针对传统农作物植保模式存在的药物喷洒不合理、作业效率低的问题,近年来随着无人机技术和微控制技术的迅猛发展,用无人机进行植保作业逐渐受到农业生产者的青睐。现有的施药技术主要以调节喷头的雾化效果和改变水-药配比为主,对于地域广阔、环境复杂的农村地区,往往存在实施成本较高、效率低等不足。以植保无人机飞行速度为变量对施药量进行实时控制为基础,分析、研究了一套基于植保无人机飞行速度的施药量可控的变量施药系统。利用外置单片机对飞行控制器实时输出的无人机速度信号进行算法处理形成PWM(脉冲宽度调制)信号,再以此信号对流量控制系统进行作用,从而实现无人机速度时变的施药量控制研究。本文主要研究内容如下:1、分析、确定本研究的整体系统设计方案。根据系统设计目的及要求,对当前植保作业过程中较为常用的高稳定性的无人机控制方案和高控制精度的流量控制方案分别进行分析及阐述。经过分析比较后,选取飞行控制器开源架构下的无人机飞行平台系统,选取以单片机为控制器的流量控制系统,借助于PWM技术对流量控制系统进行实时控制。2、系统硬件设计选型。选择APM2.8开源飞行控制器和天翼模型T900构成植保六旋翼无人机子系统,选择Arduino UNO单片机、微型直流电机、电机驱动模块等构成流量控制子系统,选择无线接收机、数传模块和笔记本电脑构成地面站系统,并分析各子系统的主要功能模块。3、系统模型建立及控制算法设计。利用飞行器动力学、牛顿经典力学等理论,结合无人机平台,建立无人机姿态控制数理模型并提出双闭环串联-前置滤波的PID优化姿态控制算法;通过对流量控制策略进行分析,利用自动控制原理、单片机控制等理论,建立无人机飞行速度和直流电机转速的数理逻辑模型并以单片机为控制核心设计以时变PWM信号为输入量的增量式控制算法。4、软件设计。借助单片机操作环境,利用串口通讯技术,建立了植保无人机飞行控制器输出参量与流量控制系统主控器之间的串口通信。通过主控器单片机软件程序,对流量控制系统单元进行实时控制。5、系统算法仿真实验。借助仿真工具MATLAB分别对植保六旋翼无人机的姿态控制算法和基于时变PWM信号的单片机流量控制算法进行实验仿真。结果表明:姿态控制算法的控制效果满足系统对动态性能指标的快速性和稳定性要求,在不同的PWM占空比信号下,流量控制算法的系统调节时间和稳定性均较为理想,在不同占空比信号下流量控制系统的电机转速控制误差小于5%,控制效果达到预期要求。以植保无人机飞行速度控制施药量的控制方案可以达到理论控制需求及精度。