Teza conține: 65 pagini, 80 de ilustrații, 6 tabele și 89 surse bibliografice. [305890]

REZUMAT

Teza conține: 65 pagini, 80 de ilustrații, 6 tabele și 89 surse bibliografice.

Cuvinte cheie: Drone, quadcopter, multicopter, arducopter, apm, [anonimizat], programarea, [anonimizat], mission planner.

Scopul general al tezei: studierea, modelarea și executarea unui sistem de propulsie electrică pe baza modelui demonstrativ a unui quadcopter.

Actualitatea temei: [anonimizat], [anonimizat], ne bucură din ce în ce mai des și continuă de a ne surprinde cu posibilitățile și direcții noi de aplicare care își gasesc.

Memoriul explicativ include: introducerea, 5 capitole și concluzii.

Capitolul 1 conține o clasificarea generală și a tipurilor drone-i. Se descrie văst construcția drone-i și rolul a [anonimizat], baterii acumulatoare posibile și surse cu pile de combustie de hidrogen utilizate în aparate de zbor.

Capitolul 2 are ca scop dimensionarea unei actionari electrice pentru un aparat de zbor (quadcopter). Sunt realizate calcule de determinare a [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a quadcopter-ului. Capitolul se încheie cu determinarea duratei de zbor.

Capitolul 3 [anonimizat] -SimPowerSytem al acționării.

Capitolul 4 [anonimizat],[anonimizat], protecția la obstacole.

Capitolul 5 conține calculele cheltuielelor de investiții și elaborării unui quadcopter care a constituit circa 3700 lei

Concluzi:

Reeșind din obiectivele acestei lucrări a [anonimizat] s-a [anonimizat] a [anonimizat],a [anonimizat], programat și setat parametrilor zborului.

SUMMARY

The thesis contains: 65 pages, 80 illustrations, 6 tables and 89 bibliographic sources.

Keywords: drone, quadcopter, multicopter, arducopter, apm, [anonimizat], programming, [anonimizat], mission planner.

The general purpose of the thesis: [anonimizat] a quad-copter model.

The topicality of the topic: [anonimizat], [anonimizat].

The explanatory memorandum includes: introduction, 5 chapters and conclusions.

Chapter 1 contains a general classification and types of drones. [anonimizat], [anonimizat], and hydrogen fuel cell sources used in flight instruments.

Chapter 2 aims to dimension an electric drivetrain for a quadcopter. Calculations are made to determine the mass of the appliance, to choose the engines in accordance with the calculated mass, to calculate and choose the accumulator battery, to assemble according to the electrical diagram presented, to familiarize yourself with the quadcopter program setting / programming. The chapter ends with determining the duration of the flight.

Chapter 3 Develops the propulsion system for quadcopter, modeling and simulation in the MatLaB -SimPowerSystem of the drive.

Chapter 4 describes flight protection types such as free fall protection, power supply failure, flight control flight disappearance, or loss of control of the device, protection from obstacles.

Chapter 5 contains the calculations of investment costs and the development of a quad-copter which amounted to about 3700 lei

Conclusion:

Based on the objectives of this work, the mass of the apparatus was determined as initial pieces, then the electric machine was chosen according to the mass of the apparatus, then the determination and selection of the accumulator battery according to the main consumption, determination of the flight duration according to the average and maximum consumption, model SimPowerSystems, assembled the quad-gear according to the scheme, programmed and set to flight parameters.

CUPRINS:

