本发明涉及农业植保无人机领域，尤其涉及一种用于植保无人机综合作业的挂车和一种植保无人机喷洒量控制方法。
背景技术：
：植保无人机已广泛应用于农林植物保护作业，小型无人飞机有飞行平台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，但目前仍存在以下问题：一、运输不便。由于植保作业点零散，植保无人机需要频繁的转场作业。虽然目前植保无人机大多采用折叠方式缩小了运输尺寸，但使用小型车辆仍难以运输，如使用厢式货车运输，增加了运营成本；二、现场作业不便，植保无人机在作业现场需要配制药水、选择起降场地、更换电池等，目前仍处于较为原始的状态，降低了作业效率；三、充电及维护保养不便，植保无人机高度依赖电池供应，由于电池成本较高，不能靠增加电池数量提高植保无人机飞行架次，只能立足于现场发电，快速充电提高作业效率。但另行携带发电机、汽油等，展开不便，耗时较长。另植保无人机在作业过程中，需要检修等工作，也造成了喷洒效率的降低，因此急需一种无人机综合喷洒作业平台，能够解决上述问题。技术实现要素：本发明设计开发了一种用于植保无人机综合作业的挂车，具有起降平台、药箱补给系统、充电系统和维修设备，能够完成多种综合作业。本发明还有一个目的是在箱式挂车上加装设备，厢板展开作为起降平台、即解决了运输问题，又节约了运输成本，同时降低了维护难度。本发明的另一个目的是提供一种植保无人机药液喷洒量自动控制方法，根据无人机飞行速度和高度和偏转角度，修正无人机喷嘴流量，实现了精准施药并保证了喷洒药量的均匀性。本发明提供的技术方案为：一种用于植保无人机综合作业的挂车，包括：底盘系统，用于承重及运载无人机；起降平台，其包括设置在挂车侧面的挂车厢板和车顶厢板，所述挂车厢板能够向左右展开；药箱，其设置在挂车车体前部；双向水泵，其设置在所述药箱内部，用于将外部药水吸入药箱内，并能够将药箱内药液泵入植保无人机药箱中；控制器，其连接所述双向水泵，用于控制所述双向水泵开关和药液流向；集成发电及充电系统，其设置在挂车内部，用于对挂车内全车供电及植保飞机内置电池充电。优选的是，所述底盘系统，包括：主轴，其选用普通小型汽车车轴；纵向主承重梁，其为方形钢管，数量为两个，设置在所述主轴之间，用于承载车身重量；牵引销，其设置在挂车前端，能够选择性连接球头牵引钩或普通环状牵引钩。优选的是，还包括灯光及信号系统，包括：车尾灯，其设置在挂车尾部，便于光照条件不良时的作业；反光条，其设置在挂车四周，用于夜间作业时，标记挂车轮廓。优选的是，所述集成发电及充电系统，包括：发电机，其设置在挂车体前端，采用汽油发电机组，并具有电启动功能；供电系统，其连接所述发电机，用于启动发电机以及全车供电；配电箱，其用于放置所述发电机及供电系统，用来分配电力能源。优选的是，所述集成药箱及吸供水系统，还包括：过滤系统，其设置在所述药箱底部，用于过滤药液中杂质，防止堵塞植保无人机喷洒系统。优选的是，还包括：飞机固定座，根据飞机尺寸，底部使用海棉作为飞机固定和减震座。飞机固定带，使用安全带固定处于折叠状态的植保无人机。本发明的目的还可以进一步由一种植保无人机药液喷洒量自动控制方法实现，包括以下步骤：检测无人机飞行速度，与目标无人机飞行速度值进行比较，输出速度偏差信号，并通过测距传感器检测无人机飞行高度，与目标飞行高度进行比较，输出高度偏差信号；将所述速度偏差信号和所述高度偏差信号输入第一模糊控制器；所述第一模糊控制器输出为无人机喷洒药液流速；将速度偏差信号经过微分计算得到速度变化率信号，检测无人机飞行偏转角度，并经过微分后得到角度变化率信号；将所述速度变化率信号和角度变化率信号输入第二模糊控制器；所述第二模糊控制器输出为无人机喷洒修正流速；根据所述的无人机喷洒药液流速和修正流速之和，控制无人机喷嘴流速。优选的是，所述速度偏差信号和高度偏差信号的模糊集为{NB，NM，NS，PZ，NZ，PS，PM，PB}，PB表示正大，PM表示正中，PS表示正小，PZ表示正零，NZ表示负零，NS表示负小，NM表示负中，NB表示负大，所述速度变化率信号、角度变化率信号、无人机喷洒流速和修正流速的模糊集为：{NB，NM，NS，ZR，PS，PM，PB}，NB表示负大，NM表示负中，NS表示负小，ZR表示零，PS表示正小，PM表示正中，PB表示正大，它们的论域为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。