دليل شامل لحلول التحكم في محرك الطائرات بدون طيار

 

في نظام التحكم الأساسي للطائرات بدون طيار ، تلعب خوارزمية محرك المحرك دورًا حاسمًا فقط - فقط - فقط في استقرار الطيران والاستجابة له ، ولكن أيضًا في التحمل ، ومستويات الضوضاء ، وهيكل التكلفة الإجمالية . ، فإن طريقتان التحكم الحاليين الحاليين - فور (5) منطق هذين الحلتين من أربعة أبعاد: المبدأ والأداء والتطبيق والتطوير اتجاه .

 

السيطرة على FOC: السعي لتحقيق الدقة النهائية والكفاءة

يحقق FOC (التحكم الموجهة نحو الحقل) التحكم الدقيق في عزم الدوران الكهرومغناطيسي عن طريق تحويل تيار ثلاثي الطور إلى مكونات المجال المغناطيسي (I _ d و i _ Q) في نظام إحداثيات مستطيلة .

محرك الموجة الجيبية: الشكل الموجي الحالي أكثر سلاسة والتشويه التوافقي أقل من 5 ٪ ؛

· نسبة السرعة الواسعة: تدعم تنظيم السرعة 1: 1000 ، تغطي من تحوم منخفضة السرعة إلى رحلة مفاجئة عالية السرعة ؛

· تقلبات عزم الدوران منخفضة للغاية: ناتج عزم الدوران أكثر خطية والطيران أكثر استقرارًا ؛

· استجابة سريعة: تتيح حلقة التحكم التي تصل إلى 50μs تعديلات عزم الدوران السريعة .

 

التحكم في الموجة المربعة: بسيطة وسريعة وفعالة من حيث التكلفة

يستخدم التحكم في الموجة المربعة استراتيجية ثابتة 120 درجة وتعتمد بشكل أساسي على أجهزة استشعار القاعة لتحديد موضع الدوار . طريقة التحكم أكثر مباشرة ولكن لها دقة محدودة:

· الإثارة الموجة شبه المنحرفة: معدل التشوه التوافقي الحالي مرتفع مثل 20-30 ٪ ؛

نطاق السرعة المحدودة: النسبة المشتركة هي 1:50 ؛

· تموج عزم الدوران: اهتزاز ملحوظ أو تغييرات مفاجئة أثناء التحولات أو الاتجاه .

· بساطة الأجهزة: لا توجد حاجة إلى تشفير ، مما يؤدي إلى انخفاض الحمل الحسابي وتكلفة مخفضة .

 

أخذ نموذج معين من الطائرات بدون طيار على مستوى المستهلك (باستخدام FOC) والمنصة على مستوى الدخول (باستخدام الموجة المربعة) كأمثلة ، تكون المؤشرات الرئيسية كما يلي:

متري	حل FOC (راقي)	محلول الموجة المربعة (أساسية)
تحوم الاستقرار	±0.1 m	±0.5 m
عمر البطارية	46 دقيقة	22 دقيقة
مستوى الضوضاء	55dB	68dB
وقت استجابة اضطراب الرياح	8 مللي ثانية	35 مللي ثانية
ارتفاع درجة حرارة المحرك	+18درجة	+32درجة
تكلفة لكل محرك	$25	$8

 

 

أنواع مختلفة من الطائرات بدون طيار لها متطلبات مختلفة لأنظمة الطاقة ، لذلك هناك أيضًا اختلافات واضحة في اختيار استراتيجيات التحكم .

 

الطائرات بدون طيار المستهلك: السعي لتحقيق الاستقرار والصمت

تعتمد العلامات التجارية مثل DJI و Autel عمومًا حلول FOC:

· تحريك الدقة العالية: يمكن أن تقلل FOC من صعوبة تعديل معلمة PID وتحسين استقرار تحديد المواقع ؛

عمر أفضل للبطارية: يمكن أن يحسن محرك الأقراص عالي الكفاءة معدل استخدام الطاقة للجهاز بأكمله بواسطة 8-12 ٪ ؛

· الرحلة الصامتة: محرك الموجة الجيلة يقلل من ضوضاء التردد العالية عن طريق 6-10 db .

