基于改进ESKF的植保无人机时延位姿补偿算法

为解决全球导航卫星系统和惯性测量单元融合时间不同步问题,提高植保无人机位姿估计精度,本文根据植保无人机大惯性、强振动的特性提出一种基于改进误差状态卡尔曼的时延位姿补偿算法。首先对名义状态变量线性预测,引入渐消因子提高强振动环境下的系统稳定性;接着采用互补滤波对角速度补偿,对姿态误差状态变量修正;最后结合测量的延迟时间,使用互补滤波外推数据,提高大惯性特性下的速度位置精度。实验结果表明,相较于误差状态卡尔曼算法,横滚角和俯仰角均方根误差减少0.2669°和0.2414°,偏航角均方根误差减少0.0764°;正常航迹植保作业下,东北天方向速度均方根误差减少0.2105、0.1849、0.2388 m/s;东北天方向位置均方根误差分别减少0.21、0.19、0.23 m,有效提高位姿估计精度。

植保无人机喷施棉花脱叶剂与配套助剂使用配比研究

为了进一步研究植保无人机喷施棉花脱叶剂关键技术,本文采用极飞P30四旋翼电动植保无人机(UAV)(以下简称极飞P30)喷施棉花脱叶剂“瑞脱龙”,研究了瑞脱龙与配套专用助剂4种配比处理对棉花的脱叶率、吐絮率以及产量和品质的影响。结果表明:无人机喷施瑞脱龙与专用助剂配比为1∶1时,20 d后棉花的脱叶效果和吐絮效果较其他处理最好。且与对照相比对棉花铃重、衣分及纤维品质等主要指标无不利影响。

直线型倾转多旋翼植保无人机建模与控制

针对直线型倾转多旋翼植保无人机模型耦合复杂、作业时易受施药执行器干扰等问题,提出了一种模型补偿-线性自抗扰控制算法。首先建立无人机运动学和动力学模型,并分析作业时离心喷头产生的力矩作用影响;然后将作业模型中的固定部分作为已知扰动,引入模型补偿-扩张状态观测器估计内外未知总扰动并动态补偿控制系统,完成位姿控制器设计。仿真结果表明,所提出的算法在作业场景下偏航角度误差小于0.2°,恢复时间小于0.55 s,相比于PID算法和线性自抗扰算法最大角度偏差分别降低3.4°和0.9°,恢复时间减少3.1和0.99 s,具有较强的鲁棒性。飞行实验表明,该无人机可以很好地跟踪植保作业轨迹,最大位置稳态误差小于15 cm,满足植保作业需求。

四旋翼植保无人机机臂折叠机构轻量化设计

为了更好地实现农业无人机整机的轻量化,以某四旋翼植保无人机机臂折叠机构为对象展开研究。首先,依据机臂折叠机构的工作原理、结构特征和载荷状况,建立了机臂折叠机构的三维模型;其次,在对机臂折叠机构进行静力学分析和模态分析的基础上,以质量优化为目标,将未受力部分设计为优化区,并对其进行拓扑优化;最后,通过对优化结果的分析,在UG三维建模软件中重建实体模型,并再次进行静力学分析和模态分析,验证优化后的机臂折叠机构是否满足四旋翼植保无人机在实际工作中的静动态特性要求。研究结果表明:优化后机臂折叠机构的质量由最初的231.54g减少至204.21g,无人机整机总质量降低了109.32g,且优化后的机臂折叠结构在减轻质量的同时提升了结构的整体性能。

植保无人机在露地甜瓜病虫害防治中的应用分析

车载电动喷雾器、吊杆喷雾器和人工背负式喷雾器是露地甜瓜防治病虫害常用的施药方式,存在损坏作业人员健康、劳动强度大、作业效率低等问题。采用植保无人机施药已成为甜瓜病虫害防治更为高效的技术手段,但是生产中也存在防治效果参差不齐、甜瓜叶片易受损等问题。为预防此类问题的发生,本文通过研究植保无人机在露地甜瓜病虫害防治中的应用流程及注意事项,探讨其应用效果,对于提高露地甜瓜生产效益和安全性具有重要意义。