优选的是，所述模糊控制器的输入和输出变量的隶属度函数均选择三角形隶属度函数。优选的是，所述目标飞行高度计算公式为：h=11+Kβ[2.08ln(Kr)+0.8]·Q022gv02]]>其中，Kr、Kβ为延迟系数，Q0为作物目标施药量，v0为植保无人机可调节流量喷嘴的最小喷药量；所述目标飞行速度计算公式为：vp=0.7e0.45Kr(0.02Kβ2+0.9Kβ+0.1)·Q02gh.]]>本发明的有益效果1.本发明设计开发了一种用于植保无人机综合作业的挂车，具有起降平台、药箱补给系统、充电系统和维修设备，能够完成多种综合作业，植保无人机在作业现场能够配制药水、以挂车作为起降场地、充电等，提高了作业效率。2、本发明是在箱式挂车上加装设备，厢板展开作为起降平台、满足了植保无人机需要频繁的转场作业的需求，同时在运输过程中无需折叠无人机，使用挂车运输，解决了运输问题，又节约了运输成本，同时降低了维护难度。3、本发明提供的一种植保无人机药液喷洒量自动控制方法，根据无人机飞行速度和高度和偏转角度，修正无人机喷嘴流量，实现了精准施药，并保证了喷洒药量的均匀性，利于作物生长，提高作物产量。附图说明图1为本发明所述的用于植保无人机综合作业的挂车的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，本发明提供的一种用于植保无人机综合作业的挂车，包括：底盘系统100、起降平台200、集成药箱及吸供水系统300、集成发电及充电系统400和无人机引导回收装置。其中，底盘系统100，用于承重及运载无人机，包括：主轴110，其选用普通小型汽车车轴，通用性好；纵向主承重梁，其为方形钢管，数量为两个，设置在两个主轴110之间，能够承载车身上500公斤以内的重量；牵引系统130，其包括球头牵引钩和普通环状牵引钩，并能够实现二者之间的快速更换。起降平台200，其包括设置在挂车侧面的挂车厢板和车顶厢板，挂车厢板能够向左右展开，挂车厢板和车顶厢板22均采用铝合金轻质板材；集成药箱及吸供水系统300，其设置在挂车内部，其用于配比药液和向植保飞机携带药箱内自动填充药液；包括：药箱，其设置在挂车车体前部，容量为100L-200L；双向水泵，其设置在所述药箱内部，用于将外部药水吸入药箱内，并能够将药箱内药液泵入植保无人机药箱中；过滤系统，其设置在所述药箱底部，用于过滤药液中杂质，防止堵塞植保无人机喷洒系统。集成发电及充电系统400，其设置在挂车内部，用于对挂车内全车供电及植保飞机内置电池充电；包括：发电机，其设置在挂车体前端，采用汽油发电机组，并具有电启动功能；供电系统，其连接所述发动机，用于气动发动机以及全车供电；配电箱，其用于放置所述发电机及供电系统，用来分配电力能源。无人机引导回收装置，其设置在挂车车顶厢板位置，用于植保无人机回收的定位和引导，包括：引降信号灯，其数量为三个以上，设置在车厢板的顶部，能够发射光信号，用于标记无人机回收降落位置。光学追踪系统，其设置在所述无人机底部，用于检测无人机的位姿信息，包括：扫描追踪装置，其包括多组透镜，能够绕安装轴旋转，并捕获所述引降信号灯发出的光信号，进而测量所述引降信号灯与所述扫描追踪装置之间的距离，获得无人机的位置信息；角度传感器，其设置在所述无人机底部，能够检测所述引降信号灯与无所述人机前进方向上的夹角。灯光及信号系统，包括：车尾灯，其设置在挂车尾部，便于光照条件不良时的作业反光条，其设置在挂车四周，用于夜间作业时，标记挂车轮廓。维保系统600，包括：工具架，其设置在挂车底部，根据维护作业中可能使用到的工具，设置工具架，所有工具均固定于工具架的海棉内，保证运输方便。检修台，使用车厢尾板向下打开形成，供检修使用。植保无人机运输系统，包括：飞机固定座，根据飞机尺寸，底部使用海棉作为飞机固定和减震座。