农业植保无人机的飞行安全知识

正教学目标:了解中国农林病虫害防治现状;了解无人机在农业植保应用中的优势;掌握植保无人机安全操控的基础知识。1.无人机简介无人驾驶飞机简称"无人机"(Unmanned Aerial Vehicle),英文缩写为"UAV",是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机从技术角度定义可以分为无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。无人机按应用领域,可分为军用与民     

四旋翼飞行器悬停算法设计与实现

以自制四旋翼飞行器为研究对象,对四旋翼飞行器悬停算法进行详细研究。控制中心通过传感器MPU6050获取飞行数据,通过获取的数据计算得到飞行姿态,然后结合气压传感器和摄像头相结合进行悬停算法的设计。程序算法主要包括四元数、PID、卡尔曼滤波和视觉定位等算法,计算得出相应的数据,最后通过控制电子调节系统驱动无刷电机完成其悬停与控制。     

多旋翼植保无人机运动分析与结构设计

多旋翼植保无人机是近年来新兴的植保机械,其作业高效,作业成本低廉,适应性强,可跨区域作业并且极大地减少了作业过程中与农药的接触。多旋翼植保无人机施药技术逐渐成熟,机翼旋转的下洗气流有利于在施药过程中增加药液的穿透性,并且在作业过程中不会发生对作物的碾压情况,很适宜在夏大豆生长中后期进行病虫害防治作业。结合当前国内外植保喷雾技术研究现状,在基础机型的田间试验后,对植保无人机进行运动理论分析和药箱内部流体的仿真测试,提出一种稳定的植保无人机机架结构,并对重要零部件进行仿真分析。通过Solid Works Simulation对零件进行仿真分析并优化模型,使机架平台结构变得更加稳定,设计出符合现代农业生产条件的多旋翼植保无人机。     

多旋翼喷雾无人飞行器的设计和试验研究

为了满足田间植保及科研需求,根据作业所需的一般负载要求,提出了一种针对多旋翼无人植保飞行器设计和验证机器效果的方法,并制作了用于农田喷雾施药作业的多旋翼无人飞行器。该飞行器主结构采用全碳纤维板,连接部分采用硬化铝材,作业机构由压力回流型隔膜泵和高压力雾化喷头组成。通过参数分析验证了设计的可行性,后经过机体飞行稳定性试验、实际田间作业效果试验对方案的可行性进行了实际检验。结果表明:飞行器整体结构稳定,性能可靠,在满载的条件下可持续作业10~15min,作业效率高而人工劳动强度低,符合应用的要求,为此类飞行器的设计提供了一种切实可行的方法。     

四旋翼飞行器PID控制器的设计及仿真

为了验证四旋翼飞行器PID控制的优良性能,本文对四旋翼飞行器动力学模型进行了推导,对飞行器线运动和角运动方程进行了建立,设计了飞行器位置和姿态控制器,并在Matlab/Simulink中对其进行了设计仿真。     

横流式飞行器旋翼结构设计

针对横流风扇飞行器在飞行中由于机翼结构开口角不可调节存在升力和推力损失的问题,提出一种可调节开口角式机翼设计方案,设计出一种新型横流风扇飞行器,其机翼可以随着来流速度的变化进行调整开口角的大小,可在不同飞行状态下达到最大升力和推力。该成果可为更加先进的横流风扇飞行器的发展提供参考。     

植保无人机喷雾参数对黄山栾冠层雾滴沉积的影响

为探究植保无人机对园林植物黄山栾喷雾的最优作业参数,使用四旋翼植保无人机开展园区内喷雾试验,调查喷雾作业后黄山栾上的雾滴沉积分布情况。经比较得出,试验机型对黄山栾喷雾较优的作业参数为喷液量750mL/株、作业高度3.5 m、作业速度1 m/s。调查发现,黄山栾不同冠层的雾滴覆盖密度和沉积量多数呈现为上层>中层>下层。极差分析结果显示,影响飞防作业中雾滴覆盖密度与沉积量的主要因素是作业速度,其次是喷液量和作业高度。研究结果可为植保无人机在高冠乔木上的推广应用提供依据,并为园林病虫害统防统治提供技术参考。     

重载荷多旋翼植保无人机自抗扰鲁棒控制算法

为克服重载荷对多旋翼植保无人机喷施作业的不利影响,设计自抗扰鲁棒控制算法.首先建立重载荷植保无人机的数学模型,并分析植保无人机喷施作业的不确定性,然后分别针对位置模型和姿态模型设计自抗扰鲁棒控制算法,主要包括跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性误差反馈3个部分,最终实现对重载荷多旋翼植保无人机的精确鲁棒控制.试验结果表明...     

基于自适应RBF神经网络具有模型不确定性的四旋翼无人机指定时间预设性能控制方法

四旋翼无人机具有强耦合和欠驱动的特点,在飞行过程中很容易受到外界干扰,进而影响整个无人机系统的稳定性和精度。为此,提出了一种基于RBF神经网络的指定时间预设性能约束控制策略。首先,针对四旋翼无人机的不确定数学模型难以精确建立,并且在执行任务过程中存在外部未知扰动问题,提出了一种基于指定时间预设性能控制方法,将四旋翼无人机的轨迹跟踪问题转换为对位置子系统和姿态子系统的期望指令跟踪问题;其次,在设计控制器过程中,为了解决“微分爆炸”问题产生的滤波器误差,引入一种新型滤波误差补偿方法,通过RBF神经网络逼近外部未知扰动,并将预测结果补偿给控制器以提高轨迹跟踪的鲁棒性。最后,应用仿真模拟方法验证无人机控制系统稳定性和性能优势,通过飞行试验验证,微风聚拢环境下实际飞行轨迹与仿真模拟结果趋于一致,自主轨迹跟踪起降位置偏差小于1cm,证明了所提出算法的有效性。     

单旋翼植保有人机雾滴飘移影响因素试验研究

为了研究单旋翼植保有人机在不同作业参数条件下雾滴飘移的分布特性及其影响因素,进行了航空雾滴飘移分布测量试验,利用水敏纸收集和测量加拿大贝尔407型单旋翼植保有人机在作业时的有效喷幅和雾滴飘移距离,并将雾滴飘移测试数据与侧风风速、飞行高度、飞行速度、助剂加入量等作业参数运用SPSS软件进行相关性回归分析。结果表明:在平均温度21.2℃、平均相对湿度72.5%的条件下,侧风风速、喷雾高度与雾滴飘移距离相关性系数达0.6以上,呈现较强的正相关关系;在飞行速度80～120km/h的范围内,航化作业雾滴沉积均匀性随飞行速度的增加呈现先增加后降低的趋势,在95km/h左右出现雾滴沉积均匀性峰值拐点;喷雾过程中加入航空助剂后雾滴总飘移量降30%左右。该型直升机航化作业时的最适喷雾高度在5m左右,飞行速度最宜保持在90～100km/h的范围内,添加适量航空助剂可以缩短雾滴飘移距离,提高喷雾质量。试验发现,侧风风速在3m/s以内作业时要预留至少40m以上缓冲区,以避免药液飘移产生的危害。本研究结果可为单旋翼植保有人机减飘施药技术的研究提供参考。