1.40°,较互补滤波算法,姿态角精度提高约0.6%,航向角估计精度提高1.38°;动态飞行试验中,姿态估计算法大幅减弱了磁干扰影响,航姿跟踪准确,航向角快速收敛,稳态精度更高。     

自主无人机在农业施肥与除虫害的应用

针对我国传统的人工农药喷洒方式存在效率低下、环境污染等问题,对一种小型四旋翼无人机飞行器的喷洒控制系统进行研究。控制系统硬件设计采用STM32单片机作为主控芯片,姿态测量传感器采用高精度电子陀螺仪、磁力计、气压计。软件设计方面,将各个传感器采集到的数据通过算法进行数据融合,获取无人机实时姿态,实现对飞行器姿态的识别和控制。算法设计方面使用卡尔曼滤波算法、PID控制算法。该系统能够很好地识别和控制无人机的姿态,准确灵敏地按照操作人员的指示作业,满足低空喷洒农药的需求。     

移动目标位姿同步跟踪技术研究

以农业车辆或者采矿装备等移动目标为对象,以实现移动目标在未知环境中自主运动为目的,进行了基于三轴加速度和陀螺仪的移动目标位姿同步跟踪研究。首先建立移动目标运动学模型,探寻姿态角与位置解算的耦合规律,利用加速度和角加速度进行位姿导航参数计算,并在搭建的定位原型系统上对所提定位定姿算法进行验证。实验结果表明,静态测试时横滚角φ、俯仰角β及偏航角θ的误差分别为0.33°、0.26°和0.38°,动态测试时姿态角跟踪误差分别为1.01°、0.64°和0.83°;静态测试时三维加速度下的平均位置误差分别为0.76、0.52和0.56 m,利用零速校正消除了运行时的累计误差,能够对移动目标运动轨迹进行有效跟踪。     

四旋翼飞行器姿态解算研究及最优化设计

小型四旋翼飞行器在民用与军事等各个领域具有广泛应用,是当前研究的热点之一。四旋翼稳定与可靠飞行的前提必须依靠迅速和精确的姿态角数据解算。因为姿态角解算精确程度直接影响着四旋翼飞行器在飞行过程中的灵活性、稳定性、抗干扰性,所以对姿态角解算方法的研究具有重大意义。     

基于无迹卡尔曼滤波的农用无人机定位研究

为提高农用无人机在作业时的定位精度,提出应用全球定位系统及惯性导航系统信息融合的方法实现无人机位姿状态的建模,得到导航系统测量信号与无人机状态间的非线性微分方程。对于系统中存在的非线性状态估计问题,创新性的提出采用适合于非线性系统的无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman Filter,UKF)进行处理,实现对基于多传感器信息融合的无人机姿态(翻滚角、俯仰角、偏航角)、速度和位置的准确而稳定的估计。现场试验采用改造升级后的极飞科技P10 2018植保无人机,配备改造升级后的机载电子和传感器系统。试验结果表明,与常见的扩展卡尔曼滤波器相比,UKF与多传感信息融合技术结合可实现对无人机位置信息(欧拉角)的高精度估计,其翻滚角、俯仰角和偏航角误差估算准确度分别提高30.3%、45.8%、70.2%,绝对值最大为0.57°。     

基于视觉标志检测的旋翼无人机姿态估计方法

为了使旋翼无人机快速、精确、自主降落到地面着陆平台,提出一种基于视觉标志检测的无人机姿态估计方法。首先,利用标准直升机停机坪的几何特征,采用标志五步提取算法从机载摄像头采集的图像中获取视觉标志;为了满足无人机自主着陆过程的快速性和实时性,提出一种基于距离三点法的角点检测算法,得到H形标志的12个角点;然后,通过对角点分类、编号,并与参考图像中的对应角点进行匹配,解算出包含相对姿态信息的单应矩阵;最后,应用直接线性变换(Direct linear transformation,DLT)分解单应矩阵得到无人机的姿态角,并依据相机成像的相似三角形原理计算出无人机相对于视觉标志的位置,解决了单目相机尺度不确定性问题。通过实验平台模拟无人机不同飞行状态下的姿态并进行估计,对提出算法的实时性和准确性进行了实验验证。实验结果表明:本文算法的平均执行时间为307. 2 ms,位置估计的最大均方根误差为0. 006 2 m,姿态角估计的最大均方根误差为0. 313°,满足无人机自主着陆的准确性和实时性要求。     

