植保四軸無人飛行器關鍵技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著航空農業(yè)的發(fā)展,固定翼以及直升飛機等各種飛行器逐漸應用于農業(yè)植保作業(yè)中。四軸飛行器是一種無人控制的四旋翼直升飛機,能實現(xiàn)垂直起降,同時具有飛行穩(wěn)定、控制靈活、結構簡單、易于維護等特點,能夠適應植保作業(yè)中的復雜環(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、施肥等各種農業(yè)作業(yè)項目。因此,加強對四軸飛行器的深入研究和應用推廣具有非常重要的意義。本文主要以具有一定帶負載能力的小型四軸飛行器為研究對象,

2、通過研究四軸飛行器的飛行原理設計飛行器的控制系統(tǒng)。首先,通過學習了解四軸飛行器的機械結構,以及飛行器在作業(yè)過程中結構特性改變的規(guī)律,設計制作了飛行器的試驗平臺,建立了相關的數(shù)學模型。其次,根據(jù)四軸飛行器的控制原理,選用STM32單片機為核心處理器,結合多種姿態(tài)傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸設備,設計制作了四軸飛行器軟件控制系統(tǒng)。再次,控制器通過姿態(tài)數(shù)據(jù)解算,實時獲取飛行器的飛行姿態(tài),同時采用模糊PID控制算法實現(xiàn)對四軸飛行器的姿態(tài)控制。試驗過程中

3、,先采用Matlab對方案進行仿真試驗,仿真通過的基礎上,再在試驗平臺上進行測試,進一步檢驗飛行器控制算法的優(yōu)越性。在以上研究的基礎上,最終完成四軸飛行器的整體設計和樣機試制。
  本文通過MATLAB對傳統(tǒng)PID和模糊PID控制算法的仿真和比較,仿真結果顯示: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,采用傳統(tǒng)PID算法,系統(tǒng)超調量為41.9%,上升時間為0.78;在模糊PID算法控制下,系統(tǒng)超調量為2

4、8.6%,上升時間為0.78s;較之于傳統(tǒng)PID算法,模糊PID算法比控制下系統(tǒng)超調量降低了13.3%,上升時間減少了0.09s。在試驗平臺上運行,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,同時在較大載荷下,采用傳統(tǒng)PID算法,系統(tǒng)超調量為37.5%,上升時間為0.62;在模糊PID算法控制下,系統(tǒng)超調量為22.5%,上升時間為0.57s;采用模糊PID的控制系統(tǒng)超調量降低了15.0%,上升時間

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