Visaptverošs ceļvedis dronu motora vadības risinājumiem

 

Drona galvenā vadības sistēmā motora piedziņas algoritmam ir būtiska loma, nevis tikai lidojuma stabilitātē un reakcijā, bet arī izturības, trokšņa līmenī un kopējā izmaksu struktūrā. Divām pašreizējām vispārizglītojošajām vadības metodēm - FOC (uz lauku orientēta vadība) un tradicionālā kvadrātveida viļņu kontrole (sešpakāpju komutācija) - ir atšķirīga fokusa fokuss dažādos dronu platformu līmeņos. Šajā rakstā tiks analizētas šo divu risinājumu atšķirības un adaptācijas loģika no četrām dimensijām: principu, veiktspējas, pielietojuma un attīstības tendenci.

 

FOK kontrole: galīgās precizitātes un efektivitātes veikšana

FOC (uz lauku orientēta vadība) sasniedz precīzu elektromagnētisko griezes momenta kontroli, pārveidojot trīsfāzu strāvu magnētiskā lauka komponentos (i _ D un I _ q) taisnstūra koordinātu sistēmā. Tās galvenās priekšrocības ir:

· Sinusa viļņu piedziņa: pašreizējā viļņu forma ir vienmērīgāka un harmoniskais kropļojums ir mazāks par 5%;

· Plaša ātruma attiecība: atbalsta ātruma regulēšanu 1: 1000, kas aptver no zema ātruma lidojuma līdz ātrgaitas pēkšņam lidojumam;

· Īpaši zema griezes momenta svārstības: griezes momenta izvade ir lineārāka un lidojums ir stabilāks;

· Ātra reakcija: kontroles cilpa līdz 50 μs ļauj ātri pielāgot griezes momentu.

 

Kvadrātveida viļņu kontrole: vienkārša, ātra, rentabla

Kvadrātveida viļņu vadība izmanto fiksētu 120 grādu komutācijas stratēģiju un galvenokārt paļaujas uz zāles sensoriem, lai noteiktu rotora stāvokli. Vadības metode ir tiešāka, bet ar ierobežotu precizitāti:

· Trapecveida viļņu ierosme: strāvas harmonisko kropļojumu ātrums ir tikpat liels kā 20-30%;

· Ierobežots ātruma diapazons: kopējā attiecība ir 1:50;

· Griezes momenta pulsācija: ievērojamas vibrācijas vai pēkšņas izmaiņas virzienā vai virziena maiņu laikā.

· Aparatūras vienkāršība: kodētājs nav nepieciešams, kā rezultātā rodas zema aprēķina slodze un samazinātas izmaksas.

 

Izmantojot noteiktu patērētāja līmeņa drona modeli (izmantojot FOC) un sākuma līmeņa platformu (izmantojot kvadrātveida viļņu), galvenie rādītāji ir šādi:

Metrisks	FOK risinājums (augstākās klases)	Kvadrātveida viļņu šķīdums (pamata)
Virzīšanās stabilitāte	±0.1 m	±0.5 m
Akumulatora darbības laiks	46 minūtes	22 minūtes
Trokšņa līmenis	55 dB	68 dB
Vēja traucējumu reakcijas laiks	8 Ms	35 ms
Motora temperatūras paaugstināšanās	+18grāds	+32grāds
Motora izmaksas	$25	$8

 

 

Dažādiem UAV veidiem ir dažādas prasības enerģijas sistēmām, tāpēc kontroles stratēģiju izvēlē ir arī acīmredzamas atšķirības.

 

Patērētāju droni: stabilitātes un klusēšanas vajāšana

Tādi zīmoli kā DJI un Autel parasti pieņem fokusa risinājumus:

· Augstas precizitātes svārstības: FOC var samazināt PID parametru pielāgošanas grūtības un uzlabot pozicionēšanas stabilitāti;

· Labāks akumulatora darbības laiks: augstas efektivitātes piedziņa var uzlabot visas mašīnas enerģijas izmantošanas ātrumu ar 8-12%;

· Klusais lidojums: sinuso viļņu piedziņa samazina augstfrekvences troksni par 6-10 DB.