INTRODUCERE

ANALIZA SITUAȚIEI ACTUALE PRIVIND DOMENIILE DE IMPLEMENTARE A PROPULSIEI ELECTRICE PENTRU APARATE DE ZBOR 9

Clasificarea aparatelor de zbor(UAV) 9

Constructia si principiul de functionare pe baza unui quadcopter 12

Tipuri de masinii electrice utilizate in sistemele de propulsie electrica

a aparatelor de zbor 21

Surse de alimentare cu energie a aparatelor de zbor cu propulsive electrică 25

Surse de energie cu pile de combustie pe Hidrogen 27

DIMENSIONAREA UNEI ACTIONARI ELECTRICE PENTRU UN APPARAT DE ZBOR DE MICI DIMENSIUNI 29

Notiuni generale 29

Calculul masei aparatului 32

Alegerea masinilor electrice conform masei aparatului 33

Calculul și alegerea baterii de acumulatoare(capacitatea (mAh)) 35

Schema electrică de asamblare 36

Programarea și setarea parametrilor quadcopter-ului 36

Calculul duratei de zbor a aparatului 38

MODELAREA SISTEMULUI DE PROPULSIE ELECTRICA PENTRU APARATE DE ZBOR 40

Formularea problemei 40

Modelarea quadcopterului in mediul MatLab 40

Elaborarea modelului SimPowerSystem in MAthLaB al acționării 48

Concluzii asupra rezultatelor obținute 51

SISTEME DE PROTECȚIE LA APARATE DE ZBOR CU PROPULSIE ELECTRICĂ 52

Tipuri de protecție 52

Protecția la cădere liberă 52

Protecția la dispariția sursei de alimentare 54

Protecția la dispariția din zonei de control al zborului sau pierderea controlului asupra aparatului 54

Protecția la obstacole 55

ARGUMENTAREA economică 56

Calculul costului cercetării pentru program 56

Cheltuieli pentru consumul de energie electrică 57

Uzura aparatajului și a echipamentelor utilizate 58

Alte cheltuieli 59

Deviza cheltuielilor 59

Argumentarea economica 59

CONCLUZII 61

BILBLIOGARFIE 63

INTRODUCERE

Drone-le au devenit din ce în ce mai populare în rândul utilizatorilor obișnuiți pe măsură ce producătorii au lansat modele pentru uz comercial la prețuri mici.

Drona este un dispozitiv de tip UAV (Unmanned Aerial Vehicle) capabil să zboare fără să fie pilotat de o persoană, care a fost folosit inițial doar în scopuri militare pentru recunoașterea unor obiective și bombardarea unor ținte strategice.

La fel cum s-a întâmplat și cu internetul, drone-le au trecut din domeniu exclusiv a armatei și cu unele modificări importante, au ajuns să fie produse și în scopuri comerciale. În prezent, dronele sunt folosite și în scop profesional pentru filmarea de la înălțime a unor evenimente sportive sau concerte, dar și de către utilizatori obișnuiți care au descoperit o nouă “jucărie” cu care să-și petreacă timpul.

De altfel, dacă dronele militare pot fi comparate cu avioanele, drone-le civile sunt semnificativ mai mici și mai puțin performanțe, dar au prețuri accesibile pentru o gamă diversificată de persoane.

Drone-le civile sunt controlate wireless prin intermediul unei telecomenzi sau a unei aplicații de Android sau iPhone, iar atunci cînd ești cointeresat de achiziție trebuie de luat în considerare de mai multe aspecte, cum ar fi camera foto, distanță de zbor sau autonomia bateriei.

Actualmente, pentru drone s-au gasit si alte aplicatii, ca prin urmare:

livrarea coletelor sau bunurilor,poștei,produselor de alimentare;

Livrarea cu ajutorul drone-lor – e una dintre cele mai promițătoare și perspective direcții de utilizare. Actualitatea utilizarii drone-lor și a altor tipuri de UAV-uri pentru livrare, permite accelerarea semnificativă și automatizarea procesului de livrare .

Deci procesul de livrarese efectuiază după ce angajatul responsabil atașează bunul la dron și alimentarea este pornită, sistemul de control electronic al quadrocopter-ului se conectateaza la baza de date a rețelei de livrare a companiei. Apoi, când este selectată destinația, UAV generează automat un traseu bazat pe patru tipuri de date:

– Suprafata pamîntului: Drone-le pot recunoaște și eluda astfel de obstacole, cum ar fi dealurile, liniile electrice, copacii și clădirile.

– Spațiul aerian: Sistemul construiește un traseu astfel încât să se evite zborurile în apropierea aeroporturilor sau clădirilor departamentale.

– Densitatea populației: dronii evită zborurile pe teritoriul școlilor sau al zonelor publice.

– Meteo: Condițiile de vizibilitate foarte scăzute pot deveni un obstacol semnificativ.

În funcție de software-ul folosit, generarea rutei poate dura până la 30-40 de secunde, ceea ce este relativ mic. Apoi urmează decolarea, livrarea (pachetul este detașat automat) și se întoarce pe același traseu.

Așa, in rîndul său aceasta posibilitate se utilizea in diferite țări,ca: USA, Germania, Franța, Austria, China, Japonia, Irlanda, Marea Britanie, Australia, India. În Africa, drone-le sunt utilizate pentru a livra medicamente,sînge, salvând astfel un numar mare de vieți.

