[發(fā)明專利]一種無人機精準噴霧控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110603056.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113303309B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 許童羽;于豐華;王定康;郭忠輝;馮帥
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: A01M7/00
• 分類號: A01M7/00;B64D1/18;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

本發(fā)明涉及植保無人機植保作業(yè)技術(shù)領域，公開了一種無人機精準噴霧控制系統(tǒng)及控制方法，控制系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)檢測模塊，參數(shù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)實時噴霧流量和目標噴霧流量的偏差來進行單神經(jīng)元神經(jīng)網(wǎng)絡訓練，獲得增量式PID控制算法的比例控制系數(shù)K_p、積分控制系數(shù)K_i和微分控制系數(shù)K_d，單神經(jīng)元神經(jīng)網(wǎng)絡通過Hebb學習規(guī)則對K_p、K_i和K_d進行調(diào)整，增量式PID控制算法根據(jù)調(diào)整后的K_p、K_i和K_d與流量偏差獲得PWM的調(diào)節(jié)占空比；噴霧控制模塊，用于將PWM的調(diào)節(jié)占空比轉(zhuǎn)換成隔膜泵的控制電壓，從而控制實時噴霧流量，這種無人機精準噴霧控制系統(tǒng)及控制方法，準確高效的進行噴霧流量的調(diào)節(jié)，能夠適應外界環(huán)境變換進行參數(shù)調(diào)整，大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及植保無人機植保作業(yè)技術(shù)領域，特別涉及一種無人機精準噴霧控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

目前，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中廣泛使用基于農(nóng)藥的化學防治手段。但是由于防治技術(shù)的相對落后，導致農(nóng)藥被過量使用，利用率低下，嚴重影響中國的糧食安全和農(nóng)業(yè)長遠發(fā)展理念。近年來，無人機技術(shù)得到了飛速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)領域得到了廣泛應用。大量研究表明，植保無人機田間作業(yè)效率遠高于傳統(tǒng)的人工作業(yè)，并且與大型的地面植保機械相比，植保無人機不受地形限制，調(diào)度靈活，適應性強，成本更低，適用于我國農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的需求。

現(xiàn)存的噴霧控制系統(tǒng)大多應用于地面噴霧裝備，采用的控制算法較為簡單，不能很好的滿足無人機作業(yè)時所需的實時性和穩(wěn)定性。此外，當前的植保無人機進行噴藥作業(yè)時，由于壓力的頻繁高速變化，會導致霧滴的粒徑大小和分布情況發(fā)生顯著改變，影響實際噴霧效果，而有些在作業(yè)過程中改變濃度式的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，從系統(tǒng)發(fā)出指令到濃度變化完成之間存在響應延時問題，不利于無人機高速的作業(yè)狀態(tài)，控制精度需要進一步優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種無人機精準噴霧控制系統(tǒng)及控制方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。

本發(fā)明提供了一種無人機精準噴霧控制系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)檢測模塊，用于對噴霧管道內(nèi)的藥液壓力和實時噴霧流量進行采集，獲取噴霧管道內(nèi)的藥液實時壓力數(shù)據(jù)和實時噴霧流量數(shù)據(jù)；

參數(shù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)實時噴霧流量和目標噴霧流量的流量偏差來進行單神經(jīng)元神經(jīng)網(wǎng)絡訓練，獲得增量式PID控制算法的比例控制系數(shù)K_p、積分控制系數(shù)K_i和微分控制系數(shù)K_d，單神經(jīng)元神經(jīng)網(wǎng)絡通過Hebb學習規(guī)則對比例控制系數(shù)K_p、積分控制系數(shù)K_i和微分控制系數(shù)K_d進行調(diào)整；

噴霧控制模塊，根據(jù)調(diào)整后的比例控制系數(shù)K_p、積分控制系數(shù)K_i、微分控制系數(shù)K_d進行增量式PID控制運算，獲得PWM調(diào)節(jié)占空比，將PWM的調(diào)節(jié)占空比轉(zhuǎn)換成隔膜泵的控制電壓，通過隔膜泵的控制電壓調(diào)整隔膜泵的轉(zhuǎn)速，從而控制實時噴霧流量。

上數(shù)據(jù)檢測模塊包括壓力傳感器和流量傳感器。

上述壓力傳感器采用SUP-P300壓力傳感器，所述流量傳感器采用YF-S302霍爾流量傳感器。

上述噴霧控制模塊包括：

霍爾電路，通過采集流量傳感器輸出的水流量轉(zhuǎn)換成脈沖頻率，換算出水流量；

A/D轉(zhuǎn)換電路，將管道的壓力信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞給單片機；

單片機控制電路，通過單片機內(nèi)嵌的單神經(jīng)元PID控制算法模型對出水流量和管道的壓力進行計算，獲得對隔膜泵的電壓控制量，通過電壓控制量對隔膜泵進行實時調(diào)整；