植保无人机变量喷洒系统研究

发布时间：2020-07-27 19:31

【摘要】：近年来,无人机在植保领域的应用越来越广泛,农业植保无人机无论是在便利性还是在喷洒效果方面都具有更显著的优势。目前无人机喷洒系统大多数采用定量喷洒,喷洒均匀性有待提升,因此本文针对变量喷洒所涉及到的关键原理和技术进行了细致的研究。本文的主要工作有:(1)变量喷洒系统算法设计以实现全自动自主调节喷洒流量喷洒作业为目的,重点研究了飞机飞行速度和喷洒流量的关系。针对速度对喷洒均匀性的影响提出了一种提高植保无人机喷洒均匀性的控制算法。该算法通过判断阈值大小来决定使用PID还是分离积分式的PD流量控制算法来提高变量喷洒系统的覆盖率,并通过Z-N法对其参数进行了整定。(2)变量喷洒系统软硬件平台设计为了提高农业植保无人机喷洒系统性能,设计喷洒系统的硬件核心嵌入式板,选用了离心喷头、水泵、流量计、电子调速器等部件组成了植保无人机变量喷洒系统,完成实验平台的硬件搭建工作。变量喷洒系统的软件设计分为四个部分即飞前自检部分、获取飞机速度部分、流量计采集部分、脉宽调制部分。飞前自检负责检测整个喷洒系统中各个子功能模块在起飞前的运行状态。采用多线程和软件定时器,来保证获取实时飞机飞行速度和流量计的实时采集。脉宽调制程序输出不同占空比的脉宽调制信号来调节离心喷头的喷洒流量。并且完成了喷洒设置软件的界面和功能设计。针对不同作物需要不同的喷洒指标编写喷洒参数设置软件,解决分档式植保无人机手动调节档位的问题。(3)变量喷洒可行性与覆盖率验证试验在0m/s增加到5m/s无人机飞行速度下,本文设计了变量喷洒系统的验证实验。通过水敏纸的雾滴图像信息来分析喷洒作业的效果,实验结果表明经过流量PID调节的植保无人机喷洒的覆盖率随着速度从0m/s增加到5m/s的过程中整体波动范围在27.81%到32.86%之间;本研究设计的喷洒系统满足超低容量喷洒要求。同时验证了PID流量控制算法具有可行性,该变量喷洒系统实现了喷洒流量随飞行速度自动调整的功能,提升了喷洒的整体均匀性,能够满足小面积作业的基本要求。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S251
【图文】：

不同高度,情况

效果的影响因素机进行飞行作业时，飞行高度会对喷洒造成一定的影响。理想情况喷出来的雾滴的形状呈圆锥形，喷洒到地面上是一个圆形，如图 2 是一定的（不同高度造成的重喷漏喷情况如图 2.3 所示），可以算出喷幅 2d(m)与高度 h(m)的关系公式（2.2）。度刚好为 h(m)时，也就是图 2.3 中第二种情况，两个喷头的喷洒区理想的，喷洒效果也最好；度为 h1(m)（其中 h1 小于 h）时，也就是图 2.3 中第一种情况，两，作业时会存在重喷现象，重喷一方面会导致农药浪费，对于对作物造成伤害；度为 h2(m)（其中 h2 大于 h）时，也就是图 2.3 中第三种情况，会现象会导致作业效果不佳或者无效，如果发现及时，还得二次作，作业成本也会增加。/ 2tan( )2dh

临界振荡周期,参数计算,临界系数,Z-N法

图 2.9 临界震荡状态数 Kpcrit 和临界振荡周期 Tcrit 后，根据 Z-N 法参数计算表（算其他参数的值。表 2.4 Z-N 参数计算表KP Tn Tv KI 0.5·Kpcrit -- -- -- 0.8·Kpcrit -- 0.12·Tcrit -- 0.45·Kpcrit 0.85·Tcrit -- KP/ Tn 0.6·Kpcrit 0.5·Tcrit 0.12·Tcrit KP/ Tn 法得到 Kpcrit 和 Tcrit 的值，然后根据上表依次得出pK 0.12crit T、PInKKT 、D P vK K T。出，在整定流量 PID 的参数的时候，采用 Z-N 的整定方法，

设计图,嵌入式,板结构,设计图

杭州电子科技大学硕士学位论文17图 3.2 嵌入式板结构设计图3.2 变量喷洒系统电路设计3.2.1 嵌入式板接口设计电源接口是负责给各个模块供电的，在选接口上直接以最大电流的模块为标准进行选择。嵌入式板连接的模块中电压都是 12v，电流最大的是离心喷头，离心喷头工作功率为 40w，也是就是工作电流为 3.33A。另外对接口的要求是方便拔插，方便组装，防打火,体积小，电流大。按照这些要求，本研究选用的接口是 XT60,如图 3.3 所示

【参考文献】