论文一种农用无人机飞行控制系统方案设计是关于本文可作为相关专业无人机论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文无人机论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
【摘 要】：为满足日益增长的农用无人机对飞行控制的需求,本文提出了一种集合了地面站,飞行控制系统的整体方案.首先分析了该方案的特点,随后分别给出了地面站系统和飞行控制系统的设计,最后基于该方案给出了在某农用无人机飞行控制系中的具体应用.该系统具有使用方便,成本低廉,在对农用无人机的普及应用方面有一定的工程和经济价值.
【关键词】：农用无人机；飞行控制系统；地面站
引 言
伴随着技术的逐渐成熟,无人机由于工作适应性强,操作灵活、工作效率高、使用成本低等特点,目前正受到世界范围内越来越多国家的关注,现已在民用领域做到到大力推广.无人机系统涉及的学科领域广、复杂程度高,包含有机体结构、飞行控制、数据传输、航路规划等,是集多种技术学科于一体的综合性研究对象.
植保无人机是农机领域的智能高端装备,是用于农作物保护作业的无人驾驶飞机,该型无人飞机由飞行平台（固定翼、单旋翼、多旋翼）、GPS 飞控、喷洒机构三部分组成,通过地面遥控或 GPS 飞控来实现喷洒作业,可以喷洒药剂、种子、粉剂等.
为了提高农药喷洒的效率和安全性,植保无人机服务农业首先在日本、美国等发达国家做到到了快速发展.1990 年,日本山叶公司率先推出世界上第一架无人机,主要用于喷洒农药.
中国作为农业大国,18 亿亩基本农田每年需要大量的农业植保作业[1].据统计,全世界每年有 300 万农药中毒者,我国每年由于农药污染食品而造成的中毒者人数年均近 20 万,约占食物中毒人数的 1/3.利用农用无人机进行植保作业,由操控人员进行远距离遥控,甚至采用预先航路规划的方法,由无人机自主飞行,完成植保作业,该方式将打破特殊地势的局限,同时使人与农药的接触率降到最低,防治效果相比人工和其它措施有了显著改善,同时节省了用药量和用水量,提高了药物使用率,能够极大提高生产效率.
为了适应农业信息化的要求,农用小型无人机除了要求其自身的特点之外,还要具备对飞行姿态进行稳定及精确的控制系统.目前无人机领域还没有成套面向农业领域的无人机的飞行控制与任务管理系统,现有的飞行控制与任务管理系统大多沿用国外已有的技术或者沿用一部分军事领域常用的技术,具有系统复杂,开发成本高等缺陷.所以研究一种适合于农业领域的具有复杂度较低,精确度较高,操作使用简便的的农用无入机控制与任务管理系统具有十分重要的经济意义.本研究根据农用无人机的使用特点,设计了一套农用无人机的飞行控制与任务管理系统,其特点是：系统复杂度较低、控制精度高、任务规划系统简便易操作,适用范围广泛等特点.
1 无人机飞行控制系统总体架构
无人机飞行控制系统是无人机的神经中枢,其功能主要有自动增稳控制和与导航设备联合使用实现自主飞行.在无人机收到干扰,陀螺仪、加速度计及大气数据测量系统将敏感到的无人机姿态信息、位置信息、加速度信息和速度信息等参数送至飞行控制计算机经过飞控结算后,通过控制操纵面偏转调整无人机的姿态和速度,保证无人机按照预定的轨迹飞行[2].
本文设计的飞行控制系统,将飞行控制单元、地面测控系统和飞行仿真计算机进行综合设计,整个飞行控制系统的原理如图1所示：
图1 飞行控制系统总体方案
其中,自动驾驶仪完成导航结算及无人机姿态控制,完成无人机指定任务；地面能够接收无人机下传的遥测信息,对无人机的状态及任务完成情况进行实时监测,同时能够通过无线链路上传航路信息及遥控操作信息,实时对无人机操控.
在此对该系统进行简要的介绍,整个无人机飞行控制系统具有三种工作模式：全自主工作模式,半自主工作模式及遥控飞行控制模式.全自主模式：无人机飞行控制系统按照预先设定的航路信息及任务指令,全程自主完成飞行控制,无需飞控手参与.半自助工作模式：无人机接入增稳控制,操控手通过地面站将遥控指令信息,如姿态,速度指令上传至自动驾驶仪,完成无人机遥控操作飞行.遥控飞行模式：飞控手操作遥控器,通过遥控接收机接收遥控指令,直接控制无人机的飞行,该模式多应用于无人机控制参数调节阶段.
此外,该飞行控制系统还设置了飞控手遥控飞行训练功能,通过模拟训练,增加飞控手对无人机性能的了解,降低实际飞行中遥控操作的风险.
2 无人機地面测控系统
无人机测控系统主要用于传输地面操控人员的指令,传送地面站实时规划的无人机飞行航迹信息,能够实现无人机飞行控制参数的在线调整；负责将无人机的姿态参数、位置坐标和工作状态等信息回传给地面站,由地面站实时显示无人机的飞行参数、飞行姿态、航向航迹等信息,还可以对飞行数据进行保存和回放.
无人机地面测控系统包括：测控计算机,差分GPS基准站,高增益天线等设备构成.其中测控计算机运行于windows环境,操纵杆通过USB接口接入测控计算机.
测控计算机接收的无人机姿态、位置等信息在地面站软件实时显示,
本文所选择地面站系统应用于本研究后期的验证性实验,将主控系统与该地面站通过电台建立双向数据通信,以达到对无人机遥控指令上传、差分基准数据上传及遥测数据下传监测等功能.其界面如图2所示.
图2 地面控制站界面示意图
该地面站需要通过主控制板与GPS模块和数据传输模块来创建出整体运行机构,地面站功能如图3所示.在执行航行任务过程中大多运用地面站数据显示结构中的仪表界面和电子地图显示功能完成对飞行数据和飞行轨迹的监测,并在数据分析结构中完成对飞行数据的记录.同时,地面站还提供了“遥控自动驾驶”的模式使做到飞行器在手动控制下可以按照期望的飞行轨迹进行飞行.
图3 无人机地面站系统功能图
这款地面站所具备的主要特点有：支持众多类型的无人驾驶工具,包括固定翼,多旋翼,直升机和地面车辆等.并且相关程序已经编写完备,只需输入控制参数即可对控制对象进行操控.在实际飞行时支持多个航点规划,可对上百个航点进行设定.
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参考文献：
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