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如何選擇農藥噴灑無人直升機飛控


發布時間:2014-9-11 11:51:37   文章來源:zf-aviation   瀏覽:[  ]

   農藥噴灑無人直升機主要有3大部分組成,飛機平臺(如發動機,旋翼,機身等)和飛行控制計算機(=飛控)和噴灑系統(水泵,噴頭等),3大部分組成。飛控主要是由如慣性姿態(IMU),GPS/北斗導航等姿態和位置的許多檢測傳感器和嵌入式算機組成。飛機平臺與飛控是典型的機電一體化的共同體。如果說飛機平臺是軀體的話,飛控就是飛機的靈魂。正如我們使用電腦,都裝有OS操作系統。

  每一種飛控都有它的特點,可以根據用途來選擇。作為使用頻度高,環境惡劣的農藥噴灑無人直升機,可靠性是首先要考慮的主要因素。
   
 1. 沒有飛控是否也能實施噴灑? 
  可以。沒有飛控也能進行噴灑,目前國內銷售農藥噴灑無人直升機絕大多數都沒有飛控。其實,無人直升機沒有飛控基本上就是一個純粹的航模飛機。作為業余愛好使用的航模飛機一般都沒有飛控,手工操縱飛機。因此模型飛機雖然能飛行,但飛不遠,完全靠視覺來判斷模型飛機的姿態狀況,航模高手一般也只能控制1百米左右的距離。
沒有飛控的模型飛機,如果要實施農藥噴灑會帶來2個大問題: 
a. 操作人員的培訓   
   直升機模型的操縱技巧需要經過一定時間的訓練,普通的人至少需要培訓4-5個月才能操縱。因此對企業來說,培訓航模人才的成本很高。 
b. 長時間農藥噴灑實施困難 
   既是一名技術高超模型操作手,在炎熱夏天下,高度緊張的狀態下,連續7-8小時操縱模型飛機進行噴灑作業是一件非常困難的事情。非常容易產生疲勞,注意力底下,直接造成操作失誤墜機。 
  
    因此,除非一些特殊的藝術類航拍飛機不需要飛控,其他的用途只有安裝了飛控的農藥噴灑無人直升機才有實用價值。 
  
2.使用農藥噴灑飛控有什么好處? 
     使用飛控有諸多好處: 
  a. 大大減少操縱人員的培訓周期 
     有些飛控具有速度操縱模式(也稱之為半自動模式,或雅馬哈模式),簡單地說,飛機的姿態,高度,噴灑量由飛控自動控制,而操作人員只要對飛機的方向,速度進行操作。整個起降,飛行, 噴灑過程中飛機姿態的保持平衡和穩定,隨著農藥噴灑藥量的減少飛機的高度發生變化,側風給直線飛行帶來的偏航干擾時進行自動控制保持穩定,當發生緊急情況時,進行安全保護等功能。原來用手工操作飛機的許多工作都由飛控計算機自動來完成,操縱的“傻瓜化”。因此沒有任何航模經驗的人通過2-3周的短時間的培訓,大大縮短了培訓時間和成本。 
     在大面積空曠的農田噴灑時,還可以采用全自動噴灑的操縱模式,只要在地面站的鍵盤上操作,飛機自動按預設的路徑噴灑飛行,就更簡單和方便了。 
  b. 大大減輕操縱勞動強度和提高飛機的安全性 
     由于飛控承擔著主要的工作,因此操作人員的工作量就小得多。使得長時間噴灑作業飛行成為可能。 
  c. 提高噴灑質量 
     農藥噴灑專用飛控,對飛行高度,噴灑的行距,飛行速度快慢的單位面積噴灑農藥量等參數都保持一定程度的自動控制。提高了噴灑質量。 
  
 3.目前,國內外有哪些的農藥噴灑飛控,它們的特點是什么? 
     目前,不管是國內還是國外,專門為農藥噴灑用途而開發的無人直升機飛控非常之少。國外的飛控很難進入中國,也無法得到售后服務。由于農藥噴灑飛控要求可靠性高,低成本,高精度,耐用性和適應惡劣環境等因素的限制,使得農藥噴灑飛控的研發異常困難。目前市場上具有代表性飛控: 
    