 

FPV Racing Drones: إعطاء الأولوية لقوة الانفجار

في المنتجات التي تتابع السرعة وقابلية التحكم ، مثل الطائرات الطائرات الطائرات ، يكون التحكم في الموجة المربعة أكثر فعالية من حيث التكلفة:

الاستجابة السريعة: تأخير الاستجابة في إخراج الطاقة الكامل هو 0.2 مللي ثانية فقط ؛

· الوزن الخفيف: القضاء على المكونات مثل التشفير يقلل بشكل كبير من وزن النظام .

ميزة التكلفة: يمكن ضغط ميزانية نظام القيادة الإجمالية إلى ثلث FOC .

 

بدون طيار الصناعية: الاستقرار والدقة أولاً

في مهام مثل الرش الزراعي والتفتيش والتعيين ، يلزم دقة التحكم العالية للغاية ، و FOC تقارب:

· مكافحة الاضطراب القوية: يكون الناتج المحرك أكثر استقرارًا ويمكن أن يقمع بشكل كبير الاهتزاز الموصل ؛

· حياة أطول: تقليل الصدمة الميكانيكية وزيادة عمر الحمل من 3 إلى 5 مرات ؛

عنصر تحكم متغير دقيق: يمكن التحكم في دقة تنظيم السرعة في ± 5rpm .

 

يظهر التحكم الهجين كاتجاه جديد

قدم بعض الشركات المصنعة آليات التعرف على حالة الطيران لتحقيق التبديل في الوقت الفعلي لطرق التحكم المختلفة:

· تمكين FOC أثناء الإبحار لتحسين كفاءة الطاقة ؛

· التبديل إلى التحكم في الموجة المربعة لإطلاق عزم الدوران الفوري أثناء تغيير التسارع السريع/الاتجاه ؛

· يظهر الاختبار الشامل تحسينات في التحمل حوالي 9 ٪ مع الاحتفاظ بأكثر من 85 ٪ من قابلية المناورة .

 

FOC بدون استشعار يخترق بسرعة السوق متوسطة المدى

بمساعدة خوارزميات مراقب جديدة (مثل مراقب الوضع المنزلق ، تقدير التدفق) ، تم تحسين دقة التحكم في FOC بشكل كبير:

· يتم تخفيض خطأ تقدير السرعة إلى أقل من 0.5 ٪ ؛

· يمكن أن يصل بدء عزم الدوران بسرعة الصفر إلى ما يصل إلى 30 ٪ من عزم الدوران المقنن .

· انخفضت التكلفة لكل محور إلى 12 دولارًا ، وهو مناسب لمعظم مشاريع الطائرات بدون طيار متوسطة المدى .

 

يستمر ابتكار الأجهزة في زيادة الترقيات

أجهزة الطاقة GAN: زيادة تردد PWM إلى 200 كيلو هرتز وتقليل التموج الحالي بنسبة 60 ٪ ؛

· برنامج تشغيل متكامل: مثل سلسلة TI DRV ، التي تدمج برنامج التشغيل و MCU لتبسيط التصميم وخفض التكاليف بنسبة 40 ٪ .

 

سواء أكنت تعطي الأولوية لدقة FOC وكفاءتها أو بساطة وفعالية التكلفة للتحكم في الموجة المربعة ، فإنهم جميعًا يجدون مكانهم في أبعاد السوق المختلفة . تظهر الاتجاهات الحالية:

لقد حقق سوق الطائرات بدون طيار المتطورة بشكل أساسي تغطية كاملة لـ FOC ؛

· سوق متوسطة المدى يهاجر بسرعة إلى FOC بدون استشعار ؛

يركز التحكم في الموجة المربعة تدريجياً على تطبيقات محددة مثل الألعاب والسباق .

 

يجب أن يعود الاختيار النهائي إلى المنتج نفسه: ما نوع الدقة التي تحتاجها؟ ما هي التكلفة التي يمكنك قبولها؟ هل لديك متطلبات واضحة لعمر البطارية وعمر المحرك؟

 

مع تطور استراتيجيات التحكم في المحرك وتتقدم قدرات الأجهزة ، فإن الحلول الهجينة التي تجمع بين FOC و Square Wave Control تستعد لتصبح معيار الصناعة .