旋翼无人机可变流量喷施控制技术研究
发布时间：2021-02-11 19:21
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...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋翼无人机可变量喷施系统总体架构
华北水利水电大学硕士学位论文于飞行实时监控的地面站模块。可变量喷雾装置部分包括可变流量喷雾控制器、药剂箱液位开关、开关阀、电动泵、溢压阀、流量阀、风速与风向检测、流量与压力检测、温湿度检测、管道组件和喷头组件等。2.2 无人机结构与参数一套具有特定任务功能的无人机系统至少应包含飞行平台（飞行器）、不少于一个地面监控工作站、一定的任务载荷、数据传输与通信链路，数据传输与通信链路是多通道的，通常超过三个以上（包含单向、双向）。根据实际任务需要，有些无人机系统还配置高精度差分导航子系统、自动起降控制子系统、任务规划子系统等。飞行平台是整套系统中在空中机动飞行的部分，在机体上集成有动力组件（电机、电调、桨叶）、飞控组件或模块（导航、制导）、电源组件，其组成如图 2-2 所示。
通过上一节的分析可知，装置行进速度和等效风速是问题的关键，如何实时准确的获取无人机的水平速度和同方向的相对风速，进而通过有效的控制策略实时调节喷头的流量，达到定量且均匀喷洒药剂的目的是解决问题的关键。参见图 2-1 所示，为达成此目的设计了一套具有自动感知、自动调节功能的可变流量喷雾装置，其主要环节包括可变流量喷雾控制器、各种传感器、电磁阀、水箱、喷头、管道和安装架等，其重要技术指标与配置介绍如下。2.4.1 速度因素分析与检测方法2.3 已给出了速度对喷施效果的影响关系。真空环境下，喷头喷洒的药剂到达地面的效果取决于药剂脱离喷头时刻的水平和垂直向下的初速度，类似于向下斜抛运动，除自身重力外不受外界因素影响，如图 2-3（a）所示；自然环境有空气但风速为零，喷头喷洒的药剂到达地面的效果是，在前者的基础上叠加了空气阻力的影响，如图 2-3（b）所示；实际情况是既有空气且风速不为零，此时，喷头喷洒的药剂到达地面的效果，既与喷头的速度有关，又与空气的速度有关，如图 2-3（c）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气象条件对农药施用效果的影响[J]. 王立石,李江岩,刘洪莉,陈有嗣. 中国农业信息. 2015(11)
[2]N-3型农用无人直升机航空施药飘移模拟与试验[J]. 张宋超,薛新宇,秦维彩,孙竹,丁素明,周立新. 农业工程学报. 2015(03)
[3]中国农业航空施药技术研究进展与展望[J]. 张东彦,兰玉彬,陈立平,王秀,梁栋. 农业机械学报. 2014(10)
[4]中国农业航空植保产业技术创新发展战略[J]. 周志艳,臧英,罗锡文,Lan Yubin,薛新宇. 农业工程学报. 2013(24)
[5]美国农业航空技术现状和发展趋势分析[J]. 薛新宇,兰玉彬. 农业机械学报. 2013(05)
[6]小型无人机低空喷洒在小麦田的雾滴沉积分布及对小麦吸浆虫的防治效果初探[J]. 高圆圆,张玉涛,张宁,牛亮,郑万文,袁会珠. 作物杂志. 2013(02)
[7]无人驾驶直升机航空喷雾参数对雾滴沉积的影响[J]. 张京,何雄奎,宋坚利,曾爱军,刘亚佳,李学锋. 农业机械学报. 2012(12)
[8]论农药施用的气象条件选择[J]. 王欣. 现代农业. 2012(10)
[9]具有压力补偿器的比例流量阀开度控制算法研究[J]. 刘国平,于见雨,胡瑢华,夏五星. 机床与液压. 2012(18)
[10]无人直升机远程控制喷雾系统[J]. 茹煜,贾志成,范庆妮,车军. 农业机械学报. 2012(06)
硕士论文
[1]基于DSP的履带式摊铺机行驶控制系统研究[D]. 翁寅生.长安大学 2007