Precum si livrarea bunulirol și coletelor, un domeniu care și-a gasit loc recent este:

Transportarea oamenilor(taxi);

Promovarea in direcția data a pus сompania chineză Ehang care si a arătat primul zbor al taxiului-dron cu 2 pasageri la bord. Autoritățile din Emiratele Arabe Unite, la începutul anului 2017,au declarat că sunt gata să ia în considerare crearea unei rețele de taxiuri fără pilot pe baza ehangului Ehang 184 si deja a reusit testarea primului taxi de zbor fără pilot, care a avut loc la Dubai, recunoscuta cu success, care poate zbura până la 40-50 de kilometri și poate ridica până la circa 110 de kilograme.

Cu astfel de taxi,blocajele de trafic vor fi semnicativ mai putine.Este intentionat ca in iulie 2018,aceste aparate vor fi disponibile si date in exploatare. O serie de alte companii, inclusiv Uber, Volocopter, la fel își dezvoltă propriile taxiuri fără pilot.

Recent drone se testează în alt domeniu de utilizare,este stingerea incendiilor.

Un astfel tip de drone este startup-ul a Letoniei Drona nu a stins încă incendiul real, dar primele teste ale aparatului sunt promițatoare.Cel mai dificil lucru este să stingi focul la etajele înalte, deoarece evadarea obișnuită la foc nu depășește 70 de metri. Dar drona poate depași o înălțime de 300 de metri. Acest tip de copter are 28 motoare și 16 baterii. Drona este controlată de un specialist pe teren.Un furtun de incendiu este atașat la aparat. Apa din furtun vine de la camioanele de pompieri. La o singură încărcare, drona poate funcționa până la o jumătate de oră: pentru a zbura mai mult, este necesar utilizarea stației de pe pamînt.

La fel sunt organizate și evenimente sportive între drone cum ar fi ” Drone Racing League”, în care drone-le (sau, mai degrabă, operatorii lor) concurează în viteza și promovarea corectitudinea rutei

Deci,cele mai raspîndite din drone sunt quadcopter-e ,care în rîndul său și-au găsit o gamă foarte extensivă în domeniile de aplicare diverse ca, livrarea coletelor sau alimentății,transportarea a medicamentelor și lucrurilor esențiale salvînd vieți combaterea criminalității, protecția granițelor naționale, , investigharea terenulului periculos a serviciilor de urgență ,filmări video sau foto(raportarea diferitor evenimentelor sportive sau concerte), asistență pentru echipele de căutare și salvare, asistență în caz de dezastre,supravegherea,sau pur si simplu efectuarea cadrelor fantastice.

Ca cîteva avantaje putem enumera:

Mobilitate ridicată, nu sunt necesare platforme pentru decolare

posibilitatea de a rezolva o gamă largă de sarcini;

posibilitatea aplicării în condiții meteorologice dificile și în condiții de risc de defectare a aparatului;

nu necesită personal de înaltă calificare;

și multe alte posibilitași vaste.

ANALIZA SITUATIEI ACTUALE PRIVIND DOMENIILE DE IMPLEMENTARE APROPULSIEI ELECTRICE PENTRU APARATE DE ZBOR.

Clasificarea aparatelor de zbor cu propulsive electrică

De fapt, "drone" – aceasta este o denumire obișnuită. Toți acești coptere quad, multi- și alte au numele lor oficial: vehicul aerian fără pilot (UAV-Unnamed Aerian Vehicle). După cum sugerează și numele, un UAV este un aparat de zbor care nu are echipaj la bord; nu contează dacă este controlată de la distanță,de un robot autonom sau e programat prin software.

Administrația federală a aviației din SUA a facut o clasificare generala,formala de baza sau mai putem spune universala,împarțind dronii în clase(categorii).

