如何选择农药喷洒无人直升机飞控系统

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1、 Page.1 如何选择农药喷洒无人直升机飞控系统如何选择农药喷洒无人直升机飞控系统 农药喷洒无人直升机主要有 3 大部分组成，飞机平台（如发动机，旋翼，机身等）和飞 行控制计算机（=飞控）和喷洒系统（水泵，喷头等） ，3 大部分组成。飞控主要是由如惯 性姿态（IMU） ，GPS/北斗导航等姿态和位置的许多检测传感器和嵌入式算机组成。飞机平 台与飞控是典型的机电一体化的共同体。如果说飞机平台是躯体的话，飞控就是飞机的灵 魂。正如我们使用电脑，都装有 OS 操作系统。 每一种飞控都有它的特点，可以根据用途来选择。作为使用频度高，环境恶劣的农药喷 洒无人直升机，可靠性是首先要考虑的主要因素。 1.

2、 没有飞控是否也能实施喷洒没有飞控是否也能实施喷洒？ 可以。没有飞控也能进行喷洒作业，目前国内销售农药喷洒无人直升机绝大多数都 没有飞控。其实，无人直升机没有飞控基本上就是一个纯粹的航模飞机。作为业余爱好 使用的航模飞机一般都没有飞控，采用纯手工操纵飞机。因此模型飞机虽然能飞行，但 飞不远，完全靠视觉来判断模型飞机的姿态状况，航模高手一般也只能控制 1 百米左右 的距离。 没有飞控的模型飞机，如果要实施农药喷洒会带来 2 个大问题： a. 操作人员的培训 直升机模型的操纵技巧需要经过一定时间的训练， 普通的人至少需要培训 4-5 个月才 能操纵。因此对企业来说，培训航模人才的成本很高。 b.

3、长时间农药喷洒实施困难 既是一名技术高超模型操作手，在炎热夏天下，高度紧张的状态下，连续 7-8 小时操 纵模型飞机进行喷洒作业是一件非常困难的事情。非常容易产生疲劳，注意力底下， 直接造成操作失误坠机。 因此，除非一些特殊的艺术类航拍飞机不需要飞控，其他的用途只有安装了飞控的农只有安装了飞控的农 药喷洒无人直升机才有实用价值药喷洒无人直升机才有实用价值。 2. 使用农药喷洒飞控有什么好处使用农药喷洒飞控有什么好处？ 使用飞控有诸多好处： a. 大大减少操纵人员的培训周期 有些飞控具有速度操纵模式（也称之为半自动模式，或雅马哈模式） ，简单地说，飞 机的姿态，高度，喷洒量由飞控自动控制，而操作

4、人员只要对飞机的方向，速度进行 操作。整个起降，飞行， 喷洒过程中飞机姿态的保持平衡和稳定，随着农药喷洒药 Page.2 量的减少飞机的高度发生变化，侧风给直线飞行带来的偏航干扰时进行自动控制保持 稳定，当发生紧急情况时，进行安全保护等功能。原来用手工操作飞机的许多工作都 由飞控计算机自动来完成，操纵的“傻瓜化” 。因此没有任何航模经验的人通过 2-3 周的短时间的培训，大大缩短了培训时间和成本。 在大面积空旷的农田喷洒时，还可以采用全自动喷洒的操纵模式，只要在地面站的 键盘上操作，飞机自动按预设的路径喷洒飞行，就更简单和方便了。 b. 大大减轻操纵劳动强度和提高飞机的安全性 由于飞控承担着主

5、要的工作，因此操作人员的工作量就小得多。使得长时间喷洒 作业飞行成为可能。 c. 提高喷洒质量 农药喷洒专用飞控，对飞行高度，喷洒的行距，飞行速度快慢的单位面积喷洒农药 量等参数都保持一定程度的自动控制。提高了喷洒质量。 3.3.目前目前，国内外有哪些的农药喷洒飞控国内外有哪些的农药喷洒飞控，它们的特点是什么它们的特点是什么？ 目前，不管是国内还是国外，专门为农药喷洒用途而开发的无人直升机飞控非常之 少。国外的飞控很难进入中国，也无法得到售后服务。由于农药喷洒飞控要求可靠性 高，低成本，高精度，耐用性和适应恶劣环境等因素的限制，使得农药喷洒飞控的研 发异常困难。目前市场上具有代表性飞控： 德国

6、 Helicommand（ ）并不是一款飞控，它仅仅是专为模型飞机 设计开发的增稳器，在模型操作过程中，增加了一些操作阻尼（让飞机操纵感觉变化不要 太灵敏） ， 具有悬停功能， 方便初学航模爱好者。 当飞机达到一定速度后， 德国 Helicommand Page.3 的增稳就不起作用。因此，德国 Helicommand 无法解决缩短人员培训周期长和减轻喷洒作 业劳动强度的问题。由于德国 Helicommand 是模型级别，有些传感器等电子元器件无法在 夏天高温下的连续使用。也保证不了农药喷洒无人直升机要求的安全可靠的性能。 深圳大疆在航模领域是一款非常优秀的高性价比的飞控，采用传统的 PID

7、控制方法， 但它并非是为农药喷洒无人直升机设计的产品，因为受到成本等因素限制，所有传感器等 电子元器件采用娱乐级别，因此在使用汽油发动机的无人直升机高振动环境下无法可靠安 全地使用，也无法完成起降飞行过程中的准确控制和夏天高温下的连续使用。许多厂家把 大疆飞控用于农药喷洒或航拍等工业级飞机上，却抱怨其飞控不可靠，实在是对飞控的选 择错误。 雅马哈飞控从 1988 年研发成功了 YSC(Yamaha Safety Control)自动增稳系统，经过 多年的改进，1995 年有升级为目前的版本 YACS（Yamaha Attitude Control System）,YACS 采用采用高精度的光纤

