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淺析無人機設計中的下一個進化步驟

日期:2018-07-21 / 人氣:

  今天無人機設計小編為您了解到無人機設計中的下一個進化步驟,快跟隨無人機設計小編一起來了解吧。

  有人認為,無人機(UAV)或無人駕駛飛機的商業重要性可能與互聯網一樣重要。諸如空中攝影和錄像等高性能應用在很大程度上被無人機民主化,具有很大的吸引力和相應的高音量。更深奧的用途包括農業管理,預計其在醫療應用中的使用將增加。

  由于為企業提供交鑰匙解決方案的公司已經出現了'無人機即服務'的概念。有關立法的澄清有助于幫助而不是阻礙蓬勃發展的行業,盡管對整體有效載荷有所限制,但其優越性幾乎都得到了保證。亞馬遜和Facebook等大型組織正在積極開發項目,分別使用無人機在偏遠地區交付商品和互聯網連接。

  這些新興應用將越來越依賴自主性,因此,無人機可能成為完全融入社會的第一種真正自動駕駛汽車。這是一個活躍的研究領域,已經出現了商業系統,例如家庭監控無人機,它可以在檢測到移動時自動導航建筑物的周邊,并通過互聯網將房屋所見到的信息傳達給房主。

  除了無人駕駛,無人機也不受限制。包含電源,處理和有效負載的緊湊型系統。為了真正有用,即使在危險和易變的天氣條件下,它們也需要保持穩定和高效。盡管一次充電可以盡可能長時間地運行,但它們將不可避免地需要能夠自己停靠以充電,使它們能夠幾乎無限期地自主運行。這種精確的控制和導航水平正在創造對新技術的需求,突出了無人機開發最重要的兩個特點:電機控制和導航。

  電子速度控制

  作為一個系統,無人機可以用包括飛行控制器,電子速度控制器(ESC),電池和有效載荷的功能元素來描述。ESC與飛行控制器分開但仍由其管理是相關的。這主要是因為它是一個復雜的功能,可以從專用解決方案中受益。

  ESC負責控制每個電機的速度,因此每個電機通常都有一個專用的ESC。為了協調它們的運行,所有的ESC必須能夠直接或間接地通過飛行控制器相互通信;在典型的無人機中,可能會有四個ESC和四個電機。ESC已經成為一個卓越領域,通常表現為一個可以輕松集成的完整子系統,現在已經有一小部分但越來越多的ESC解決方案可用。

  由于穩定性和效率在無人機技術中至關重要,電動機的控制方式對無人機的操作至關重要。許多ESC供應商采用的方法是磁場定向控制(FOC),一種控制電機轉矩的技術,并通過這種技術來控制轉速。FOC實施得很好時,可實現加速度的快速變化而不會引入不穩定性,允許無人駕駛飛機執行復雜的機動動作,同時最大限度地提高效率。在FOC中快速計算驅動矢量是至關重要的,這就是為什么它已成為一般針對電機控制,特別是針對ESC的微控制器供應商的重點。

  無人機最受青睞的無刷直流電機是由于其體積小,成本低廉,經久耐用。為了進一步降低材料成本,無人機制造商通常會采用無傳感器拓撲;也就是說,電機的位置是通過監控電機的狀態而不是轉子的位置來確定的。通過FOC算法對無傳感器BLDC電機的控制非常復雜,這也是為什么交鑰匙解決方案已經開始出現在領先的微控制器制造商身上的另一個原因。

  其中一個例子是意法半導體的STEVAL-ESC001V1電子速度控制器(ESC),該器件將意法半導體的STM32F303CBT7微控制器和電機控制SDK與其L6398驅動器和STL160NS3LLH7功率MOSFET集成在一起。它們一起形成一個完整的解決方案,用于驅動單相三相無刷電機,無論是使用無傳感器FOC算法的BLDC或PMSM(永磁同步電機)。功率MOSFET是N溝道30 V,160 A STripFET H7器件。該設計可以提供20 A的最大RMS電流,這足以驅動專業無人機中使用的電機。圖1顯示了該解決方案的框圖。

  意法半導體指出,FOC的使用,而不是像某些ESC所使用的梯形控制算法,可提供更好的轉矩控制,而其提供的實施還可在減速期間提供主動制動和能量恢復。

  自主性和穩定性將成為未來無人機的關鍵特征。隨著諸如基于FOC的電機控制和DGNSS等技術變得更加整合,無人機的快速和持續發展得到了保證。這些預集成解決方案的可用性使得開發先進無人機的過程變得更簡單,為渴望利用令人興奮的新可能性的OEM提供了機會。

  通過無人機設計小編的了解,希望對您有所幫助。

作者:貝貝高


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