Tabelul 1.1 Clasificarea drone’lor dupa categorii

Prin urmare,cercetînd mai desfășurat,aparate de zbor se mai pot clasifica:

Dupa tipul motorului:

Electric;

Reactiv;

Fig.1.2 Vederea generală a drone’ului cu motor reactive [16]

Motorul cu combustie internă;

Fig.1.3 Vederea generală a drone-i cu motor cu combustie internă [16]

Din clasificarea dată, menționînd ca ea este de bază,vom continua cu categoria I,căci avem atribuție cu aparate de zbor de mici dimensiuni. Deci,în continuare drone se mai pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

Dupa nr. de motoare(multicopter):

Bicopter – 2 motoare;

Fig.1.4 Vederea generală a drone-ei cu 2 motoare [70]

Tricopter – 3 motoare;

Fig.1.5 Vederea generală a drone’ului cu 3 motoare [71]

Quadcopter – 4 motoare;

Fig.1.6 Vederea generală a drone’ului cu 4 motoare [72]

Hexacopter – 6 motoare;

Fig.1.7- Vederea generală a drone-ei cu 6 motoare [73]

Octocopter – 8 motoare;

Fig.1.8 Vederea generală a drone’ului cu 6 motoare.

Constructia si principiul de functionare

Deci, vom continua luînd în considerație drone-ul cu 4 motoare electrice,de tip quadcopter.

Modelele moderne de quadcopter-e pot avea atît un design simplu, destinat în primul rând pentru divertisment, constă din componente complexe care fac posibilă transformarea acestor dispozitive letale în echipamente cu adevărat profesionale.

Faptul că dispozitivul intern al quadcopter-ului poate fi diferit față de model, componentele sale de bază sunt întotdeauna neschimbate. În general, fiecare dronă poate fi împărțită în următoarele părți componente:

Frame or Chassis (Cadru) – este baza tuturor dronilor. Toate celelalte elemente sunt atașate la acesta. Durata de expluatare a dronului depinde de durabilitatea și fiabilitatea cadrului. Un cadru este realizat din polimeri sau aliaje de metale ușoare. De asemenea se folosește și carbon sau alte materiale care sunt ușoare și în același timp durabile.

Fig.1.9 Vederea generală a cadrului a unui quadcopter [50]

Flight controller (Controlerul de zbor)

Controlerul de zbor este, de fapt, "creierul" quadcopter’ului. De obicei,el rimește semnale de la emitator (sau telecomanda) și le redirecționează către esc-urile care în rîndul său controleaza motoare sau alte elemente a construției, dar poate funcționa și în mod complet autonom: în conformitate cu un plan de zbor predeterminat sau în modul de urmărire a obiectului. Și regimul de zbor autonom se găsește atât în "autocoptere" personale, cît și în aparate de scopuri militare . Cu cît mai multe semnale primește controlerul, cu atît mai multe funcții e capabil se le efectueze dronul în general. La rîndul său, numărul de semnale recepționate depinde de numărul de senzori încorporați în controlerul de zbor.

Pentru fiecare dronă, controlerul de zbor consta din mai multe elemente , dar există un anumit set de bază,care se respect si este obligatoriu pentru orice model sau orice dronă.

Acesta în rîndul său include elemente, cum ar fi:

• procesor principal – acceptă și procesează comenzi;

• barometru (senzor, care determină altitudinea zborului aparatului);

• Accelerometru (dispozitiv ce măsoară accelerația dispozitivului);

• giroscop (un senzor care determină poziția dronului în spațiu);

• Săgeată de direcție (indică direcția în care ar trebui să zboare dronul);

• GPS-navigator (determină locația geografică a dronului);

• RAM;

Din cele mai populare și des utilizate sunt controlere:

DJ-I

Sunt fabricate de compania DJI Innovations, au firmware și circuite închise. În prezent sunt produse 3 tipuri de controlere:

DJI Naza-M Lite: versiunea de bază, dispune de moduri de stabilizare a zborului și de funcții GPS de bază (menținere și întoarcere acasă). Nu acceptă posibilitatea conectării modulelor externe;

DJI Naza-M V2: o versiune ma nouă, diferența consta în posibilitatea conectării OSD,Bluetooth sau stației terane;

DJI Wookong: versiune profesională;

Naze32

Versiunea recenta a rev6,care este update’ul a popularului Acro Naze32 controlerului de zbor de la AbuseMark. La baza modelului Naze32 stă procesorul ST de 32 biți, cu memorie neexploatată,cpu puternic și o serie de senzori la fel de impresionanți. Naze este, de asemenea, potrivită cu unele dintre cele mai frumoase programe și caracteristici GUI(grafical user interface) pentru a beneficia la maximum de configurația dvs.Această versiune "Acro" este aceeași cu placa completă Naze32, cu excepția versiunii complete care vine cu barometrul MS5611 și un magnetometru.

