Kattava opas droonien moottorin ohjausratkaisuihin

 

Droonin ydinohjausjärjestelmässä moottorin käyttöalgoritmilla on ratkaiseva rooli - ei vain lennon vakaudessa ja reagoivassa, mutta myös kestävyydessä, melutasossa ja kokonaiskustannusrakenteessa . kahdessa nykyisessä valtavirran ohjausmenetelmässä - FOC (kenttäkeskeinen ohjaus) ja perinteisen neliön aallonhallinnan (kuuden askeleen kommutointi) - on erilaisia drone -alustojen eri tasoja ja analysointia. Näiden kahden ratkaisun mukautuslogiikka neljästä ulottuvuudesta: periaate, suorituskyky, soveltaminen ja kehityssuunta .

 

Foc -hallinta: lopullisen tarkkuuden ja tehokkuuden harjoittaminen

FOC (kenttäkeskeinen ohjaus) saavuttaa tarkan sähkömagneettisen vääntömomentin hallinnan muuttamalla kolmivaiheinen virran magneettikentän komponentteiksi (i _ d ja i _ q) suorakulmaisessa koordinaattijärjestelmässä . sen ydinetuja ovat:

· Sine -aaltoveto: virran aaltomuoto on sujuvampi ja harmoninen vääristymä on alle 5%;

· Leveä nopeussuhde: Tukee 1: 1000 nopeuden säätelyä, joka peittää pienen nopeuden leijuvan nopeaan äkilliseen lentoon;

· Äärimmäisen alhainen vääntömomentin heilahtelu: Vääntömomentti on lineaarisempi ja lento on vakaampi;

· Nopea vastaus: Enintään 50 μs: n ohjaussilmukka mahdollistaa nopean vääntömomentin säädöt .

 

Neliöaaltoohjaus: yksinkertainen, nopea, kustannustehokas

Square Wave Control käyttää kiinteää 120 asteen kommutointistrategiaa ja luottaa pääasiassa Hall -antureihin roottorin sijainnin määrittämiseksi . Ohjausmenetelmä on suorempi, mutta sillä on rajoitettu tarkkuus:

· Trapetsoidinen aallon viritys: Nykyinen harmoninen vääristymisnopeus on yhtä korkea kuin 20-30%;

· Rajoitettu nopeusalue: Yleinen suhde on 1:50;

· Vääntömomentti Ripple: Huomattava tärinä tai äkilliset muutokset hoverin tai suuntasiirtojen aikana .

· Laitteiston yksinkertaisuus: Enkaineen ei tarvita, mikä johtaa alhaiseen laskennalliseen kuormaan ja alennettuihin kustannuksiin .

 

Esimerkiksi tietyn kuluttajalaatuisen droonimallin (FOC) ja lähtötason alustan (käyttämällä neliöaaltoa käyttämällä), avainindikaattorit ovat seuraavat:

Metri-	FOC-ratkaisu (huippuluokan)	Neliöaaltoratkaisu (emäksinen)
Lannistaa stabiilisuus	±0.1 m	±0.5 m
Akun kesto	46 minuuttia	22 minuuttia
Melutaso	55dB	68dB
Tuulihäiriöiden vasteaika	8 ms	35 ms
Moottorin lämpötilan nousu	+18aste	+32aste
Motoriset kustannukset	$25	$8

 

 

Erityyppisillä UAV: illa on erilaiset vaatimukset sähköjärjestelmille, joten myös hallintastrategioiden valinnassa on myös ilmeisiä eroja .

 

Kuluttajien droonit: vakauden ja hiljaisuuden harjoittaminen

Tuotemerkit, kuten DJI ja Autel, omaksuvat yleensä Foc -ratkaisut:

· Korkean tarkkuuden leviäminen: FOC voi vähentää PID-parametrien säätämisen vaikeuksia ja parantaa paikannuksen vakautta;

· Parempi akun käyttöikä: Korkean tehokkuuden asema voi parantaa koko koneen energian käyttöastetta 8-12%;

· Hiljainen lento: Sine Wave Drive vähentää korkeataajuista kohinaa 6-10 db .

