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摘要:为满足高频次获取西瓜植株种植土壤中湿度和其他养分含量的需求,同时解决西瓜温室大棚内由于盆栽种植密集、空间狭小所带来的人工采集数据劳动强度大、作业环境恶劣等问题,设计了一种电动自走式土壤信息采集装置.该装置的移动平台可沿预设轨道到达盆栽相应位置,多关节机械手模拟人工检测方式伸至西瓜盆栽土壤中,对湿度数据自动采集.利用设计的采集装置整体结构以及多关节机械臂机构、传感器检测部件的结构,构建了该装置的控制系统和通信系统,并进行了西瓜盆栽土壤湿度采集试验.结果表明,该采集装置稳定行走的最大速度为0.24 m/s,多关节机械臂搭载传感器能精确插入盆栽土壤中,其水平方向定位误差最大值为11 mm,装置检测盆栽的漏检率为0.92%,采集土壤信息的效率为3.2盆/min,作业流畅、性能稳定,采用循环轮检方式可替代人工完成所有盆栽土壤信息的自动采集工作.研究表明,该采集装置相比人工采集提高了盆栽信息采集的效率,也实现了高频次、高通量采集盆栽土壤信息的要求.
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北大核心 CSTPCD CSCD CA CBST
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摘要:鉴于南方田块小、分布散、不适合使用大型机械等特点,根据植保飞行作业的负载要求,设计制作了一种用于农田喷雾作业、负载10 kg的多旋翼飞行器.飞行器机架采用全碳纤维结构,连接部分采用硬化铝材.通过农田试验对设计方案的可行性进行验证,结果表明,飞行器整体结构稳定,性能可靠,在满载的条件下可持续作业15 min左右,作业效率高而劳动强度低.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST
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摘要:针对当前植保四轴飞行器在作业过程中自身载荷发生改变后的飞行控制性能下降、抵抗环境扰动能力差的问题,该文改进了传统比例积分微分(proportion, integration, differentiation, PID)控制算法,提出了一种模糊PID控制算法。该文通过研究四轴飞行器的姿态解算和飞行原理,设计了以STM32系列的单片机为核心处理器的四轴飞行控制系统。采用AHRS模块实时解算飞行器姿态参数,结合模糊控制和PID控制算法调节电机的输出量来控制飞行姿态。试验结果表明:与传统PID相比,模糊自整定PID控制算法适应性强,参数整定简单,系统的动态响应能力和稳定性获得了提高,实现了四轴飞行器的稳定飞行。该文为植保无人机控制算法研究提供了一定的参考。
[硕士论文] 刘浩蓬
农业电气化与自动化 华中农业大学 2015(学位年度)
摘要:随着航空农业的发展,固定翼以及直升飞机等各种飞行器逐渐应用于农业植保作业中。四轴飞行器是一种无人控制的四旋翼直升飞机,能实现垂直起降,同时具有飞行稳定、控制灵活、结构简单、易于维护等特点,能够适应植保作业中的复杂环境;其次,四轴飞行器可以灵活挂载各种器具,高效率完成监控、墒情采集、播种、喷洒药物、施肥等各种农业作业项目。因此,加强对四轴飞行器的深入研究和应用推广具有非常重要的意义。本文主要以具有一定带负载能力的小型四轴飞行器为研究对象,通过研究四轴飞行器的飞行原理设计飞行器的控制系统。首先,通过学习了解四轴飞行器的机械结构,以及飞行器在作业过程中结构特性改变的规律,设计制作了飞行器的试验平台,建立了相关的数学模型。其次,根据四轴飞行器的控制原理,选用STM32单片机为核心处理器,结合多种姿态传感器和无线数据传输设备,设计制作了四轴飞行器软件控制系统。再次,控制器通过姿态数据解算,实时获取飞行器的飞行姿态,同时采用模糊PID控制算法实现对四轴飞行器的姿态控制。试验过程中,先采用Matlab对方案进行仿真试验,仿真通过的基础上,再在试验平台上进行测试,进一步检验飞行器控制算法的优越性。在以上研究的基础上,最终完成四轴飞行器的整体设计和样机试制。
  本文通过MATLAB对传统PID和模糊PID控制算法的仿真和比较,仿真结果显示:在系统的比例系数为5,积分系数为0.03和微分系数为1,增益K为1时,采用传统PID算法,系统超调量为41.9%,上升时间为0.78;在模糊PID算法控制下,系统超调量为28.6%,上升时间为0.78s;较之于传统PID算法,模糊PID算法比控制下系统超调量降低了13.3%,上升时间减少了0.09s。在试验平台上运行,在较小载荷下,传统PID算法控制的四轴飞行器振荡而在模糊PID算法控制下系统能稳定,同时在较大载荷下,采用传统PID算法,系统超调量为37.5%,上升时间为0.62;在模糊PID算法控制下,系统超调量为22.5%,上升时间为0.57s;采用模糊PID的控制系统超调量降低了15.0%,上升时间减少了0.05s,验证了仿真结果。试验结果表明传统PID控制算法在调试稳定后只在飞行器结构参数固定时具有较好的控制品质,而在外界环境干扰较大或者飞行器自身机构特性发生改变时的控制品质较差,基于模糊PID控制的四轴飞行器,能够在线优化控制系数,具有很好的抗干扰能力,在载荷变动时飞行也能保持稳定。通过在试验平台上对算法进行实测,进一步证明了算法的可行性。飞行器的田间试验进一步表明,植保四轴飞行器能够良好的实现稳定的飞行姿态控制。
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