АНАЛІЗ СИСТЕМ ЖИВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ РОЗВІДУВАЛЬНИХ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ І КЛАСУ
DOI:
https://doi.org/10.46972/2076-1546.2025.29.08Ключові слова:
безпілотний літальний апарат І класу, безколекторний електродвигун, система живлення, адаптивне керування, енергоефективність, електронний регулятор швидкостіАнотація
У статті розглянуто сучасні підходи до підвищення енергоефективності систем електроживлення безпілотних літальних апаратів, зокрема досліджено взаємодію джерел живлення, електронних регуляторів швидкості та безколекторних електродвигунів. Проаналізовано структуру типової енергетичної системи безпілотних літальних апаратів, включно з акумуляторами, модулями розподілу живлення, політним контролером та силовими перетворювачами. Особливу увагу приділено характеристикам безколекторних електродвигунів, їхнім показникам ефективності, а також впливу алгоритмів керування на динаміку, точність та втрати в електроприводі.
Окремо розглянуто різні типи форм вихідних сигналів електронних регуляторів швидкості: трапецієподібне керування, синусоїдальне широтно-імпульсне й векторне керування з урахуванням орієнтації поля, а також просторово-векторну широтно-імпульсну модуляцію простору. Зроблено порівняльний аналіз цих методів за параметрами плавності ходу, рівня шумів, складності реалізації та загальної енергоефективності. Показано, що перехід від простих імпульсних методів до методів з урахуванням орієнтації поля забезпечує суттєве зменшення втрат, стабілізацію моменту та підвищення точності керування, що є критично важливим для безпілотних літальних апаратів з тривалим часом польоту.
У роботі показано важливість багатофакторного моделювання, яке враховує взаємний вплив напруги акумуляторної батареї, форми сигналу, температурних режимів, механічного навантаження та параметрів двигуна. Встановлено необхідність подальших досліджень у напрямку оптимізації алгоритмів електронних регуляторів швидкості та аналізу їхнього впливу на ресурс акумулятора й загальну енергоефективність системи електроживлення безпілотних літальних апаратів.
Посилання
Hassan, M. A. A., Abdullah, A. R., Bahari, N., & Sabri, M. I. M. (Aug. 2015). Efficiency Comparison of Trapezoidal and Sinusoidal Method for Brushless DC Motor Drive. Applied Mechanics and Materials, 785, 248–252. Retrieved from AMM.785.248scientific.net. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/
Mukhlisin, A., Yuniarto, M. N., & Rijanto, E. (Dec. 2019). Performance Comparison of BLDC Motor Controllers Designed Based on Trapezoidal Commutation and FOC. In AIP Conference Proceedings, 2187, 1, 060002. https://doi.org/10.1063/1.5138363Academia+2ResearchGate+2Academia+2
Yorat, E., Özbek, N. S., & Saribulut, L. (2018). Comparative Analysis of Field Oriented Control of BLDC Motor Using SPWM and SVPWM Techniques. ResearchGate. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/322515477_Comparative_analysis_of_field_oriented_control_of_BLDC_motor_using_SPWM_and_SVPWM_techniquesResearchGate
Ivanov, O. M., & Petrov, I. S. (2020). Systemy keruvannia bezkolektornymy dvyhunamy postiinoho strumu: teoriia ta praktyka [DC Collectorless Motor Control Systems: Theory and Practice]. Kyiv [in Ukrainian].
Azab, M. (Jun. 2022). Comparative Study of BLDC Motor Drives with Different Approaches: FCS-Model Predictive Control and Hysteresis Current Control. World Electr. Veh., 13, 7, 112. https://doi.org/10.3390/wevj13070112
Kovalchuk, V. A., & Demydenko, T. H. (2021). Porivnialnyi analiz alhorytmiv keruvannia BKM u BpLA [Comparative Analysis of BKM Control Algorithms in UAVs]. Elektromekhanichni systemy [Electromechanical systems], 2, 42–49 [in Ukrainian].
Chen, X., & Nakamura, Y. (2020). Adaptive Control of Brushless DC Motors for Energy Efficiency in UAVs. International Journal of Control, Automation and Systems, 18, 5, 1125–1135.
Shevchenko, M. V. (2022). Vplyv formy syhnalu na nahriv ta vtraty v BKM [The Influence of the Waveform on Heating and Losses in BCM] // Tekhnichna elektrodynamika [Technical Electrodynamics], 1, 31–36 [in Ukrainian].
Park, J., & Kim, D. (2018). Comparative Study on ESC Topologies in Small UAV Applications. Journal of Power Electronics, 18, 2, 320–327.
Romanov, S. V., & Klymchuk, I. Yu. (2023). Optymizatsiia enerhovytrat u systemakh keruvannia dvyhunamy dlia bezpilotnykh aparativ [Optimization of Energy Consumption in Engine Control Systems for Unmanned Aerial Vehicles]. Visnyk aviatsii ta kosmonavtyky [Bulletin of Aviation and Cosmonautics], 3, 27–34 [in Ukrainian].
Lin, W., & Huang, C. (2021). Microcontroller Limitations in Implementing Advanced Motor Control Algorithms for UAVs. Electronics, 10, 11, 1342. https://doi.org/10.3390/electronics10111342
Fotouhi, A., Moghaddam, M. N., & Zadeh, M. K. (2021). Energy Consumption Optimization in UAV Systems: A review. Sensors, 21, 4, 1323. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7926674/
How many watts does a drone use? (2023). EcoFlow Blog. Retrieved from https://blog.ecoflow.com/uk/how-many-watts-does-drone-use/
Rojas, D. A. (2014). Pixhawk and APM Power Consumption. DIY Drones Blog. Retrieved from https://diydrones.com/profiles/blogs/pixhawk-and-apm-power-consumption
Jaramillo, J. G., et al. (2022). Wireless Communications for UAV: Enabling technologies and applications. Frontiers in Energy Research, 10, 752012. Retrieved from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2022.752012/full
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