本文编号：3029583
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋翼无人机可变量喷施系统总体架构
华北水利水电大学硕士学位论文于飞行实时监控的地面站模块。可变量喷雾装置部分包括可变流量喷雾控制器、药剂箱液位开关、开关阀、电动泵、溢压阀、流量阀、风速与风向检测、流量与压力检测、温湿度检测、管道组件和喷头组件等。2.2 无人机结构与参数一套具有特定任务功能的无人机系统至少应包含飞行平台（飞行器）、不少于一个地面监控工作站、一定的任务载荷、数据传输与通信链路，数据传输与通信链路是多通道的，通常超过三个以上（包含单向、双向）。根据实际任务需要，有些无人机系统还配置高精度差分导航子系统、自动起降控制子系统、任务规划子系统等。飞行平台是整套系统中在空中机动飞行的部分，在机体上集成有动力组件（电机、电调、桨叶）、飞控组件或模块（导航、制导）、电源组件，其组成如图 2-2 所示。
通过上一节的分析可知，装置行进速度和等效风速是问题的关键，如何实时准确的获取无人机的水平速度和同方向的相对风速，进而通过有效的控制策略实时调节喷头的流量，达到定量且均匀喷洒药剂的目的是解决问题的关键。参见图 2-1 所示，为达成此目的设计了一套具有自动感知、自动调节功能的可变流量喷雾装置，其主要环节包括可变流量喷雾控制器、各种传感器、电磁阀、水箱、喷头、管道和安装架等，其重要技术指标与配置介绍如下。2.4.1 速度因素分析与检测方法2.3 已给出了速度对喷施效果的影响关系。真空环境下，喷头喷洒的药剂到达地面的效果取决于药剂脱离喷头时刻的水平和垂直向下的初速度，类似于向下斜抛运动，除自身重力外不受外界因素影响，如图 2-3（a）所示；自然环境有空气但风速为零，喷头喷洒的药剂到达地面的效果是，在前者的基础上叠加了空气阻力的影响，如图 2-3（b）所示；实际情况是既有空气且风速不为零，此时，喷头喷洒的药剂到达地面的效果，既与喷头的速度有关，又与空气的速度有关，如图 2-3（c）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]气象条件对农药施用效果的影响[J]. 王立石,李江岩,刘洪莉,陈有嗣. 中国农业信息. 2015(11)
[2]N-3型农用无人直升机航空施药飘移模拟与试验[J]. 张宋超,薛新宇,秦维彩,孙竹,丁素明,周立新. 农业工程学报. 2015(03)
[3]中国农业航空施药技术研究进展与展望[J]. 张东彦,兰玉彬,陈立平,王秀,梁栋. 农业机械学报. 2014(10)
[4]中国农业航空植保产业技术创新发展战略[J]. 周志艳,臧英,罗锡文,Lan Yubin,薛新宇. 农业工程学报. 2013(24)
[5]美国农业航空技术现状和发展趋势分析[J]. 薛新宇,兰玉彬. 农业机械学报. 2013(05)
[6]小型无人机低空喷洒在小麦田的雾滴沉积分布及对小麦吸浆虫的防治效果初探[J]. 高圆圆,张玉涛,张宁,牛亮,郑万文,袁会珠. 作物杂志. 2013(02)
[7]无人驾驶直升机航空喷雾参数对雾滴沉积的影响[J]. 张京,何雄奎,宋坚利,曾爱军,刘亚佳,李学锋. 农业机械学报. 2012(12)
[8]论农药施用的气象条件选择[J]. 王欣. 现代农业. 2012(10)
[9]具有压力补偿器的比例流量阀开度控制算法研究[J]. 刘国平,于见雨,胡瑢华,夏五星. 机床与液压. 2012(18)
[10]无人直升机远程控制喷雾系统[J]. 茹煜,贾志成,范庆妮,车军. 农业机械学报. 2012(06)
硕士论文
[1]基于DSP的履带式摊铺机行驶控制系统研究[D]. 翁寅生.长安大学 2007
本文编号：3029583
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