8、惯导 IMU，速度控制模式（也称半自动模式） ，当 2 个操纵杆归中位 时，飞机悬停，升降舵杆位值对应一个恒定速度，但升降舵杆归中位时，飞机刹车。YACS 采用传统的 PID 控制方法，既没有飞行定高功能也没有直线飞行和定距平移等功能，但非 常安全可靠是这款飞控的最大特点。 中创航空的 PSFC-1 农药喷洒无人直升机专业飞控，吸取了 YACS 的设计思路，同时根 据我国客户需求增加了全自动模式功能，详细见中创航空官网的“产品介绍” 。 4.4. 农药喷洒无人直升机专业飞控的可靠性如何农药喷洒无人直升机专业飞控的可靠性如何？ 专业飞控的可靠性主要依据： a. 传感器的可靠性 使用汽油发动机无人

9、直升机在高振动的环境下，姿态传感器（IMU）的精确和可靠性 非常重要。一款可靠的 IMU 一定是根据飞机的振动特性进行定制，而并非是一个外购 的货架产品。 同样叫 IMU 的产品，价格从几百元到几百万不等。位置和速度传感器 GPS 的好坏也非 常重要，这些都反映了传感器的重要性。 b. 飞控计算机的可靠性 影响飞控计算机可靠性的因素比较多，电路的设计，抗干扰性等。一般来说需要经过 多个版本才能趋于稳定可靠。 c. 算法，控制的可靠性 算法，控制的可靠性是飞控核心。一般来说，目前有 2 种方法，一种是建立在明确 的无人直升机物理模型上的 PID 控制方法（如雅马哈 RMAX，Rotomotion

10、,中飞航空 PSFC-2 等） ，它的特点是飞机的每一个动作，状态都有明确的物理和数学的模型解释， Page.4 控制质量的保证，非常安全可靠。 事实上，不管是有人机还是无人机全世界飞行器的 基本上都是采用 PID 控制。另一种是采用基于纯数学模型建立现代鲁棒控制（或 H 无 穷大控制）方法，把飞机当作一个黑匣子。由于这种控制算法需要精确的数学模型和 依靠人手工试飞，做出各自极限下的飞机姿态来进行扫频建模。但因为是手工试飞， 还是无法模拟各种飞行状况下的数学模型。因此这种方法含有很多不确定的因素和隐 患。因此目前大多用实验室的研究。 d. 鲁棒控制方法用在农药喷洒无人直升机飞控的问题： (1)

11、 理论上每一个批次都需要操纵手裸机做大机动飞行重新建模。建模的精度和性能 完全取决于该操纵手的飞行习惯和技术水准。每次建模必须开发人员到场重新处理。 因此这批飞机上的飞控拆到那批飞机上的话，或者换一副槳翼都由可能影响正常飞行。 因此，现代鲁棒控制方法的飞控的集成难度大现代鲁棒控制方法的飞控的集成难度大，大规模推广困难大规模推广困难。 (2)虽然在交付飞机时候，通过飞扫频建模得到了某一个飞机的近似模型，但由于飞机 生产过程中存在着不同批次，零部件的加工精度和使用过程中的磨损。不可能都能参 照交付时扫频的数学模型。因此实际飞机使用时间越长与原来模型误差越来越大，风 险也就越大。 因此，现代鲁棒控制

12、方法不适合与大批量生产的产品。 (3)目前许多厂家都采用了无副翼结构无人直升机生产。但由于无副翼飞机无法采用手 工飞行扫频建模， （无副翼直升机无法直接飞行） ，因此现代鲁棒控制方法理论上是无现代鲁棒控制方法理论上是无 法控制无副翼结构无人直升机法控制无副翼结构无人直升机。为了“解决”这个困境，有些飞控厂家采用了，先在 飞机上加装模型用无副翼平衡器（如，Mikado VBar） ，飞控通过 VBar 再对飞机进行控 制。令人哭笑啼非的是 VBar 本身就是一个典型的 PID 控制设备。这种“大飞控”控制 “小飞控”再控制飞机的控制策略，其安全性是无法保障的。 d. 飞控的减震装置（非常重要！

13、） 飞控设备中 IMU 姿态传感器是一个非常重要数据来源（犹如枪手的眼睛） ，如果在农 药喷洒无人直升机中 IMU 的减震采用了外部硅胶减震垫的话，由于农药喷洒过程中对减 震垫的腐蚀很大，直接影响了 IMU 的数据准确性和控制安全性。因此，农药喷洒无人直农药喷洒无人直 升机飞控采用内部减震是必不可少的条件之一升机飞控采用内部减震是必不可少的条件之一。 Page.5 总之，由于飞控设备比较专业，一架农药喷洒无人直升机上是否装有适用于农药喷洒的 飞控，一般非专业人士很难鉴别。最简单的判断方法如下： 1. 是否满足让一位从未接触过模型的人，经过 1 个月之内的培训，就能独立完成喷洒操 作。 2. 飞控的减震垫是否满足农药喷洒无人直升机的内部减震的必要条件。 3. 是否具有喷洒管理（如单位面积喷洒量一定，喷洒轨迹的记录）的功能。 参考： 深圳市大疆创新科技有限公司官网： 德国 Helicommand 增稳器公司官网： 日本雅马哈发动机公司官网： http:/www.yamaha-motor.co.jp/sky/ 常州中飞航空技术有限公司/嘉兴中创航空技术有限公司官网： www.zf-