植保无人机喷施封闭除草剂对稻田杂草的防效研究

为探究植保无人机喷施除草剂对直播稻田杂草防效,采用50%丁草胺乳油、26%噁草酮悬浮剂、350 g/L异噁草松微囊悬浮剂、300 g/L丙草胺乳油4种封闭除草剂,在飞行高度2 m和3 m,用水量22.5、45.0 L/hm^(2)条件下设置不同处理,考察播前施药结合水层管理及播后干封对水稻安全性及对直播稻田不同种类杂草的防除效果。结果表明,26%噁草酮悬浮剂2个用水量处理的成苗率和苗高显著低于其余处理,播后30 d各处理水稻分蘖数均显著高于空白对照,各处理5株苗茎基宽与空白对照无差异。药后15 d,3种除草剂供试浓度下高用水量处理对稗草、千金子、多花水苋、异型莎草等杂草的防效均优于低用水量;播前水封与播后干封效果整体上差异不大。药后40 d,整体上各处理防效均降低,26%噁草酮悬浮剂、350 g/L异噁草松微囊悬浮剂在高用水量时对稗草的株数防效显著优于低用水量,3种药剂在高用水量时对千金子的株数防效均显著高于低用水量,鲜重防效与株数防效趋势基本一致。3种药剂不同飞防参数下对异型莎草和多花水苋的防效有差异,且效果较差。同一药剂在用水量45 L/hm^(2)和飞行高度3 m时对不同杂草的防效优于用水量22.5 L/hm^(2)和飞行高度2 m处理。不同除草剂对不同种类杂草的防效存在差异,高用水量播前施药结合水层管理对不同杂草的防效均优于播后干封处理。后期应适时进行茎叶处理,以提升施药对田间杂草的治理效果。

植保无人机烟草大田施药作业参数优选

为探究当前主流植保无人机作业参数对烟草大田不同时期雾滴沉积分布规律的影响,获得雾滴最佳分布效果,以电动多旋翼植保无人机为对象,采用三因素三水平的正交试验对植保无人机飞行高度、飞行速度、施药量3个作业参数优化组合,同时对植保无人机的田间有效喷幅进行检验。结果表明:(1)在烟草伸根期最佳作业参数为飞行高度3 m、飞行速度4 m/s、施药量15 L/hm^(2);(2)在烟草旺长期最佳作业参数为飞行高度3 m、飞行速度5 m/s、施药量15 L/hm^(2);(3)在烟草成熟期最佳作业参数为飞行高度5 m、飞行速度4 m/s、施药量30 L/hm^(2);(4)植保无人机在烟草上的作业喷幅宜设为3~4 m。该试验结果可为后续植保无人机在烟草不同生长期的病虫害防治提供理论基础。

基于Fluent的重载植保无人机雾滴沉积特性的研究

以有效载荷为135kg的FBH-300T纵列式重载油动双旋翼无人机为研究对象,测量了飞机旋翼风场和喷头数据,并使用Fluent建立喷头在外流场中的仿真模型。采用计算流体力学(Computer Fluid Dynamic,CFD)的方法,对FBH-300T无人机飞行速度、侧风和载荷对飞机施药过程中雾滴沉积的影响进行了仿真计算和试验验证。结果表明:植保无人机的飞行速度、侧风和载荷都会影响雾滴的沉积分布,雾滴沉积受侧风的影响最大,其次为飞行速度,受载荷的影响最小;在0~2m/s的侧风和0~5m/s的飞行速度范围内,雾滴的穿透性和漂移变化不大;飞机从满载到空载的施药过程中,雾滴沉积特性基本不发生变化,符合田间试验结果。由此证明:使用Flu-ent开展植保无人机雾滴沉积特性的相关研究是可行的,能够为植保无人机雾滴漂移、运动及沉积研究提供参考。

植保无人机对水稻病虫害防治应用效果分析

植保无人机通过搭载各类传感器和作业设备,实现对农田作物的病虫害监测、识别和防治,与传统人工施药和检测方式相比,植保无人机具有作业效率高、作业范围广、作业精度高等优点,正逐渐在农业生产中发挥重要作用。该文通过对植保无人机在水稻病虫害防治中的应用效果进行综述分析,总结了现存问题,并对未来发展趋势进行展望,得到植保无人机在病虫害防治过程中具有作业效率高、施药精准、环境友好等特点,可为实现精准农业、提高农业产值提供参考。