飞机固定带，使用安全带固定处于折叠状态的植保无人机。实施以植保无人机综合作业的挂车的工作过程为例，做进一步的说明，首先，将植保无人机综合作业的挂车通过小型车辆或拖拉机牵引到工作地点，其中用小型车辆进行远距离牵引时，采用球头牵引钩，用拖拉机进行田间牵引时采用普通环状牵引钩；然后将挂车侧面的挂车厢板和车顶厢板，展开形成无人机停降的起降平台，无人机的药箱连接挂车内的药箱，药液通过过滤系统由双向水泵泵入药箱内，或将药液从无人机的药箱吸入挂车内的药箱；无人机作业完成或需要药液补给时，首先将无人机悬停在挂车附近，通过光学追踪系统对无人机进行定位和回收，由引降信号灯发出光信号，扫描追踪装置捕获所述引降信号灯发出的光信号，进而测量所述引降信号灯与所述扫描追踪装置之间的距离，获得无人机的位置信息，角度传感器，其设置在所述无人机底部，能够检测所述引降信号灯与无所述人机前进方向上的夹角，由此确定无人机的位姿信息，环境风速和风向，修正无人机的位置和方位角，使无人机按照预设的无人机降落航迹飞行。一种植保无人机药液喷洒量自动控制方法，包括：检测无人机飞行速度，与目标无人机飞行速度值进行比较，输出速度偏差信号e1，并通过测距传感器检测无人机飞行高度，与目标飞行高度进行比较，输出高度偏差信号e2；其中，目标飞行高度计算公式为：h=11+Kβ[2.08ln(Kr)+0.8]·Q022gv02]]>其中，Kr、Kβ为延迟系数，Kr＝1.02；Kβ＝0.95，Q0为作物目标施药量，v0为植保无人机可调节流量喷嘴的最小喷药量；目标飞行速度计算公式为：vp=0.7e0.45Kr(0.02Kβ2+0.9Kβ+0.1)·Q02gh.]]>将速度偏差信号e1和高度偏差信号e2输入第一模糊控制器，第一模糊控制器输出为无人机喷洒药液流速q；其中，e1、e2、q的实际变化范围分别为[-30，30]，[-24，24]，[-36，36]；E1、E2、Q的离散论域均为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}则比例因子k1＝6/30，k2＝6/24，k3＝6/36定义模糊子集及隶属函数把速度偏差信号分为8个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，PZ(正零)，NZ(负零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出速度偏差信号e1的隶属度函数表，如表1所示。表1速度偏差e1的隶属度函数表ec1-6-5-4-3-2-1-0+0+1+2+3+4+5+6PB000000000000.20.71.0PM0000000000.20.71.00.70.2PS00000000.10.71.00.70.100PZ00000001.00.70.10000NZ00000.10.71.00000000NB000.10.71.00.70.10000000NM0.20.71.00.70.2000000000NS1.00.70.200000000000把高度偏差信号e2分为8个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，PZ(正零)，NZ(负零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出高度偏差信号e2的隶属度函数表，如表2所示。表2高度偏差信号e2的隶属度函数表把喷洒单位面积的作物所需要药液流速信号q分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出喷洒单位面积的作物所需要药液流速信号q的隶属度函数表，如表3所示。