ArduPilot

Unul dintre cele mai funcționale controale de zbor cu sursa inițială deschisă. Se bazează pe platforma Arduino. Are toate funcțiile necesare pentru zbor, inclusiv zborul automat pe puncte, suprapunerea parametrilor de zbor pe video (OSD), poziționarea în poziție etc.

Pixhawk

Cel mai funcțional controler de zbor cu sursa inițială deschisă. Acesta este dezvoltat de compania 3D Robotics pentru a înlocui ArduPilot învechit pe 8 biți. Funcțional, este compatibil cu acesta, dar este construit pe o bază de elemente mai moderne, în primul rînd cu un microcontroler STM32 de 32 biți bazat pe miezul ARM7. În plus, datorită unui procesor mai eficient, PixHawk are o serie de caracteristici noi care au lipsit în ArduPilot: o ”cutie neagră” (înregistrarea informațiilor despre zbor pe o cartelă SD), filtre adaptive, zbor de auto-învățare și așa mai departe.

Fig.1.10 Exemple de controlere de zbor [12]

ESC (electronic speed controller) – Regulator de viteză

Regulatoare de viteză(ESC) sunt dispozitive care interpretează semnalele de la controlerul de zbor și le transformă aceste semnale în impulsuri electrice treptate pentru a determina viteza unui motor fără perii(BLDC).

Aceste ESC oferă avantajul unui control precis al motorului la curenți înalți, ce este esențial pentru zborul stabil

Motorul

Componenta de bază și cea mai importantă este motorul. Motoarele constituie consumul principal a puterii bateriei de acumulatoare a multicopter-ului, prin urmare obținerea unei combinații eficiente de elice și motor este foarte importantă. Viteza motorului este evaluată în kV cea ce indică rpm/1V(rotaii pe un 1V). În general un motor cu kV mai mic va produce mai mult cuplu și evident cu kV mai mare se va roti mai repede. Cu toate acestea, mai rapid nu este întotdeauna mai bine. O rotire mai rapidă a motorului necesită mai multă energie de la baterie de acumulatoare, cauzînd scăderea timpului de zbor și reduce, de asemenea, durata de viață a motorului.

Propellers (Elicele)

Elicele influențează în mare măsură asupra vitezei cu care zboară quadrocopterul, sarcina pe care o pot transporta și viteza cu care pot manevra. Pentru a utiliza aceste atribute diferite, putem mări sau micșora lungimea și pasul elicei. Pasul este forma și înclinarea elicei.Elicele mai lungi pot obține o ridicare mai puternică la turații mai mici decât o elice mai scurtă, dar accelerarea si decelerarea durează mai mult. Dincolo de o anumită dimensiune, ei nu pot în mod normal să zboare.

Elicele mai scurte permit quadcopterului schimbarea rapidă a vitezei și tind să producă capacități de manevră mai bune, însă necesită mai multă energie pentru a le roti.

Battery(Bateria de acumulatoare)

Bateria de acumulatoare e a cea parte componentă,care alimentează toate sistemele quadrocopterului și acționează motoarele.Dar nu toate sunt potrivite pentru a alimenta un quadcopter.

Telecomanda(receptor și emițator radio) – în cazul controlului manual

Deci telecomanda include RC Reciever sau receptor,care în rîndul său este un astfel de dispozitiv care transmite controlerului de zbor semnale de la emițător (telecomanda). Acesta constă dintr-o componentă care se conectează la controlerul de zbor, pentru a primi semnale și emițator pentru a le transmite.

Toate ecestea părțile componente sunt conectate în mod general,astfel:

Principiul de funcționare.

Quadrocopter-ul – este un aparat care zboară datorită reglaării vitezei de rotație a motoarelor cu elice. Este una dintre cele mai simple mașini de zbor cu mulți fani.

Quadcopter-ul nu este stabil din punct de vedere aerodinamic și necesită control al computerului pentru zbor stabil.

Prin urmare, quadcopter-ul este un "sistem de zbor" întreg și dacă "creierul" nu funcționează, atunci zboarul nu este posibil.

Fizica zborului a quadcopterului.

Principiile de bază ale zborului cu privire la orice tehnică, descrie aerodinamica și quadcopter’ul nu este excepție. Cele trei axe de rotație determină absolut în mod unic orientarea quadcopter’ului în spațiu și direcția zborului. Precum direcția mișcării nicidecum nu depinde de amplasarea quadcopter’ului în aer.

