Adaptive Pi-basierte Gleitmodusregelung für Pflanzenschutz-Quadrotoren mit variablem Masseträger und Flüssigkeitsschlappen

Die Stabilität autonomer unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) zum Transport von Flüssigkeiten ist entscheidend für die Präzision bei der feldmäßigen landwirtschaftlichen Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln. Dieses Papier schlägt ein adaptives robustes Regelungsschema vor, das darauf ausgelegt ist, landwirtschaftliche Quadrotor-UAVs zu stabilisieren, die während der Pestizidanwendung von variierendem Masseträger und Flüssigkeitsschlappdynamiken beeinflusst werden. Ein umfassendes nichtlineares mathematisches Modell wird entwickelt, um UAV-Flüssigkeits-Interaktionen explizit abzubilden, wobei sowohl das Flüssigkeitsschlappen als auch zeitabhängige Massenänderungen berücksichtigt werden. Ein adaptiver, PI-basierter Gleitmodusregler wird vorgeschlagen, der einen neuronalen Netz-Identifikator zur Schätzung unbekannter Schlappkräfte und einen nichtlinearen Störgrößenbeobachter zur Abschwächung externer Störungen aufweist. Theoretische Analysen anhand entworfener Lyapunov-Funktionen bestätigen die Robustheit, Stabilität und begrenzte Schätzfehler des Regelkreissystems, selbst unter variierenden Flüssigkeitsmassebedingungen. Simulationsexperimente validieren die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode, die eine etwa 41,4 % bzw. 53,8 % Verbesserung der Trajektorienverfolgungsgenauigkeit, Stabilisierung und Störungsunterdrückung entlang der x- und y-Achsen im Vergleich zur herkömmlichen proportional-integral-derivativen (PID) Regelung erzielt. Insgesamt verbessert diese Forschung die UAV-Regelungsmethoden durch effektives Management von schlapplbedingten Effekten.