表3喷洒单位面积的作物所需要药液流速信号q的隶属度函数表q-6-5-4-3-2-1-0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.20.71.0PM000000000.20.81.00.80.2PS00000000.81.00.80.2000000000.51.00.500000NB000.20.81.00.80000000NM0.20.81.00.80.200000000NS1.00.70.20000000000模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用双输入单输出的方式，控制规则由下列推理语言构成：eisAiandecisBithenΔKjisCi其中，Ai、Bi、Ci分别为ec1、ec2和q模糊子集。通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，其中参数q控制规则见表4。表4为模糊控制规则表模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到喷洒作物药液流速，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，求出模糊控制查询表，见表5表5模糊控制查询表将速度偏差信号e1经过微分计算得到速度变化率信号ec1，检测无人机飞行偏转角度e3，并经过微分后得到角度变化率信号ec3；将所述速度变化率信号ec1和角度变化率信号ec3输入第二模糊控制器，第二模糊控制器输出为无人机喷洒修正流速qc1；把速度变化率信号ec1分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出速度变化率信号ec1的隶属度函数表，见表6表6速度变化率信号ec1的隶属度函数表q-6-5-4-3-2-1-0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.20.71.0PM000000000.20.81.00.80.2PS00000000.81.00.80.2000000000.51.00.500000NB000.20.81.00.80000000NM0.20.81.00.80.200000000NS1.00.70.20000000000角度变化率信号ec2分为七个模糊状态：PB(正大)，PM(正中)，PS(正小)，0(零)，NS(负小)，NM(负中)，NB(负大)，结合经验得出速度变化率信号ec2的隶属度函数表，见表7表7速度变化率信号ec2的隶属度函数表q-6-5-4-3-2-1-0+1+2+3+4+5+6PB00000000000.20.71.0PM000000000.20.81.00.80.2PS00000000.81.00.80.2000000000.51.00.500000NB000.20.81.00.80000000NM0.20.81.00.80.200000000NS1.00.70.20000000000模糊推理过程必须执行复杂的矩阵运算，计算量非常大，在线实施推理很难满足控制系统实时性的要求，本发明采用查表法进行模糊推理运算，模糊推理决策采用双输入单输出的方式，控制规则由下列推理语言构成：eisAiandecisBithenΔKjisCi其中，Ai、Bi、Ci分别为ec1、ec2和qc模糊子集。通过经验可以总结出模糊控制器的初步控制规则，其中参数qc控制规则见表8。表8模糊控制规则表模糊控制器根据得出的模糊值对输出信号进行解模糊化，得到喷洒作物药液流速，求模糊控制查询表，由于论域是离散的，模糊控制规则及可以表示为一个模糊矩阵，采用单点模糊化，求出模糊控制查询表表9模糊控制查询表根据所述的无人机喷洒药液流速q和修正流速qc1之和，控制无人机喷嘴流速。本发明是在箱式挂车上加装设备，厢板展开作为起降平台、满足了植保无人机需要频繁的转场作业的需求，同时在运输过程中无需折叠无人机，使用挂车运输，解决了运输问题，又节约了运输成本，同时降低了维护难度，并根据无人机飞行速度和高度和偏转角度，修正无人机喷嘴流量，实现了精准施药并保证了喷洒药量的均匀性。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。当前第1页1 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