基于CFD仿真植保无人机在各工况下对施药效果的影响

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。

基于语音识别处理的植保无人机航行路径控制研究

设计了基于HMM的语音识别处理算法,分析了植保无人机的结构与工作原理,并利用改进人工势场法对植保无人机的飞行控制和航行轨迹规划进行分析了研究。试验结果表明:语音控制控制准确度非常高,达到了90%及以上;植保无人机航行路径控制准确,能够成功避开障碍物,并动态规划最优飞行路径。

植保无人机喷施灭草松防除燕麦田杂草的雾滴沉积特性及除草效果

【目的】旨在探究应用植保无人机进行改变无人机飞行高度、飞行速度以及喷幅喷施燕麦田间除草作业的雾滴沉积分布特性及杂草防除效果。【方法】选用大疆T30植保无人机作为测试器械,采用作业高度、速度、喷幅设计三因素三水平正交试验测定了燕麦叶片的雾滴沉积规律。同时田间试验测定了喷施除草剂对燕麦混播田靶标杂草的防效。【结果】采用T30植保无人机喷施480 g/L灭草松AS,当作业参数喷幅为4 m/mL、作业高度为1.5 m、作业速度为5 m/s时燕麦叶片上的雾滴覆盖率为6.98%,雾滴沉积密度为107.80个/cm^(2),在设置的所有处理中最高,雾滴平均直径达1447μm。分析认为影响燕麦叶片雾滴覆盖率和沉积密度的主要因素依次为作业高度、作业速度、喷幅,而影响雾滴直径的因素依次为作业速度、喷幅和作业高度。喷幅4 m、飞行高度1.5 m、飞行速度5 m/s为T30植保无人机在喷施灭草松除草剂时的最佳飞行参数,施药后40 d时对燕麦田杂草的株防效为87.07%,鲜重防效为91.45%。与对照相比,增产幅度为437.47 kg/hm^(2),增产率为10.09%。【结论】揭示了植保无人机T30在燕麦田喷施480 g/L灭草松AS除草剂时的雾滴沉积分布规律及其在田间的除草效果,为植保无人机在农业领域的广泛应用提供数据支持和技术支撑。

玉米不同生育期多旋翼植保无人机防治草地贪夜蛾施药参数优化

【目的】比较多旋翼植保无人机在玉米不同生育期施药参数对作业质量和草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)防治效果的影响,筛选最佳施药参数,为草地贪夜蛾精准用药提供科学依据。【方法】以大疆T20型六旋翼植保无人机为对象,分别在玉米大喇叭口期和抽穗期对作业高度、作业速度和喷头型号进行沉积分布优选试验以及调查药后7 d玉米上草地贪夜蛾的虫口减退率和防治效果。【结果】玉米大喇叭口期:当无人机飞行速度为4 m/s、高度为2.5 m、喷头型号为SX110015VS时,雾滴归一化平均沉积量最高为0.45μL/cm^(2);当无人机飞行速度为4 m/s、高度为1.5 m、喷头型号为SX110015VS时,雾滴密度和覆盖率平均值均最高、分别为44.92个/cm^(2)和9.31%。玉米抽穗期:当无人机飞行速度为4 m/s、高度为2.5 m,喷头型号为SX110015VS时,雾滴归一化平均沉积量、雾滴密度和覆盖率平均值均最高,分别为0.50μL/cm^(2)、82.92个/cm^(2)和7.67%。【结论】在玉米大喇叭口期和抽穗期施药参数选择时需结合田间实际病虫害发生情况,当无人机飞行速度为4 m/s、飞行高度为2.5 m,喷头型号为SX110015VS时,雾滴沉积量均最高,且施药后7 d对草地贪夜蛾的校正防效均在85%以上。