 

FPV sacīkšu droni: prioritāšu pārsprieguma jaudas noteikšana

Produktos, kas veic ātrumu un vadāmību, piemēram, lidojošus dronus, kvadrātveida viļņu kontrole ir rentablāka:

· Ātra atbilde: atbildes kavēšanās ar pilnu jaudu ir tikai 0. 2MS;

· Viegls: tādu komponentu, piemēram, kodēto, novēršana ievērojami samazina sistēmas svaru.

· Izmaksu priekšrocības: kopējo piedziņas sistēmas budžetu var saspiest līdz vienai trešdaļai FOC.

 

Rūpniecības droni: Vispirms stabilitāte un precizitāte

Tādos uzdevumos kā lauksaimniecības izsmidzināšana, pārbaude un kartēšana ir nepieciešama ārkārtīgi augsta kontroles precizitāte, un FOC ir gandrīz standarta:

· Spēcīga anti-disturbance: motora izvade ir stabilāka un var ievērojami nomākt vadītspējīgu vibrāciju;

· Ilgāks kalpošanas laiks: samaziniet mehānisko šoku un palieliniet gultņu kalpošanas laiku par 3 līdz 5 reizes;

· Precīza mainīga kontrole: Ātruma regulēšanas precizitāti var kontrolēt ± 5 apgriezienos minūtē.

 

Hibrīda kontrole parādās kā jauna tendence

Daži ražotāji ir ieviesuši lidojuma statusa atpazīšanas mehānismus, lai sasniegtu dažādu vadības metožu pārslēgšanu reāllaikā:

· Iespējot FOC kruīza laikā, lai uzlabotu energoefektivitāti;

· Pārslēdzieties uz kvadrātveida viļņu vadību, lai strauji paātrinājuma/virziena maiņa atbrīvotu tūlītēju griezes momentu;

· Visaptveroša pārbaude parāda apmēram 9% izturības uzlabojumus, vienlaikus saglabājot vairāk nekā 85% no manevrēšanas spējas.

 

Bez sensoru fokusa ātri iekļūst vidējā diapazona tirgū

Ar jaunu novērotāju algoritmu palīdzību (piemēram, bīdāmā režīma novērotāju, plūsmas novērtējumu) ir ievērojami uzlabota sensoru fokusa kontroles precizitāte:

· Ātruma novērtēšanas kļūda tiek samazināta līdz mazāk nekā 0. 5%;

· Sākuma griezes moments ar nulles ātrumu var sasniegt līdz 30% no nominālā griezes momenta.

· Izmaksas par vienu asi ir samazinājušās līdz USD 12, kas ir piemērotas lielākajai daļai vidējas klases UAV projektu.

 

Aparatūras inovācijas turpina veikt jauninājumus

· GaN enerģijas ierīces: palieliniet PWM biežumu līdz 200 kHz un samazina strāvas pulsāciju par 60%;

· Integrēts draivera IC: piemēram, Ti DRV sērija, kas integrē vadītāju un MCU, lai vienkāršotu dizainu un samazinātu izmaksas par 40%.

 

Neatkarīgi no tā, vai jūs prioritizējat FOC precizitāti un efektivitāti vai kvadrātveida viļņu kontroles vienkāršību un rentabilitāti, viņi visi atrod savu vietu dažādās tirgus dimensijās. Pašreizējās tendences liecina:

· Augstas klases UAV tirgus būtībā ir sasniegis pilnīgu FOC pārklājumu;

· Vidējā diapazona tirgus ātri migrē uz FOC bez sensoriem;

· Kvadrātveida viļņu kontrole pakāpeniski koncentrējas uz īpašām lietojumiem, piemēram, rotaļlietām un sacīkstēm.

 

Galīgajai atlasei joprojām vajadzētu atgriezties pie paša produkta: kāda veida precizitāte jums nepieciešama? Kādas izmaksas jūs varat pieņemt? Vai jums ir skaidras prasības akumulatora darbības un motora kalpošanas laikā?

 

Attīstoties motora vadības stratēģijām un aparatūras iespējām, hibrīdi risinājumi, kas apvieno FOK un kvadrātveida viļņu kontroli, ir gatavi kļūt par nozares standartu.