Cele trei axe sau unghiuri menționate mai sus sunt denumite în mod obișnuit roll,pitch și yaw(ruliu,tangaj,girație).În limba rusă se mai numește крен,тангаж и рыскание(Fig.1.17).

Orice quadrocopter, ca și alte aparate de zbor, efectuează o listă strict definită de manevre în timpul zborului. Acestea mișcări, pitch/roll și yaw – determină parametrii quadcopterului de zbor. În cazul unui quadcopter, principiul este diferit. Cum s-a menționat,quadcopter-ul are 4 motoare,care în rîndul său sunt echipate cu elicele, dintre care două se rotesc în sensul acelor de ceasornic, iar celelalte două în direcția opusă (Fig.1.18).

Deci,vom analiza 3 cazuri de rotație a aparatului în jurul axelor x,y,z:

Roll (roliu) înseamnă rotirea aparatului în jurul axei transversale ;

Pitch(tangaj) în jurul axei verticale;

Yaw(girație) în jurul axei orizontale;

Deci,pentru controlul quadcopter-ului, se schimbă viteza de rotație a fiecărui motor electric. Ca de exemplu pentru a decola la o altitudine, motoare trebuie să accelereze simultan, evident pentru aterizare toate cele patru motoare trebuie să reducă viteza de rotație deasemenea simultan. Pentru ca quadcopter-ul să zboare în direcția direct înainte, este necesar de a mări viteza de rotație a motoarelor din spate în mod simultan. Sau de exemplu,pentru a roti aparatul în sens contrar acelor de ceasornic, mărim viteza de rotație a motoarelor ce se rotesc în sens invers acelor de ceasornic și, evident, reducerea vitezei de rotație a celor două motoare ce se rotesc în sensul acelor de ceasornic.Toate aceste lucruri sunt prezentate în (Fig.1.19,Fig.1.20)

Aceasta se întâmplă atunci cînd mărim sau micșorăm accelerația cu ajutorul unei telecomenzi(sau de pe emitător) – viteza motoarelor se schimbă simultan (Fig.1.21)

Tipuri de masinii electrice utilizate in sistemele de propulsie electrica a aparatelor de zbor

Motorul e cea parte,datorita cărei sunt acționate elicele modelelor, care în rîndul său ridica aparatul de zbor la altitudine , efectuînd diferite sarcini, pentru care și este destinat. Prin urmare,motoare pentru aparate de zbor,pot fi de 2 tipuri:

Motoare de current continu cu perii(Brushed)

Are un nod de perie-colector. Colectorul este un set de contacte (înfășurări) situate pe rotor, iar o perie este un contact culisant situat pe stator. Doar că prezența acestei perii și reduce resursa motorului cu colector, deoarece creează frecare. Motorul începe să se rotească în momentul cînd se aplică un curent continu direct la borne și direcția de rotație depinde de polaritatea curentului.

Avantajele:

Masa și dimensiuni mici;

Cost redus;

Ușor de reparat;

Dezavantaje:

Randamentul mic;

Viteză redusă de rotație;

Supraîncălzirea ;

Uzură rapidă;

Motor BLDC (fără perii)

Constă dintr-un rotor cu magneți permanenți și un stator, cu înfășurări. Schimbarea direcției de rotație se realizeaza prin schimbarea polarității (schimbînd două fire din trei). Accelerarea și decelerarea are loc foarte rapid (рывками). Au un număr diferit de poli. Cu cît sunt mai mulți poli, cu atît mai încet, dar cu mai mult efort, se rotește rotorul.

Într-un sistem trifazat, în fiecare moment al timpului tensiunea este aplicată la două din cele trei înfășurări. Astfel, există 6 opțiuni pentru aplicarea tensiunii DC la înfășurările motorului, așa cum se arată în figura de mai jos

Avantaje:

Viteza de rotație înaltă;

Rezistență la uzură;

Protecția împotriva influențelor externe;

Dezavantaje:

Cost ridicat;

Reparația complicată;

Este necesara comanda sau controlul vitezei;

Dispozitivul de tipul dat constă dintr-un rotor cu magneți permanenți și un stator cu înfășurări ca si cei cu perii. Dar există o nuanță. Acest tip de motoare(BLDC) mai pot fi de două tipuri:

Outrunner – non-standart. Aici, rotorul este corpul(partea exterioara) care se rotește în jurul statorului cu înfășurări.

Inrunner – standart,în care rotor cu magneți permanenți se rotește într-un stator cu înfășurări.

