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《华北水利水电大学》 2018年
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旋翼无人机可变流量喷施控制技术研究

王成凤  
【摘要】:无人机(UAV)作为一种先进的空中飞行载体,最早应用于军事领域,随着技术的发展与电子器件的快速进步与成本的下降,其应用范围逐渐向科研、工业、农业等领域扩展,特别是这些年在农业植保领域的应用得到了越来越多的关注。在国外植保型农用无人机的研究较早起步于固定翼无人机,对喷施设备的投入也较大,技术相对比较成熟,已经发展到了对局部农田的精准喷施作业,包括病虫害防治、除草、液态肥喷洒等,但对于旋翼无人机的喷施应用也处于研究、开发阶段。国内,近几年才有人关注无人机的喷施技术与装备,对旋翼型无人机的喷施应用进行了初步的尝试与实验,其研究的深度与广度都有待于提升。影响无人机喷施作业效果的因素非常多,如农作物类型、植株高度、飞行速度、现场风速与风向、环境温湿度、雾滴特性等。为了精准喷施提高效率、节约成本,同时避免过量喷施造成的环境污染,无人机喷施作业过程中应考虑两方面的因素:(1)现场条件因素,如植物特征、风速与温湿度、药剂类型等;(2)无人机飞行因素,如航速与航向、巡航高度、姿态等。分析研究各因素影响喷施量的原因与关系,以及校正与补偿方法,依据作业条件与要求,实时调整控制相关参数保证喷施效果。研究的主要内容包括:(1)无人机喷施作业国内外研究现状与趋势,旋翼无人机应用平台可行性分析;(2)根据喷施作业要求以及影响效果的因素分析,制定机载可变流量喷施技术方案,包括旋翼无人机结构与参数选择、喷雾装置的配置、功能控制模块的配置等;(3)搭建旋翼无人机可变流量喷雾装置硬件平台,制定功能控制软件循环工作流程,集成差分GPS定位功能模块等;(4)基于非线性平台的喷雾装置影响因素分析,构建流量控制阀的动力学模型,以及分析、研究,调节过程与动态响应特性,提出模糊控制器PID参数自整定算法,引入可变“论域”的方法,依据设定值的不同等级在线自动调节模糊控制器的输出量,以实现PID控制参数的在线整定,设计模糊控制器相关参数;(5)对电磁阀驱动电路、比例阀流量-位移关系、比例阀模糊PID控制效果等环节进行电路测试和计算机仿真,验证、分析、调正、优化部分设计参数;(6)分析、总结项目实施过程中的得失,针对不足于缺陷提出后期改进和完善意见。
【学位授予单位】:华北水利水电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S252.3

【参考文献】
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