一种驱动解耦植保无人机的控制系统及控制方法

摘要

本发明涉及一种驱动解耦植保无人机的控制系统及控制方法,包括无人机植保综合管理模块、高度控制子模块、航路导航控制子模块，喷雾控制子模块。植保综合管理模块管理航路导航、喷雾作业、飞行高度控制以及作业参数设定等交互功能；高度控制子模块测量无人机距离作物冠层的距离，并保持无人机的作业高度，降低自然风影响而产生的雾滴飘失，保证了作业效果；航路导航控制子模块使无人机沿预设作业航路飞行，做到精确导航；喷雾控制子模块依据无人机的作业位置实时控制植保作业开关，有效避免农药的漏喷和重喷。本发明实现了植保无人机的自主飞行控制，铅垂升力与水平推力的驱动解耦保证控制系统的简单可靠，减轻操作人员的劳动强度，避免农药漏喷或重喷。

主权项

一种针对驱动解耦植保无人机平台的控制系统，其特征在于：包括无人机植保综合管理模块、高度控制子模块、航路导航控制子模块，喷雾控制子模块；所述无人机植保综合管理模块作为整个无人机控制的控制核心，管理航路导航控制子模块、喷雾作业控制子模块、高度控制子模块的信息交换以及实现作业参数设定人机交互功能；所述高度控制子模块可以测量无人机距离作物冠层的距离，并且实时调整无人机铅垂方向升力使之稳定在作业高度上；所述航路导航控制子模块使无人机沿预设作业航路飞行，同时可以随时调整飞行过程中出现的航路误差，做到精确导航；所述喷雾控制子模块依据植保无人机的作业位置实时控制植保作业开关，有效避免农药的漏喷和重喷；所述的无人机植保综合管理模块，包括飞控处理单元、信息接收单元、控制信息输出单元；所述的飞控处理单元选用DSP处理器；所述的信息接收单元包括高度信息输入接口、飞行信息输入接口、无线传输模块和无线信息输入接口；所述的控制信息输出单元包括高度控制信息输出接口、飞行姿态调整信息输出接口和喷药控制信息输出接口；所述的高度信息输入接口采用UART接口与飞控处理单元通讯；所述的飞行信息输入接口的SPI接口与飞控处理单元通讯；所述的无线传输模块经无线信息输入接口与飞控处理单元进行远程通信；所述的高度控制子模块包括超声波测高装置和高度控制单元；所述的超声波测高装置测量无人机与作物冠层的实际距离；所述的高度控制单元包括油门舵机、发动机、大旋翼；所述油门舵机利用测高传感单元反馈的信息调整发动机油门大小，控制输出动力大小，进而控制大旋翼的旋转速度，调整无人机铅垂向的升力；测高传感单元经过高度信息输入接口进入飞控处理单元，经飞控处理单元计算后，再经高度控制信息输出接口输出控制参数，控制油门舵机的油门大小，以控制大旋翼速度，进而调整无人机高度；所述的航路导航控制子模块包括飞行参数传感单元和飞行姿态调整单元；所述的飞行参数传感单元包括GPS装置、6轴运动处理组件和电子罗盘；所述的GPS装置通过飞行信息输入接口送入飞控处理单元，GPS装置获取无人机的空间位置和飞行速度信息，用于控制无人机沿着预定航路进行作业；所述的6轴运动处理组件为3轴陀螺仪和3轴加速器仪组合模块，用于测量无人机空间三个旋转自由度的偏转角度和三个平移自由度的加速度值；所述电子罗盘利用内置磁阻效应传感器，用于确定无人机相对地磁场的绝对航向角；所述的6轴运动处理组件和电子罗盘采用MEMS传感器，各传感器信号通过AD转换后由飞行信息输入接口送入飞控处理单元；所述飞行姿态调整单元分为前后向姿态调整模块和左右向姿态调整模块，每个模块均包括机身两侧与其相应的电子调速器、电机和小旋翼；所述电子调速器与电机连接，电机随着电子调速器输出的电机驱动电流的大小和方向变化改变电机的转速和转向，小旋翼和电机共轴连接，产生不同推力带动无人机调整飞行姿态；所述的飞行参数传感单元经 过飞行信息输入接口进入飞控处理单元，飞控处理单元依据飞行参数传感单元获取的无人机GPS位置和姿态信息与飞控处理单元计算的无人机姿态调整参数，再经飞行姿态调整信息输出接口输出控制参数，改变电子调速器的输出电流大小和方向，以控制小旋翼速度，进而调整无人机的飞行姿态和水平速度；所述的喷雾控制子模块包括继电器、电动隔膜泵和喷头组；所述的继电器与电动隔膜泵连接，用于控制电动隔膜泵开关；所述的电动隔膜泵通过药液管与喷头组连接，用于将药液从药液箱中泵出；所述的喷头组用于将药液雾化喷洒到空中，再由无人机的下洗气流夹带雾滴到作物表面；所述的喷药控制信息输出接口与继电器连接，飞控处理单元依据是否到达喷雾区域进行继电器开关的控制，从而控制电动隔膜泵是否进行喷雾作业。