农业机械导航系统中MEMS加速度计的标定及应用

MEMS三轴加速度计价格低廉但误差很大,因此在农业机械导航系统应用中需要对其进行测试和标定,以减少系统误差。为此,从工程应用实际出发,根据MEMS三轴加速度计的数学模型设计了加速度计的标定实验。通过静态情况下实验数据分析验证可知,经过标定后的加速度计输出值误差减小了1个数量级。同时还对MEMS加速度计多个位置测试的输出数据进行验证分析,实验证明:由MEMS加速度计输出值解算出的翻滚角和俯仰角的最大误差从校正前的约4.1°减小到校正后的约0.5°,可为后续精确的姿态角解算和导航应用奠定基础。     

电动单旋翼植保无人机性能试验

植保无人机近年来在我国得到迅速发展,在病虫害防治中发挥越来越重要的作用,而其性能好坏决定喷洒质量和防治效果。本文针对新开发的CE-20型电动单旋翼植保无人机的性能特点,结合新颁布的标准和相关测试设备,设计测试内容和方法,分别对飞行精度、重喷漏喷率、雾滴覆盖率和农药有效利用率等参数进行测试。测试结果表明,CE-20型电动单旋翼植保无人机水平偏航距最大偏差为0.365 m、高度偏航距最大偏差为0.314 m、飞行速度最大偏差为0.254 m/s、重喷率为7.3%、漏喷率为3.1%、雾滴覆盖率上部和下部的平均值分别为1.17%和0.99%、农药有效利用率为42.3%,具有较好的性能,能满足水稻、小麦等作物大面积的病虫害防治。本文的数据和结果可为机具的性能完善提高提供依据,也可为田间作业提供参考和指导。     

Overland water and salt flows in a set of rice paddies

Cultivation of paddy rice in semiarid areas of the world faces problems related to water scarcity. This paper aims at characterizing water use in a set of paddies located in the central Ebro basin of Spain using experimentation and computer simulation. A commercial field with six interconnected paddies, with a total area of 5.31 ha, was instrumented to measure discharge and water quality at the inflow and at the runoff outlet. The soil was classified as a Typic Calcixerept, and was characterized by a mild salinity (2.5 dS m⁻¹) and an infiltration rate of 5.8 mm day⁻¹. The evolution of flow depth at all paddies was recorded. Data from the 2002 rice-growing season was elaborated using a mass balance approach to estimate the infiltration rate and the evolution of discharge between paddies. Seasonal crop evapotranspiration, estimated with the surface renewal method, was 731 mm (5.1 mm day⁻¹), very similar to that of other summer cereals grown in the area, like corn. The irrigation input was 1874 mm, deep percolation was 830 mm and surface runoff was 372 mm. Irrigation efficiency was estimated as 41%. The quality of surface runoff water was slightly degraded due to evapoconcentration and to the contact with the soil. During the period 2001–2003, the electrical conductivity of surface runoff water was 54% higher than that of irrigation water. However, the runoff water was suitable for irrigation. A mechanistic mass balance model of inter-paddy water flow permitted to conclude that improvements in irrigation efficiency cannot be easily obtained in the experimental conditions. Since deep percolation losses more than double surface runoff losses, a reduction in irrigation discharge would not have much room for efficiency improvement. Simulations also showed that rice irrigation performance was not negatively affected by the fluctuating inflow hydrograph. These hydrographs are typical of turnouts located at the tail end of tertiary irrigation ditches. In fact, these are the sites where rice has been historically cultivated in the study area, since local soils are often saline-sodic and can only grow paddy rice taking advantage of the low salinity of the irrigation water. The low infiltration rate characteristic of these saline-sodic soils (an experimental value of 3.2 mm day⁻¹ was obtained) combined with a reduced irrigation discharge resulted in a simulated irrigation efficiency of 60%. Paddy rice irrigation efficiency can attain reasonable values in the local saline-sodic soils, where the infiltration rate is clearly smaller than the average daily rice evapotranspiration.     