 

FPV -kilpa -droonit: purskevoiman priorisointi

Tuotteissa, jotka harjoittavat nopeutta ja hallittavuutta, kuten lentävät droonit, neliöaaltoohjaus on kustannustehokkaampaa:

· Nopea vaste: Vastausviive täydellä teholla on vain 0,2 ms;

· Kevyt: Komponenttien, kuten kooderien, eliminointi vähentää merkittävästi järjestelmän painoa .

· Kustannusetu: Yleinen käyttöjärjestelmän budjetti voidaan pakata kolmannekselle FOC: sta .

 

Teollisuuden droonit: Stabiilisuus ja tarkkuus ensin

Tehtävissä, kuten maatalouden suihkutus, tarkastus ja kartoitus, tarvitaan erittäin korkea ohjaustarkkuus ja FOC on melkein vakio:

· Vahva distoburin vastainen: Moottorin lähtö on vakaampi ja voi merkittävästi tukahduttaa johtavan tärinän;

· Pidempi käyttöikä: Vähennä mekaanista sokkia ja lisää kantavan käyttöikää 3 - 5 kertaa;

· Tarkka muuttujan ohjaus: Nopeuden säätelyn tarkkuutta voidaan ohjata ± 5 rpm: n sisällä .

 

Hybridi -hallinta on syntynyt uudeksi suuntaukseksi

Jotkut valmistajat ovat ottaneet käyttöön lentotilan tunnistusmekanismit erilaisten ohjausmenetelmien reaaliaikaisen vaihtamisen saavuttamiseksi:

· Mahdollista FOC: n risteilyn aikana energiatehokkuuden parantamiseksi;

· Vaihda neliöaaltoohjaukseen välittömän vääntömomentin vapauttamiseksi nopean kiihtyvyyden/suunnanmuutoksen aikana;

· Kattava testaus osoittaa, että kestävyysparannukset ovat noin 9% säilyttäen yli 85% ohjattavuudesta .

 

Anturiton Foc tunkeutuu nopeasti keskialueen markkinoille

Uusien tarkkailijoiden algoritmien (kuten liukumoodin tarkkailijan, flux -estimointi) avulla anturittomien FOC: n ohjaustarkkuus on parantunut huomattavasti:

· Nopeuden arviointivirhe pienenee alle 0,5%: iin;

· Välimerkki nolla nopeudella voi saavuttaa jopa 30% nimellismomentista .

· Kustannukset akselia kohden on laskenut 12 dollariin, mikä sopii useimpiin keskitason UAV-projekteihin .

 

Laitteistoinnovaatio jatkaa päivitysten lisäämistä

· GAN -voimalaitteet: Lisää PWM -taajuus 200 kHz: iin ja vähennä nykyistä aaltoilua 60%;

· Integroitu ohjain IC: kuten TI DRV -sarja, joka integroi ohjaimen ja MCU: n yksinkertaistamaan suunnittelua ja vähentämään kustannuksia 40%.

 

Prevoit sitten Foc: n tarkkuuden ja tehokkuuden tai neliön aallonhallinnan yksinkertaisuuden ja kustannustehokkuuden, ne kaikki löytävät paikkansa eri markkinoiden ulottuvuuksissa . Nykyiset trendit osoittavat:

· Huippuluokan UAV-markkinat ovat periaatteessa saavuttaneet FOC: n täydellisen kattavuuden;

· Keskitason markkinat siirtyvät nopeasti anturittomaan FOC: hen;

· Neliöaaltoohjaus keskittyy vähitellen tiettyihin sovelluksiin, kuten leluihin ja kilpa -autoihin .

 

Lopullisen valinnan pitäisi silti palata itse tuotteeseen: Millaista tarkkuutta tarvitset? Mitä kustannuksia voit hyväksyä? Onko sinulla selkeitä vaatimuksia akun kesto- ja moottorin käyttöikää?

 

Moottorin hallintastrategioiden kehittyessä ja laitteistoominaisuuksien edistymisessä hybridi -ratkaisuista, joissa yhdistyvät FOC- ja neliöaaltohallinta, on tulossa alan standardiksi .