廖懿华，张铁民，兰玉彬



农田信息采集用多旋翼无人机姿态稳定控制系统设计与试验

廖懿华1，张铁民1※，兰玉彬2

（1. 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； 2. 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心，广州 510642）

农田信息快速采集是精准农业的基础。为快速、高效、准确、节能获取农田信息，该文搭建了多旋翼无人机平台，设计了以STM32F407为主控制器的多旋翼飞行控制系统。采用了比例积分微分（proportion，integration，differentiation，PID）双闭环控制策略，外环为角度反馈，内环为角速度反馈。通过工程凑试法得到合适的PID控制参数。运用专家控制策略改进上述控制方法，使控制参数适应无人机姿态变化。对所设计的无人机控制系统进行抗干扰和阶跃响应试验。系统在受到30°横滚与俯仰角干扰后，其对应恢复平衡时间均在3.4 s内，航向角30°干扰后恢复时间在4 s内。系统横滚与俯仰角阶跃响应调节时间在1～2 s内，航向角在3.4 s内。试验结果表明：双闭环PID控制策略实现多旋翼无人机姿态稳定控制，专家控制策略增强无人机的抗干扰能力。在室外农田环境中，无人机能根据指令在1～2 s内快速调整姿态。当姿态受风影响发生倾斜时，陀螺仪测量角速度大于3 (°)/s，采用的控制策略能迅速调整电机转速，保持无人机姿态稳定平衡。试验证明该控制系统稳定可控且具有较强抗干扰性，满足多旋翼无人机低空采集农田信息的要求。

无人机；飞行控制系统；姿态控制；飞行试验；PID专家控制器；……