【摘要】：近年來,無人機在植保領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,農(nóng)業(yè)植保無人機無論是在便利性還是在噴灑效果方面都具有更顯著的優(yōu)勢。目前無人機噴灑系統(tǒng)大多數(shù)采用定量噴灑,噴灑均勻性有待提升,因此本文針對變量噴灑所涉及到的關(guān)鍵原理和技術(shù)進行了細致的研究。本文的主要工作有:(1)變量噴灑系統(tǒng)算法設(shè)計以實現(xiàn)全自動自主調(diào)節(jié)噴灑流量噴灑作業(yè)為目的,重點研究了飛機飛行速度和噴灑流量的關(guān)系。針對速度對噴灑均勻性的影響提出了一種提高植保無人機噴灑均勻性的控制算法。該算法通過判斷閾值大小來決定使用PID還是分離積分式的PD流量控制算法來提高變量噴灑系統(tǒng)的覆蓋率,并通過Z-N法對其參數(shù)進行了整定。(2)變量噴灑系統(tǒng)軟硬件平臺設(shè)計為了提高農(nóng)業(yè)植保無人機噴灑系統(tǒng)性能,設(shè)計噴灑系統(tǒng)的硬件核心嵌入式板,選用了離心噴頭、水泵、流量計、電子調(diào)速器等部件組成了植保無人機變量噴灑系統(tǒng),完成實驗平臺的硬件搭建工作。變量噴灑系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為四個部分即飛前自檢部分、獲取飛機速度部分、流量計采集部分、脈寬調(diào)制部分。飛前自檢負(fù)責(zé)檢測整個噴灑系統(tǒng)中各個子功能模塊在起飛前的運行狀態(tài)。采用多線程和軟件定時器,來保證獲取實時飛機飛行速度和流量計的實時采集。脈寬調(diào)制程序輸出不同占空比的脈寬調(diào)制信號來調(diào)節(jié)離心噴頭的噴灑流量。并且完成了噴灑設(shè)置軟件的界面和功能設(shè)計。針對不同作物需要不同的噴灑指標(biāo)編寫噴灑參數(shù)設(shè)置軟件,解決分檔式植保無人機手動調(diào)節(jié)檔位的問題。(3)變量噴灑可行性與覆蓋率驗證試驗在0m/s增加到5m/s無人機飛行速度下,本文設(shè)計了變量噴灑系統(tǒng)的驗證實驗。通過水敏紙的霧滴圖像信息來分析噴灑作業(yè)的效果,實驗結(jié)果表明經(jīng)過流量PID調(diào)節(jié)的植保無人機噴灑的覆蓋率隨著速度從0m/s增加到5m/s的過程中整體波動范圍在27.81%到32.86%之間;本研究設(shè)計的噴灑系統(tǒng)滿足超低容量噴灑要求。同時驗證了PID流量控制算法具有可行性,該變量噴灑系統(tǒng)實現(xiàn)了噴灑流量隨飛行速度自動調(diào)整的功能,提升了噴灑的整體均勻性,能夠滿足小面積作業(yè)的基本要求。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S251
【圖文】：

效果的影響因素機進行飛行作業(yè)時，飛行高度會對噴灑造成一定的影響。理想情況噴出來的霧滴的形狀呈圓錐形，噴灑到地面上是一個圓形，如圖 2 是一定的（不同高度造成的重噴漏噴情況如圖 2.3 所示），可以算出噴幅 2d(m)與高度 h(m)的關(guān)系公式（2.2）。度剛好為 h(m)時，也就是圖 2.3 中第二種情況，兩個噴頭的噴灑區(qū)理想的，噴灑效果也最好；度為 h1(m)（其中 h1 小于 h）時，也就是圖 2.3 中第一種情況，兩，作業(yè)時會存在重噴現(xiàn)象，重噴一方面會導(dǎo)致農(nóng)藥浪費，對于對作物造成傷害；度為 h2(m)（其中 h2 大于 h）時，也就是圖 2.3 中第三種情況，會現(xiàn)象會導(dǎo)致作業(yè)效果不佳或者無效，如果發(fā)現(xiàn)及時，還得二次作，作業(yè)成本也會增加。/ 2tan( )2dh

圖 2.9 臨界震蕩狀態(tài)數(shù) Kpcrit 和臨界振蕩周期 Tcrit 后，根據(jù) Z-N 法參數(shù)計算表（算其他參數(shù)的值。表 2.4 Z-N 參數(shù)計算表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，然后根據(jù)上表依次得出pK 0.12crit T、PInKKT 、D P vK K T。出，在整定流量 PID 的參數(shù)的時候，采用 Z-N 的整定方法，

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文17圖 3.2 嵌入式板結(jié)構(gòu)設(shè)計圖3.2 變量噴灑系統(tǒng)電路設(shè)計3.2.1 嵌入式板接口設(shè)計電源接口是負(fù)責(zé)給各個模塊供電的，在選接口上直接以最大電流的模塊為標(biāo)準(zhǔn)進行選擇。嵌入式板連接的模塊中電壓都是 12v，電流最大的是離心噴頭，離心噴頭工作功率為 40w，也是就是工作電流為 3.33A。另外對接口的要求是方便拔插，方便組裝，防打火,體積小，電流大。按照這些要求，本研究選用的接口是 XT60,如圖 3.3 所示

【參考文獻】

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本文編號：2772277