De obicei nu este indicat tipul motorului, dar e ușor de determinat.

Surse de alimentare cu energie electrică a aparatelor de

zbor cu propulsie electrică

Pentru orice apparat de zbor cu propulsie electrică(în cazul dat quadrocopter), una dintre cele mai importante părți este bateria de acumulatoare,care poate fi comparată cu un rezervor de combustibil într-un elicopter sau într-un avion.Ea este ”inima” aparatului,care in rîndul său furnizează cu energie electrica toate sistemele quadrocopterului fără care funcționarea nu este posibilă. Toate quadrocoptere au motoare care, în funcție de model, au diferite dimensiuni, putere, consum de curent, etc. Un quadrocopter mediu în timpul când stabilește înălțimea de zbor, valoarea totală a curentului poate atinge 100 A sau chiar și mai mult.

Evident din aceste aspecte, cea mai potrivită și optimală variantă de bateria de acumulatoare va fi aceea,care in rîndul său are o capacitate înaltă cu masa minimă.

Însa,cu toate acestea, nu toate quadrocoptere au nevoie de o baterie. Există cîteva variante care nu necesită bacteria de acumulatoare. Astfel de coptere sunt conectați la stația de alimentare de pe pamînt cu ajutorul unui fir durabil, ceea ce le permite să se afle în aer o perioadă îndelungată de timp. Dar acest fapt împiedică foarte mult posibilitățile de zbor și ne limitează că drona să fie utilizată numai la o mică distanță de stația de pe pamînt.

Odată cu dezvoltarea tehnologiilor, bateriile tot nu stau pe loc,dar progresează, reducând astfel greutatea cu creșterea capacității. În modelele mici, simple, create la începutul epocii multi-copterelor, au fost instalate baterii alcaline obișnuite, care foarte în rîndul său rapid se descarcă și nu au putut servi utilizatorul pentru o perioadă lungă de timp.

În prezent, cu aceasta sarcina, cele mai de succes și cel mai bine au reușit baterii de acumulatoare Litiu-polimer(LiPo). Cu excepția caracteristicilor menționate anterior, ele au o descărcare redusă față de alte tipuri de surse de alimentare în starea pasivă, o diferență extinsă a temperaturilor de funcționare și efectul de memorie negativă este exclus.

Dacă facem o listă, progresul arată astfel:

La început, s-au folosit surse alcaline de alimentare;

Aproximativ în aceeași perioadă au existat baterii pe celule de combustie (FuelCell);

Surse de plumb-acid (LeadAcid);

Nichel Cadmium (NiCad) au fost deja instalate pe jucării radio mai moderne și chiar acum au loc în diferite modele;

Din aceeași serie – hidrură de nichel-metal (NiMH);

Și se deschide o epocă de baterii mai avansate – acumulator LiOn / (litiu-ion), care are performanțe ridicate;

Stocuri polimerici de litiu sunt cel mai adesea folosiți în dronă moderne (LiPo);

Și destul de rare, care sunt practic absente pe modele, sunt: ​​sulfura de litiu-fier (LiFe) și litiu-fier-fosfat(LiFePO4).

Caracteristici principalele ale bateriilor de acumulatoare de tip LiPo sunt:

Capacitatea

Se măsoară și e indicată în (mAh) și afișează curentul pe care bateria îl poate furniza cu o oră înainte de a fi complet descărcat. De exemplu, dacă capacitatea bateriei este de 3000 mAh = 3 Ah, înseamnă că poate produce un curent de 3A timp de o oră. La un curent de 1 A îl ajunge pe 3 ore, iar la un curent de 30 A,bateria se va descărca în 6 min.

Tensiunea

O altă caracteristică importantă este tensiunea bateriei care depinde direct de numărul de celule in acesta. O celulă este capabilă să furnizeze o tensiune de 3,7 V, iar tensiunea totală este formată prin conexiunea in serie și poate atinge valori arbitrar de mari. Distrazîndu-ne departe de quadcopter-e.Vom reaminti că există deja chiar mașini sportive care, cu ajutorul electricității, sunt dispersate aproape instantaneu și pot merge cu viteză destul de mare. Avioane pe motoare electrice, care pot transporta o persoane,la bord.