助剂对植保无人机喷施雾滴沉积特性和棉蚜防效的影响

【目的】探明植保无人机喷施农药时添加助剂对雾滴沉积特性和棉蚜防治效果(防效)的影响。【方法】选用大疆T30植保无人机在棉花蕾期进行田间喷雾试验,比较添加6种助剂(牙克透、倍达通、植物三餐、农健飞、奇功和倍倍加)对39%螺虫·噻嗪酮悬浮剂的雾滴粒径、密度、覆盖率和沉积量及棉蚜防效的影响。【结果】与不添加助剂的对照相比,添加6种助剂均能提高棉花上部、中部和下部叶片上的雾滴密度、覆盖率和沉积量。添加倍倍加、倍达通处理的雾滴粒径、密度、覆盖率和沉积量均较大,棉株上部、中部和下部叶片上的雾滴密度、覆盖率和沉积量均显著高于对照处理。添加6种助剂的各处理在药后1 d、3 d、7 d和14 d对棉株上部、中部和下部棉蚜的防效均高于对照处理,其中,添加倍倍加处理的防效最好,倍达通处理次之。【结论】添加助剂倍倍加和倍达通可改善雾滴沉积特性,对棉蚜具有较好的防效,对39%螺虫·噻嗪酮悬浮剂防治棉蚜具有很好的增效作用。

提升水稻上植保无人机喷施药液沉积效果的关键因素

旨在解决植保无人机在水稻上施药后存在雾滴分布不均、农药沉积率不高等实际田间作业问题,比较分析了飞防助剂、施药液量、飞行速度对植保无人机在水稻上施药后雾滴分布和农药沉积率的影响,明确可产生显著性差异的关键因素,进一步分析该因素是否影响农药混配药液的微粒物理性质和润湿性能。结果表明:在三因素三水平的正交试验中,不同试验处理在上层收集的雾滴的面积显著大于中层和下层,加入助剂促使试验处理在不同高度上的雾滴分布较为均匀,它们在中、下层收集的雾滴的面积占比明显得到提高;飞防助剂、施药液量和飞行速度可不同程度地影响农药沉积率,农药沉积率范围在43.72%~68.63%;体现3个因素对农药沉积率影响程度的R值分别为13.44、6.25和4.93,其中仅飞防助剂产生的差异达显著性水平;在药液混配后0~48 h内,加入2种不同助剂均可显著降低其表面张力和静态接触角,加入2种不同助剂的药液之间则未表现显著差异;此外,呈现较高农药沉积率的助剂品种则可同时有效降低药液在混配后0~48 h内的粒径大小和粒径分散程度。研究结果对于植保无人机在水稻上的精准施药技术提升具有重要参考依据,可以提高农药沉积率,减少农药流失。

植保无人机喷施纳米农药制剂对水稻害虫的防效研究

为推广应用纳米农药制剂防治水稻害虫,开展了植保无人机喷施纳米农药制剂和常规药剂对水稻钻蛀性螟虫、稻纵卷叶螟和稻飞虱的防治效果对比试验。结果表明,植保无人机喷施纳米农药制剂对水稻钻蛀性螟虫的防效为66.40%~68.48%,喷施常规药剂对水稻钻蛀性螟虫的防效为55.93%~58.51%;植保无人机喷施纳米农药制剂对稻纵卷叶螟的防效为67.09%~70.89%,喷施常规药剂对稻纵卷叶螟的防效为55.99%~62.65%;植保无人机喷施纳米农药制剂对稻飞虱的防效为75.07%~94.48%,喷施常规药剂对稻飞虱的防效为66.11%~91.81%。植保无人机喷施纳米农药制剂对水稻钻蛀性螟虫、稻纵卷叶螟和稻飞虱的防治效果比常规药剂好。

