[发明专利]基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾控制系统及控制方法有效

专利信息
申请号: 202011268441.1 申请日: 2020-11-13
公开(公告)号: CN112385632B 公开(公告)日: 2023-04-07
发明(设计)人: 蔡银杰;黄小丽;吴中华;刘志刚;刘勇兰;陈丽;张颖;刘枫;朱年华;于翔 申请(专利权)人: 南通科技职业学院
主分类号: A01M7/00 分类号: A01M7/00;A01G13/00;B05B12/00;B05B12/08;G06V20/17
代理公司: 南京源古知识产权代理事务所(普通合伙) 32300 代理人: 马晓辉
地址: 226000 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 基于 lqr 控制器 植保 无人机 变量 喷雾 控制系统 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾控制系统,包括无人机平台、图像采集系统、图像处理系统、ARM控制器和变量喷雾控制系统;所述的无人机平台上搭载图像采集系统和变量喷雾控制系统;所述的图像采集系统摄取田块的图像信号,并将图像信号传输至地面图像处理系统;图像处理系统对接收的图像信号进行处方图处理,将处理后的信息传输至ARM控制器,再传回至无人机平台的变量喷雾控制系统,形成的控制信号控制变量喷雾控制系统进行精准喷雾动作。本发明图像处理系统通过分析得出农作物的发病等级,给出合适控制信号,通过LQR控制器对喷雾系统进行精准喷雾控制,控制电磁阀的开度和压力实现根据处方图的精准控制。

技术领域

本发明属于农业自动化技术领域,具体涉及一种基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾自动控制系统。

背景技术

现有的植保无人机在进行作物喷洒时大多是直接均匀喷洒,不考虑田间不同区域,也不考虑病虫害发生多少、轻重,无法根据农田实际情况进行精准喷药控制,其主要结构是药箱和喷头以及控制装置,利用控制装置控制喷头喷洒农药,避免人工的农药腐蚀中毒等危险情况发生,时间短,效率相对人工较高。

为了进一步提高植保无人机喷雾的精准度,提高超低容量喷雾对作物病虫的防效,有必要依据田间病虫发生状况(多少及轻重)进行变量喷雾。变量喷雾可以依据田间病虫发生状况(多少、轻重,综合评判区分等级)进行变量精准喷雾,利于提高喷雾有效性,提高对病虫害的防效,也可以做到节水减药,降低成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾自动控制系统,克服植保无人机在喷洒农药过程中的均匀喷洒,不能根据实际情况进行精准控制,以及风速或其他干扰等使得喷药精度无法得到保证等问题。

为解决上述技术问题,本发明采取如下技术方案:基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾控制系统,包括无人机平台、图像采集系统、图像处理系统、 ARM控制器和变量喷雾控制系统;所述的无人机平台上搭载图像采集系统和变量喷雾控制系统;所述的图像采集系统摄取田块的图像信号,并将图像信号传输至地面图像处理系统;图像处理系统对接收的图像信号进行处方图处理,将处理后的信息传输至ARM控制器,再传回至无人机平台的变量喷雾控制系统,形成的控制信号控制变量喷雾控制系统进行精准喷雾动作。

进一步地,所述的图像采集系统采用光谱数码相机。

进一步地,所述的图像处理系统摄取的图像信号可以通过5G同步传输至地面图像处理系统,图像处理系统对图像进行处理后经由232接口传输至ARM 控制器,再通过5G传回至无人机平台的变量喷雾控制系统。

进一步地,处方图可以根据精度要求分成5级喷雾要求,送到ARM控制器。

进一步地,所述的精准喷雾控制系统通过LQR控制器,对喷雾系统的电磁阀的开度和压力进行控制。

本发明还提供一种基于LQR控制器的植保无人机变量喷雾控制系统的控制方法,该方法具体为图像采集系统摄取田块的图像信号,并将图像信号传输至地面图像处理系统;图像处理系统对接收的图像信号进行处方图处理,将整个田块按照病虫害等级分成5级,输出给定信号,并将该信号传输至ARM控制器,控制器根据给定的病虫害等级信号形成控制信号传回至无人机平台的变量喷雾控制系统,控制变量喷雾控制系统的比例减压阀和压力变量喷头进行相应的动作,同时压力传感器和流量传感器会将实时喷雾情况反馈至控制器输入,调节因时延和干扰而产生的误差。

进一步地,给定信号u根据处方图要求给出田块的喷雾要求,控制器根据喷雾要求控制变量喷雾控制系统进行精准喷雾动作;喷雾要求由低到高分为一级到五级,一级表示田块处于病虫害较轻的状态,少量给药;二级表示田块有一定的病虫害,需要加大喷雾量;三级表示病虫害较多,需要进一步加大喷雾量;四级表示田块病虫害严重,加大喷雾量并加上压力,雾滴不仅在植物的顶部,还进入到植物的中下部;五级表示田块病虫害最严重,开启最大喷雾量,并开启最大压力。

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