   德國Helicommand(www.helicommand.com)并不是一款飛控,它僅僅是專為模型飛機設計開發的增穩器,在模型操作過程中,增加了一些操作阻尼(讓飛機操縱感覺變化不要太靈敏),具有懸停功能,方便初學航模愛好者。當飛機達到一定速度后,德國Helicommand的增穩就不起作用。因此,德國Helicommand無法解決縮短人員培訓周期長和減輕噴灑作業勞動強度的問題。由于德國Helicommand是模型級別,有些傳感器等電子元器件無法在夏天高溫下的連續使用。也保證不了農藥噴灑無人直升機要求的安全可靠的性能。
   深圳大疆在航模領域是一款非常優秀的高性價比的飛控,采用傳統的PID控制方法,但它并非是為農藥噴灑無人直升機設計的產品。由于它受到成本等因素限制,所有傳感器等電子元器件采用娛樂級別,因此在使用汽油發動機的無人直升機高振動環境下無法可靠安全地地使用,也無法完成起降飛行過程中的準確控制和夏天高溫下的連續使用。許多用戶把大疆飛控用于農藥噴灑或航拍等工業級飛機上,卻抱怨其飛控的不可靠,實在是飛控的選擇錯誤。
   雅馬哈飛控從1988年研發成功了YSC(Yamaha Safety Control)自動增穩系統,經過多年的改進,1995年有升級為目前的版本YACS(Yamaha Attitude Control System),YACS采用采用高精度的光纖慣導IMU,速度控制模式(也稱半自動模式),當2個操縱桿歸中位時,飛機懸停,升降舵桿位值對應一個恒定速度,但升降舵桿歸中位時,飛機剎車。YACS采用傳統的PID控制方法,既沒有飛行定高功能也沒有直線飛行和定距平移等功能,但非常安全可靠是這款飛控的最大特點。
   嘉興中創航空的PSFC-1農藥噴灑無人直升機專業飛控,吸取了YACS的設計思路,同時根據我國客戶需求增加了全自動模式功能,詳細見本網站“產品介紹”。
 
 4. 農藥噴灑無人直升機專業飛控的可靠性如何?
  專業飛控的可靠性主要依據:
 a. 傳感器的可靠性
    使用汽油發動機無人直升機在高振動的環境下,姿態傳感器(IMU)的精確和可靠性非常重要。一款可靠的IMU一定是根據飛機的振動特性進行定制,而并非是一個外購的貨架產品。
    同樣叫IMU的產品,價格從幾百元到幾百萬不等。位置和速度傳感器GPS的好壞也非常重要,這些都反映了傳感器的重要性。
 b. 飛控計算機的可靠性
    影響飛控計算機可靠性的因素比較多,電路的設計,抗干擾性等。一般來說需要經過多個版本才能趨于穩定可靠。
 c. 算法,控制的可靠性
     算法,控制的可靠性是飛控的核心。一般來說目前國內外有2種方法,一種是建立在明確的無人直升機物理模型上的PID控制方法(如雅馬哈RMAX,Rotomotion,中創航空PSFC-2等),它的特點是飛機的每一個動作,狀態都有明確的物理和數學的模型解釋,控制質量的保證,非常安全可靠。 事實上,不管是有人機還是無人機全世界飛行器的基本上都是采用PID控制。另一種是采用基于純數學模型建立現代魯棒控制(或H無窮大控制)方法,把飛機當作一個黑匣子。由于這種控制算法需要精確的數學模型和依靠人手工試飛,做出各自極限下的飛機姿態來進行掃頻建模。但由于手工試飛,無法模擬各種飛行狀況下的數學模型。因此這種方法含有很多不確定的因素和隱患。因此目前大多用實驗室的研究。
d. 飛控的減震裝置(非常重要?。?/strong>
     飛控設備中,IMU姿態傳感器是一個非常重要數據(猶如槍手的眼睛),如果在農藥噴灑無人直升機中IMU的減震采用了外部硅膠減震墊的話,由于農藥噴灑對減震墊的腐蝕很大,直接影響了IMU的數據準確性和控制安全性。因此,農藥噴灑無人直升機飛控采用內部減震是必不可少的條件之一。
 
 5.控制模式
  專業的農藥噴灑無人直升機控制模式主要有半自動和全自動模式。兩種模式從目前飛控的使用情況來看,有效載荷在10Kg左右的飛機(采用小松80CC發動機), 尤其在噴灑面積比較小和零散。一般采用比較成熟的半自動方式作業效率更高更可靠。當有效載荷超過15公斤,噴灑面積較大的情況,半自動模式效率就會降低,因為半自動控制模式一般最遠遙控范圍在150米之內。
 
 總之,由于飛控設備比較專業,一架農藥噴灑無人直升機上是否裝有適用于農藥噴灑的飛控,一般非專業人士很難鑒別。最簡單的判斷方法:
1. 是否能讓一位從未接觸過模型的人,經過1個月之內的培訓,就能獨立完成噴灑操作。
2. 飛控的減震墊是否滿足農藥噴灑無人直升機的內部減震的必要條件。
3. 是否具有噴灑管理(如單位面積噴灑量一定,噴灑軌跡的記錄)等功能。
 
 
 
參考:
   深圳市大疆創新科技有限公司官網: http://www.dji.com/   大疆產品介紹
   德國Helicommand增穩器公司官網:http://www.helicommand.com/index.php?lang=en
   日本雅馬哈發動機公司官網: http://www.yamaha-motor.co.jp/sky/

 

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