Использование беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве сталкивается с технической проблемой, связанной с потерей стабильности при распылении химикатов. По мере расхода жидких пестицидов общая масса дрона, его центр тяжести и показатели инерции непрерывно меняются. Традиционные алгоритмы управления обычно не учитывают эти динамические колебания, что затрудняет удержание точной траектории и снижает качество обработки посевов.
Группа исследователей из Пекинского лесного университета под руководством доктора Сюй Шутин представила многотельную динамическую модель, специально адаптированную для работы с переменными нагрузками. Разработанная система разделяет дрон на два модуля: раму с постоянной массой и резервуар с пестицидами, параметры которого меняются в реальном времени. Для моделирования поведения жидкости ученые применили методы вычислительной гидродинамики, проанализировав газожидкостные потоки внутри бака по мере его опустошения.
На базе этой модели был создан алгоритм управления траекторией, использующий принципы скользящего режима. Исследователи модернизировали стандартные математические функции, чтобы исключить эффект так называемого дребезга – быстрых колебаний, которые приводят к износу механических компонентов и снижают точность полета. Внедрение непрерывной гиперболической функции позволило добиться быстрой сходимости ошибок управления и высокой стабильности аппарата.
Практические испытания технологии проводились на пшеничных полях в провинции Хэбэй. Дрон, выполнявший миссию на высоте четырех метров, продемонстрировал высокую точность следования заданному курсу. На прямых участках отклонения были незначительными, а при выполнении разворотов система корректировала траекторию в течение пяти–восьми секунд. Полученные показатели погрешности – около пяти сантиметров по горизонтали – соответствуют строгим требованиям для проведения прецизионных работ по защите растений.
Применение подобных адаптивных систем позволяет сократить избыточное использование агрохимикатов и снизить экологическую нагрузку на почву. В перспективе ученые планируют дополнить модель механизмами компенсации ветровых нагрузок и подавления эффекта плескания жидкости в баках. Развитие этих технологий способствует цифровизации аграрного сектора и повышению продовольственной безопасности за счет автоматизации сложных полевых операций.