针对当前无人机水稻撒播难以成行成穴、落种易受旋翼风场干扰和播种均匀性不佳等问题,该研究结合点射式水稻播种装置和飞行控制器设计了一套播种控制系统,开发了配套的地面站功能,并制作了样机.控制系统基于PID算法实现排种器步进电机的转速闭环控制,通过标定模型对振动电机激振力和摩擦轮电机转速进行控制,并根据状态机设计播种控制程序.以3倍丸粒化稻种为对象,从播种量准确性、播种成行性和播种均匀性3个方面对样机的播种性能进行验证并优选合适的播种参数.试验结果表明:无人机模拟飞行的播种量准确性测试中,样机以1.0～2.5 m/s的作业速度进行播种时,播种量的平均相对误差小于4％,控制系统具有较好的动态调节能力.实地飞播测试中,样机以1.0和1.5 m的高度播种时,种子分布在12 cm种行宽度内的平均概率超过80％,成行性较好.考虑安全因素,优选1.5 m为样机的适宜作业高度.在作业高度为1.5 m,3倍丸粒化稻种的播种量为90～150 kg/hm2(对应裸种的播种量22.5～37.5 kg/hm2),作业速度为0.5～2.0 m/s时,播种均匀性变异系数为20.51％～35.52％.进一步分析发现,适当提升作业速度可提高播种均匀性.田间试验结果表明,播种量的相对误差分别为2.47％和4.12％,播种均匀性变异系数分别为22.17％和21.82％,种子破损率分别为0.34％和0.18％,满足相关标准的水稻飞播精度控制要求.研究结果可为无人机水稻直播技术提供参考.

无人机;PID;水稻直播;点射播种;控制系统;状态机

何伟灼;刘威;姜锐;顾庆宇;黄俊浩;邹帅帅;徐学浪;周志艳

华南农业大学工程学院/岭南现代农业科学与技术广东省实验室,广州 510642;广东省农业人工智能重点 实验室,广州 510642;广东省农业航空应用工程技术研究中心,广州 510642;华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室,广州 510642

农业工程学报

[1]何伟灼;刘威;姜锐;顾庆宇;黄俊浩;邹帅帅;徐学浪;周志艳-.无人机点射式水稻播种装置控制系统设计与试验)[J].农业工程学报,2022(18):51-61

旋翼风场,点射播种

水稻播种,播种装置,控制系统设计,撒播,成行,播种均匀性,结合点,飞行控制器,控制器设计,播种控制,地面站,样机,PID,算法实现,排种器,步进电机,闭环控制,标定模型,振动电机,激振力,摩擦轮,电机转速,状态机,控制程序,丸粒化,稻种,播种量,种性,模拟飞行,平均相对误差,动态调节,调节能力,飞播,行宽,安全因素,作业高度,hm2,均匀性变异系数,田间试验,破损率,精度控制,水稻直播,直播技术

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