植保无人机喷施化学封顶剂不同作业参数对棉花冠层雾滴沉积的影响

为探索植保无人机化学封顶作业的雾滴沉积特征,本研究开展了添加助剂和无助剂的植保无人机不同作业参数的两组田间试验,每组采用两因素裂区试验设计,无人机作业高度为主区(2.0 m、2.5 m、3.0 m、3.5 m,以H1、H2、H3、H4表示),无人机飞行速度为副区(3 m s、5 m s、7 m s,以V1、V2、V3表示),测定棉花冠层上、中、下部叶片雾滴密度、雾滴沉积量和雾滴粒径特征,评价飞喷作业效果。结果表明1)上部冠层中,H2V2的雾滴密度最大,其次是H1V1,平均雾滴密度助剂组较无助剂组高21.78%;雾滴沉积量以H2V2最大,助剂组达0.3833μL cm^(2),无助剂组达0.2667μL cm^(2);H3V2、H4V1和H2V2的雾滴相对粒径谱宽度显著小于其他处理,且其助剂组的明显低于无助剂组;2)中部冠层中,H2V2的雾滴密度及雾滴沉积量最大,其次是H3V1,平均雾滴密度及助剂组雾滴沉积量较无助剂组高52.80%和123.12%;雾滴相对粒径谱宽度助剂组以H3V1最低,无助剂组以H4V3最低,其平均值助剂组较无助剂组低7.62%;3)下部冠层中,H2V2的雾滴密度最大,其次是H1V1,平均雾滴密度助剂组较无助剂组高69.10%;雾滴沉积量助剂组以H2V2最大,其次是H3V1,无助剂组以H1V1最大,其次是H2V2,其平均值助剂组较无助剂组低93.73%;雾滴相对粒径谱宽度助剂组以H2V1最低,无助剂组以H4V1最低,其平均值助剂组较无助剂组低9.10%;4)雾滴密度和雾滴沉积量随冠层加深而降低,雾滴相对粒径谱宽度则差异不大。冠层雾滴沉积总量以H2V2最大,助剂组达0.8343μL cm^(2),无助剂组为0.4221μL cm^(2),各部分雾滴沉积量CV值,助剂组以H2V2最小,无助剂组以H1V2和H2V2较小。综上所述,添加助剂且无人机作业高度为2.5 m、速度为5 m s时群体雾滴沉积量及均匀性最大,雾滴穿透性最强,可作为实际应用的参考。

基于飞防参数植保无人机对烟草赤星病防治效果研究

为提升植保无人机对烟草赤星病防治效果,利用大疆T30植保无人机开展烟草喷洒试验,通过设置飞行高度、速度及亩用量的正交试验得到不同处理结果下的雾滴数量、密度、沉积量及发病率等数据,揭示植保无人机作业雾滴分布规律及赤星病防治效果。结果表明:雾滴分布参数均随叶片部位下移而下降。当飞行参数在高度2.5 m,速度4 m/s,亩用量2 L时,其雾滴分布状况及均匀性均高于其他植保无人机作业处理。同样该工况下,赤星病防治效果优于其他飞防处理,7天及15天发病率仅为15.07%、17.81%,与传统人工背负式喷药达到一致水平。各因素参数影响防治效果的主次顺序是飞行高度、亩用量、速度,通过试验得出植保无人机最佳作业参数为飞行高度2.5 m,用量2 L/667m2,速度适宜情况下为最优工况。成果对烟叶赤星病植保无人机防治提供理论支撑,以期为赣南地区烟叶植保生产环节提供技术参考。

基于深度学习的植保无人机识别系统应用研究

针对人工识别病虫害种类并定位的方法精度低、速度慢且人工成本巨大的问题,基于深度学习对植保无人机的识别系统应用进行研究。该识别系统主要包括3层,分别是感知层、传输层和应用层。为使植保无人机能够准确地识别病虫害种类并定位,采用深度学习算法进行人工智能识别,并对卷积神经网络和识别的评价指标进行了设计。为验证该识别系统的性能,进行了训练和测试试验及系统在其他数据集的测试试验。试验结果表明:系统的病害识别率较高,且具有良好的可移植性。

植保无人机雾滴飘移测试试验台设计及飘移性能分析

目前,我国对植保无人机研究主要集中在药液雾滴沉积、喷头结构分布及机具性能优化等方面。而对植保无人机施药技术更加透彻的理论分析还处于初级阶段,对精准施药方面如喷嘴技术参数、飞行作业最佳高度还没有统一参数标准,缺少标准的施药技术和作业规范,在不规范的作业参数下,喷雾质量极易受到影响、导致药液雾滴飘移并对周边作物生长环境造成破坏。针对上述问题,建立了植保无人机雾滴飘移测试试验台,研究植保无人机喷雾流场中不同旋翼转速下风场风速、喷雾压力对雾滴飘移运动的影响,并总结植保无人机喷雾施药作业中旋翼转速和喷雾压力的自身性能参数对雾滴飘移的影响规律。研究结果可为国内植保无人机喷雾施药技术优化发展提供基础理论参考。