植保四軸無(wú)人飛行器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著航空農(nóng)業(yè)的發(fā)展，固定翼以及直升飛機(jī)等各種飛行器逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保作業(yè)中。四軸飛行器是一種無(wú)人控制的四旋翼直升飛機(jī)，能實(shí)現(xiàn)垂直起降，同時(shí)具有飛行穩(wěn)定、控制靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)植保作業(yè)中的復(fù)雜環(huán)境;其次，四軸飛行器可以靈活掛載各種器具，高效率完成監(jiān)控、墑情采集、播種、噴灑藥物、施肥等各種農(nóng)業(yè)作業(yè)項(xiàng)目。因此，加強(qiáng)對(duì)四軸飛行器的深入研究和應(yīng)用推廣具有非常重要的意義。本文主要以具有一定帶負(fù)載能力的小型四軸飛行器為研究對(duì)象，

2、通過(guò)研究四軸飛行器的飛行原理設(shè)計(jì)飛行器的控制系統(tǒng)。首先，通過(guò)學(xué)習(xí)了解四軸飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及飛行器在作業(yè)過(guò)程中結(jié)構(gòu)特性改變的規(guī)律，設(shè)計(jì)制作了飛行器的試驗(yàn)平臺(tái)，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。其次，根據(jù)四軸飛行器的控制原理，選用STM32單片機(jī)為核心處理器，結(jié)合多種姿態(tài)傳感器和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，設(shè)計(jì)制作了四軸飛行器軟件控制系統(tǒng)。再次，控制器通過(guò)姿態(tài)數(shù)據(jù)解算，實(shí)時(shí)獲取飛行器的飛行姿態(tài)，同時(shí)采用模糊PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)四軸飛行器的姿態(tài)控制。試驗(yàn)過(guò)程中

3、，先采用Matlab對(duì)方案進(jìn)行仿真試驗(yàn)，仿真通過(guò)的基礎(chǔ)上，再在試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步檢驗(yàn)飛行器控制算法的優(yōu)越性。在以上研究的基礎(chǔ)上，最終完成四軸飛行器的整體設(shè)計(jì)和樣機(jī)試制。
　　本文通過(guò)MATLAB對(duì)傳統(tǒng)PID和模糊PID控制算法的仿真和比較，仿真結(jié)果顯示:在系統(tǒng)的比例系數(shù)為5，積分系數(shù)為0.03和微分系數(shù)為1，增益K為1時(shí)，采用傳統(tǒng)PID算法，系統(tǒng)超調(diào)量為41.9％，上升時(shí)間為0.78;在模糊PID算法控制下，系統(tǒng)超調(diào)量為2

4、8.6％，上升時(shí)間為0.78s;較之于傳統(tǒng)PID算法，模糊PID算法比控制下系統(tǒng)超調(diào)量降低了13.3％，上升時(shí)間減少了0.09s。在試驗(yàn)平臺(tái)上運(yùn)行，在較小載荷下，傳統(tǒng)PID算法控制的四軸飛行器振蕩而在模糊PID算法控制下系統(tǒng)能穩(wěn)定，同時(shí)在較大載荷下，采用傳統(tǒng)PID算法，系統(tǒng)超調(diào)量為37.5％，上升時(shí)間為0.62;在模糊PID算法控制下，系統(tǒng)超調(diào)量為22.5％，上升時(shí)間為0.57s;采用模糊PID的控制系統(tǒng)超調(diào)量降低了15.0％，上升時(shí)間