摘要：随着现代农业航空技术的蓬勃发展,在病虫害防治、航空护林、播种施肥等领域对植保无人机的结构和性能提出了更高的要求。为此,针对多旋翼无人机有效载荷小、冗余性差、动力小等问题,对无人机结构设计、材料选择、载荷施加等方面进行了研究,以强动力、大载荷、长航时及轻量化为目标导向,提出了一种X型共轴双桨植保无人机的设计方案。首先,根据参数要求组建无人机系统并进行结构设计;其次,整机建模并进行静力学载荷校核与动力学模态分析;最后,进行田间飞行测试。研究结果表明:该无人机的设计在强度、刚度和载荷能力上都具有较好的功能性和可靠性,可为共轴双桨式大载荷电动无人机的进一步优化设计提供理论依据和技术参考。

摘要：为进一步提高植保无人机的通信质量与整机作业效率,以多频与无线传感融合通信机理为出发点,针对其通信系统进行设计。在深入理解无人机作业特点与通信控制目标的基础上,侧重通信链路质量与数据收发成功率等关键指标,建立无人机多频无线传感通信模型,以通信系统多频与无线传感融合设计框架为依托,进行硬件选型与软件控制模块设计。多频无线传感融合通信试验表明:通信系统经合理调度及多频无线融合,通信误差率平均可保持在2.889%,整机一次作业完成时间效率提高了12.83%;作业过程各通信节点设置准确合理,整机工作效率可由传统无线式的89.90%提高到93.20%。该设计满足多频融合数据传输稳定、高效的作业要求,具有很好的参考价值。

摘要：以Android为系统开发平台,设计一种植保无人机监控系统,可实现植保无人机飞行过程的移动控制。通过对植保无人机监控系统功能模块进行设计,并从Android基础理论出发,进行植保无人机控制系统软件设计,完成无人机植保作业过程中的状态监控及飞行控制。测试结果表明:该植保无人机监控系统能够有效地对无人机飞行过程进行控制。

摘要：农作物植保无人机对植株进行喷雾作业时,多由操作手进行目测无人机与植株的垂直距离进行喷雾高度的调节完成施药,而采用人眼目测法易造成喷雾沉积量、沉积密度误差的问题。为了提高对药物充分利用及植保无人机的喷雾效率,设计了一种高效自适应喷雾植保无人机,使用超声波完成无人机至植株竖直距离的数据采集,并实时检测植株密度,自动调节植保无人机飞行姿态及喷头的施药速率。试验结果表明:设计的高效自适应喷雾植保无人机喷雾姿态自适应调节响应速率快,喷雾位置精确,药物流失少。

摘要：针对多执行器故障条件下难以保证植保无人机的高度与姿态的准确控制问题,提出一种多执行器故障条件下植保无人机自适应鲁棒容错控制算法。在建立植保无人机高度、姿态动力学模型和执行器故障模型的基础上,基于非线性back‑stepping自适应控制原理,设计一种无需故障检测和隔离机制的非线性高度和姿态自适应容错控制器。通过容错控制器的自适应性保证多个执行器故障下植保无人机在高度与姿态上的跟踪控制性能,利用鲁棒控制保证系统在建模不确定性条件下的稳定性。结果表明,在单执行器故障条件下植保无人机的高度和姿态跟踪的最大误差分别为0.13 m和[±3.26°±2.71°±1.16°],在多执行器故障条件下植保无人机的高度和姿态跟踪的最大误差分别为0.21 m和[±3.11°±4.75°±3.07°],本文方法能够有效保证植保无人机的高度和姿态跟踪的跟踪性能,且跟踪误差渐近收敛。

摘要：随着农业航空技术的发展,自主化作业方式成为了目前农业航空领域的研究热点.植保无人机是一种集成了通信技术、自动控制技术、传感技术以及地理信息定位技术等多种相关技术的智能农业设备,用植保无人机进行喷雾作业具有效率高、速度快等优点,并且无人机能够在没有跑道的小型区域内垂直起降,能够很方便的在各种地形上进行喷洒作业.针对含障碍作业区域,提出了一种无人机航线设计算法,算法分为路径点采样以及路径点排序两部分.首先使用栅格法来获得路径点,用路径点表示作业区域的特征信息,并结合混合粒子群算法来对路径点进行排序,用路径点的排列来表示无人机飞行路径,设计出一条能够有效规避障碍物并对工作区域完成全覆盖的航线.实验结果表明本文提出的无人机航线设计方法能够应用在多种含障碍工作区域内,目标区域包含单个或者多个障碍物时,本文所提出的航线设计方法均能设计出一条合理的无人机航线,并有效减少无人机航线的转弯次数,降低无人机飞行时的能耗.

摘要：为探究多旋翼植保无人机在不同工况下对施药效果的影响,明确两款多旋翼植保无人机结构设计优缺点,规范植保无人机在飞防作业中的参数设置。试验以两款多旋翼植保无人机为对象,采用CFD仿真模拟植保无人机在不同工况下的流场分布、风场幅宽、飘移情况。结果表明:两款植保无人机主要风场幅宽可达6~12 m,次要风场幅宽可达12~20 m;增加飞行高度、飞行速度可以获得较大的喷洒面积,但风场穿透力减弱、雾滴飘移距离增加,顺风作业有利于改善施药效果;四旋翼植保无人机相较于六旋翼植保无人机平衡性更好,下压力及抗飘移能力都有一定优势,且风场分布均匀规整,更有利于喷洒均匀。可为后续植保无人机机型结构优化提供思路和为植保无人机飞防作业参数设置提供理论依据。

摘要：针对现有的植保无人机操控较为复杂的现状,基于神经网络算法进行了硬件电路设计。植保无人机的主要组成包括控制结构、承力结构、升力结构和喷洒结构。为了提高多旋翼无人机的性能,采用BP神经网络对其控制系统进行设计,包括建立模型辨识控制器和逆模型控制器,以达到对多旋翼植保机辨识和控制的要求。为了验证该植保无人机的性能,对其进行控制性能和喷药试验。试验结果表明:植保无人机控制系统具有良好的自适应控制能力,喷药过程稳定,能够满足客户要求。

摘要：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。

摘要：针对植保无人机在作业时易受环境及模型参数影响,提出一种反步滑模姿态控制算法,分别在无故障干扰与有故障干扰情况下,对线性二次型调节器法(Linear quadratic regulator,LQR)控制、滑模法控制(Sliding mode control,SMC)、积分反步法控制(Integrator backstepping controller,IBC)开展仿真对比试验。结果表明,在无故障干扰下3种算法均能在较短时间内达到平稳状态,在有加性故障干扰时线性二次型调节器法控制无法快速达到平衡状态,滑模控制有抖动,积分反步法震荡较大。为解决此问题,基于反步法设计位置姿态控制律对植保无人机闭环控制回路作补偿,构造滑模观测器实时观测执行器故障情况;设计基于反步滑模控制(Backstepping sliding mode,BSM)容错控制器,并开展仿真与物理试验。可知,反步滑模控制物理实现简单、响应时间短、容错控制性强、鲁棒性好,植保作业更加精准高效。