基于pixhawk的多旋翼全自動(dòng)植保無人機(jī)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、植保無人機(jī)作為新興的植保機(jī)械之一，因其具有作業(yè)效率高、防治效果好等特點(diǎn)，所以近年來得到了快速發(fā)展。而飛行控制系統(tǒng)是保證植保無人機(jī)可以順利完成植保作業(yè)任務(wù)的關(guān)鍵。本文以如何實(shí)現(xiàn)植保無人機(jī)的全自動(dòng)化作業(yè)為研究目標(biāo)，主要的研究?jī)?nèi)容有：
　　1.以串級(jí)PID為基礎(chǔ)，完成了飛行控制系統(tǒng)中的姿態(tài)控制器、高度控制器以及位置控制器的設(shè)計(jì)。在姿態(tài)控制器中，利用EKF濾波算法對(duì)陀螺儀、加速度計(jì)以及磁力計(jì)三種傳感器解算出來的三種姿態(tài)角（俯仰角θ、翻滾角

2、γ、偏航角ψ）信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從而獲得高精度的姿態(tài)角信息。在高度控制中，先利用限幅法去除高度傳感器采集到的異常數(shù)據(jù)，然后使用加權(quán)滑動(dòng)平均濾波對(duì)高度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。加權(quán)滑動(dòng)平均濾波算法不僅可以使獲得的高度數(shù)據(jù)變化平滑，而且還可以提高飛行控制系統(tǒng)對(duì)高度變化的響應(yīng)速度。
　　2.以實(shí)現(xiàn)植保無人機(jī)的全自動(dòng)作業(yè)為目標(biāo)，對(duì)飛行控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與軟件編碼實(shí)現(xiàn)。包括自動(dòng)起降功能、自動(dòng)巡航功能、自主避障功能、斷點(diǎn)續(xù)飛功能以及變量噴灑控制

3、。其中自主避障是基于激光位移傳感器來實(shí)現(xiàn)的，飛行控制系統(tǒng)首先根據(jù)激光位移傳感器傳來的障礙物的具體信息，把障礙物分為柱形和面型障礙物兩類，然后飛行控制系統(tǒng)根據(jù)障礙物類別的不同而采取不同的避障策略，柱形障礙物采取弧線繞飛策略；面型障礙則采取折線型避障策略，在成功避過障礙物后，植保無人機(jī)可以返回原規(guī)劃航線繼續(xù)執(zhí)行植保作業(yè)任務(wù)。而斷點(diǎn)續(xù)飛功能指的是飛行控制系統(tǒng)可以根據(jù)剩余藥量、電量信息計(jì)算出規(guī)劃航線中的最佳返航位置及降落位置，當(dāng)植保無人機(jī)需要返

4、航時(shí)，飛行控制系統(tǒng)可以記錄下植保無人機(jī)的當(dāng)前作業(yè)狀態(tài)以及當(dāng)前位置作為斷點(diǎn)，并在更換藥液和電池后，植保無人機(jī)可以直接返回?cái)帱c(diǎn)位置并繼續(xù)執(zhí)行未完成的植保作業(yè)任務(wù)。最后噴灑管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是根據(jù)植保無人機(jī)飛行速度及位置的不同對(duì)藥液的噴灑半徑及噴灑量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。
　　3.完成了四軸八旋翼植保無人機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。
　　4.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)飛行控制系統(tǒng)的自動(dòng)起降功能、自動(dòng)巡航功能、斷點(diǎn)續(xù)飛功能以及自動(dòng)避障功能進(jìn)行實(shí)際飛行測(cè)試，最終