农用植保无人直升机高精度高度控制技术研究

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1、第46卷第2期2016年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．46No．2Mar．2016农用植保无人直升机高精度高度控制技术研究刘世隆，王丁伟，祖家奎(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：随着农用植保无人直升机这一新型农用机械的推广，对其飞行控制系统的稳定性、可靠性和安全性有了更高的要求。针对农用植保无人直升机基本作业于0．5—2m的近地空中，考虑到高度对飞行安全和喷洒效果的影响，因此要求更高的控制精度和抗干扰能力。从反馈信号和控制方案两个角度展开对农用植保无人直

2、升机高精度高度控制技术的研究，并通过仿真验证高度精确控制技术的可行性。关键词：农用植保无人直升机；高精度；高度控制；反馈信号；控制策略中图分类号：V279；V249文献标识码：A文章编号：1671．654X(2016)02．0123-04ResearchonAgriculturalEppoUnmannedHelicopterHigh-precisionHeightControlLIUShi·long，WANGDing-wei，ZUJia-kui(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUnive

3、rsityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：RecentlytheagriculturalEppounmannedhelicopter，anovelmachineryhasbeenwidelypro—moted，whichofcourserequireshighlyonthestability，reliabilityandsecurityoftheflightcontrolsystem．Becauseagriculturaleppounmannedh

4、elicopterwestudiedisoperatedabout0．5～2metersneartheground，consideringtheinfluenceonflightsafetyandsprayingeffectofthisheight，highercontrolpreci-sionandanti—interferenceabilityareneeded，inthispaper，wewillstudytheheightcontroltechnologyofthisspecialhelicopterintwoways，w

5、hishisfeedbacksignalandcontrolstrategy，andthefeasibilityoftheheightcontroltechnologyisverifiedbysimulationtest．Keywords：agriculturaleppounmannedhelicopter，high-precision，heightcontrol，feedbacksignal，con—trolstrategy引言随着科学技术的发展及现代农业的机械化的推进，农用植保无人直升机作为一种新型的农用机械运用到农业生产中。

6、农用植保无人直升机其重量一般在100kg以下，有效载荷在10—30kg不等，飞行速度在20m／s以下，每小时工作面积可以达到100多亩，主要应用于农药喷洒、农田灌溉、人工授粉等方面。农用植保无人直升机具有体积小、重量轻、强耦合及静不稳定性，其作业区域一般在低空(O．5～2m)、低速的环境，受到地效和风等不确定外界因素的影响，并受到成本、重量、体积的制约，其机载传感器精度一般也不高。因此，对农用植保无人直升机飞行控制系统有更高的控制要求⋯。1高度控制影响因素及需求分析就常规无人直升机而言，高度通道的控制是通过无人直升机总距变化实现的

7、，由于单旋翼直升机特殊的结构，导致高度通道和发动机通道、尾桨通道之间的耦合严重。考虑到发动机的磨损和寿命问题，同时为了降低控制难度，现有无人直升机一般采用恒定发动机转速控制。从发动机通道耦合而言，总距的快速变化会影响发动机的转速的恒定；从尾桨通道耦合性而言，总距的变化导致主旋翼对机身的反扭矩变化，从而直接影响航向通道的稳定性。综合以上因素，高度通道的变化需要一个缓慢变化的平稳过程。从控制性能上来讲，高度通道在阻尼特性以及控制精度上要求较高，控制精度上要求高，具备一定的抗干扰能力心J。而农用植保无人直升机一般在低空、低速的环境下作业

8、，其飞行高度一般距离地面0．5～2m，基本处于收稿日期：2015—12—15修订日期：2016—03—01基金项目：南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目资助(NS2013031)作者简介：刘世隆(1991一)，男，湖南益阳人，硕士研究生，主要