农用植保无人直升机飞行操控技术研究

摘要

农用植保无人直升机以其高效、安全、便捷以及低成本的作业特点在现代化农业生产中拥有着广阔的应用和市场推广空间。本文以40Kg级微小型无人直升机为研究对象，旨在研制适合农用植保无人直升机农药喷洒作业的飞行控制系统，从软硬件架构、飞行控制律、操控安全以及软件实现等角度对基于操纵杆的飞行控制的相关技术展开研究。
　　根据课题研究的目的和技术需求，论文首先简述了农用植保无人直升机的飞行控制系统硬件基础，制定了飞控系统软件架构的优化方案和研究方法；其次详细地介绍了以实时操作系统、底层驱动和数据通信为主要内容的系统优化；然后重点对基于操纵杆的飞行控制技术展开了研究，改进了操纵杆的前置信号处理方法和功能定义，完成了农用植保无人直升机多通道内/外回路控制律的设计，提出了基于操纵杆的四种操控模式：增稳操控模式、速度操控模式、距离自动模式和航线自主模式，并进行了相关软件设计与模块实现。此外，针对农用植保应用领域的特殊需求，解决了以高精度高度控制为核心的安全控制问题以及不规则农田的航线规划问题，实现了农药喷洒与飞行速度的自动匹配以及距离自动飞行和航线自主飞行的功能。
　　最后，论文介绍了针对农用植保无人直升机而改进的三种飞行仿真验证环境，并对论文中所涉及的诸多研究内容进行了详尽地测试和验证；同时本文的研究成果在农用植保无人直升机的多架次农药喷洒的实际试飞中也得到有效验证。综合测试的结果表明，本文提出的基于操纵杆的飞行控制方案能够有效完成微小型无人直升机的农药喷洒任务，且能减轻操纵负荷、提高作业效率，安全性和自动化水平较高，有利于农用植保无人直升机在现代农业机械市场的推广和应用。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2农用植保无人直升机概述

1.3课题研究背景

1.4研究目的与关键技术

1.5 论文组织结构

第二章 飞控系统技术方案的优化与实现

2.1引言

2.2系统硬件改进简述

2.3飞行控制软件架构的优化

2.4μC/OS-Ⅱ操作系统移植

2.5底层软件的实现

2.6系统通信设计

2.7本章小结

第三章 基于操纵杆的飞行功能与控制方案设计

3.1引言

3.2操纵杆控制技术

3.3飞行控制律设计

3.4飞行模态设计

3.5基于操纵杆的控制方案设计

3.6本章小结

第四章 农用特殊功能及飞行安全控制策略研究

4.1引言

4.2高度控制方案

4.3飞行安全控制策略问题

4.4农药喷洒与飞行速度匹配控制

4.5不规则农田航路规划

4.6本章小结

第五章 飞行仿真与试飞验证

5.1引言

5.2飞控仿真技术的改进设计

5.3试飞验证

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1本文主要工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

致谢

在校期间的研究成果及发表的学术论文