农村剩余劳动力就业问题的探讨

论述了我国农村剩余劳动力就业的意义，并针对我国农村剩余劳动力的现状，提出多渠道促进农村剩余劳动力就业的途径和办法。     

车用发动机润滑油失效规律与更换周期研究

研究在正常使用条件下１０Ｗ／３０－ＱＣ级润滑油用于某型车用发动机时所表现的失效规律,确认期服从两参数Ｗｅｉｂｕｌｌ分布,并给出分布的尺度参数η和形状参数ｍ之最佳线性无偏估计（ＢＬＵＥ）同时,还为定量分析,计算车用发动机润滑油的使用可靠性和合理确定其更换周期提供了一套可供借鉴的方法,并给出了具体的计算实例。     

瓦房店市水果生产标准化发展研究

瓦房店市是我国重要的水果生产基地,在国内水果生产领域占有重要地位。随着水果市场化的不断深入,如何满足和适应国内外市场需求成为瓦房店市水果生产的关键问题。从瓦房店市水果生产实际出发,阐述了实施水果生产标准化的必要性,提出了发展水果生产标准化的具体措施。     

金谷子耐旱TG118引种试种及推广应用

对引进的谷子新品种金谷子耐旱TG118进行品种比较试验和多点试种。结果表明：该品种抗旱、耐瘠、适应性强,稳产、高产、抗病抗风抗倒伏强,品质优良,粮草兼用,种植简单,省工易管;一般产量在6000kg/hm2以上,比当地主栽品种增产20%以上。最高产量达9450kg/hm2,适于在辽西北地区推广应用。     

对《种子法》存在问题的探讨

《种子法》是我国种植业第一部法律。自实施以来,为依法加强种子管理提供了有力的法律支撑,促进我国种子产业发生翻天覆地的变化。但随着依法管理工作的深入和种子产业的快速发展,《种子法》及配套规章的一些问题逐步显现出来。对《种子法》及配套规章存在的问题进行深入分析,对需要进一步补充的章节以及需要调整的内容进行深入探讨,以求更加完善和明确。     

乡（镇）农业技术推广体系存在的问题及对策

乡（镇）农技推广体系是农业发展的关键。介绍朝阳市农业技术推广体系的现状,针对目前体制及运行机制、服务手段等方面存在的问题,提出适合朝阳市乡（镇）农技推广体系改革与发展的对策,以期对全省农技推广体系改革和发展起到一些借鉴作用。     

草莓的采收与贮藏

草莓果味酸甜爽口,营养价值高,为人们所喜爱的应市鲜果之一。由于草莓易受损伤和微生物侵染,因此其采收、贮藏过程极为重要。介绍草莓采收过程中的注意事项以及11种贮藏保鲜技术的实施步骤和操作方法,推介9种加工方式,为草莓产业化提供技术支持。     

和谐社会理论建设的几点哲学思考

在新世纪,面对机遇和挑战,党的十六大把“社会更加和谐”作为全面建设更高水平的小康社会的一个重要目标。中国人素有社会和谐的理想;西方人自古也向往社会和谐;借鉴东西方两种和谐社会思想的经验、教训,构建社会主义和谐社会理论。     

Review of the Egyptian experience in implementing land drainage projects

About 30 years have passed since the Government of Egypt embarked on implementing a series of large scale drainage projects. At present, about 3.8 million acres have been provided with drainage systems on the basis of systematic pre-drainage investigations and designs. The target is to provide drains in approximately 6.4 million acres in the Nile Valley and Delta.The implementation of the subsurface drainage system is carried out by the public sector and private contractors under direct supervision of governmental regional departments. The implementation process depends on many factors related to the drainage material, machinery, manpower, site requirements, farmers and organizations involved. Problems and constraints are sometimes challenging, however, the annual rate of implementation has gradually increased to 170,000 acre/year.This paper discusses the different aspects involved in the implementation process of drainage systems. The development in materials, machinery and construction technologies will be reviewed. Institutional and management factors are going to be also considered.