Pentru a afla numărul de celule (sau tensiunea de ieșire a bateriei), visionăm inscripția indexului înainte de litera S. De exemplu, inscripția 1S ne indică că acumulatorul constă numai din o celulă și tensiunea de ieșire 3.7 V. Evident indicii 2S, 3S sau 4S ne spune de disponibilitate a 2,3 sau 4 celule și tensiuni de ieșire 7.4, 11.2 sau 14.8 .

Curentul maxim de descărcare admisibil

Această caracteristică ne indică de câte ori curentul de descărcare maxim poate depăși capacitatea. Deci, valoarea "20C" pentru bateria de mai sus 3000 mAh indicăfaptul că este capabilă să livreze un curent de 60 A pentru o perioadă scurtă de timp.

De asemenea, pentru a încărca bateria LiPo, trebuie de utilizat încărcător special, care asigură o încărcare uniformă a tuturor celulelor. Majoritatea acestor încărcătoare nu sunt alimentate direct de la rețeaua electrică de uz casnic, ci de la o sursă de alimentare care asigură un curent constant de 12V.

Surse de energie cu pile de combustie pe Hidrogen

Problemă principala a drone-i ce ce priveste de bateria de acumulatoare este timpul de zbor: durata maxima de zbor a unui dron este circa de 30 min, iar apoi trebuie să reîncărcați bateria pentru câteva ore. Cu această tehnologie cu pila de combustie de Hidrogen, timpul de zbor crește semnificativ de la una la două ore. Și nu este nevoie de reîncărcat bateria. Tot ce trebuie să faceți este de a înlocui sursa de combustibil. Aceasta durează aproximativ un minut.

H3 Dynamics Compania a prezentat o dronă numită Hywings, care utilizează sistemul energetic bazat pe combustibil cu Hidrogen. Hywings este o dronă cu o aripă ​​și motorului fix din față. Cazul este realizat din fibră de carbon, care permite obținerea unei greutăți relativ reduse a UAV, care este de aproximativ de 7 kg.

Decolarea a Hywings-ului se efectuiaza cu ajutorul operatorului de pe mîini. UAV poate atinge viteze de până la 70 km / h, în timp ce viteza de croazieră este de 50 km / h. Drona poate rezista fluxurilor de vînt cu o viteză de până la 30 km / h.

Developer-ul susține că celulele de combustie permit aparatului să rămână în aer timp de pînă la zece ore. Astfel, teoretic, Hywings poate acoperi o distanță de până la 500 km fără a fi nevoie de aterizare. Sistemul de control,permite controlul zborului pe o rază de circa 300 km.

Dronul poate transporta diverse echipamente la bord – de exemplu, o cameră video de înaltă rezoluție sau un termovizor. Utilizarea UAV este planificată pentru monitorizarea teritoriilor, fotografia aeriană etc.

Această tehnologie începe deja să atace piața. De exemplu, companiile din industria automobilelor produc deja vehicule pe bază de hidrogen cu celule de combustie, există aplicații de alimentare staționare, unde celulele de combustie furnizează energie de rezervă pentru dispozitive precum telefoane mobile sau generatoare .

Se consideră că creșterea duratei zborului și reducerea timpului pentru realimentare extinde gama de aplicare a vehiculelor aeriene fără pilot, în special în domenii cum ar fi de căutare și salvare, fotografii aeriene, agricultura, servicii poștale și livrarea mărfurilor

DIMENSIONAREA UNEI ACTIONĂRI ELECTRICE PENTRU UN APPARAT DE ZBOR DE MICI DIMENSIUNI

Notiuni generale

Dimensionarea acționării electrice a unui aparat de zbor de mici dimenisuni,în cazul dat a quadcopter-ului, joacă un rol important și principal în exploatarea dronului în continuare.

Pentru a determina calcule necesare,vom indica masele elementelor componente inițiale procurate:

Cadru(Frame) – F450;

Masa egală cu mF = 410 g;

Controlerul de zbor(Flight controller) cu amortizator;

În modelul elaborat, s-a utilizat controlerul de zbor APM 2.8(Arduino Pilot Mega). Controlerul dat permite primirea datelor telemetrice și zbor în modul automat cu anumită rută de zbor predeterminată a quadcopter’ului.

Controlerele bazate pe acest soft, astăzi sunt cele mai multifuncționale și accesibile. Controlere de zbor APM fac posibilă transformarea unui model radio controlat într-un model non-controlat (fără pilot) complet autonom, capabil să efectueze misiuni pe rute specificate cu coordonate GPS.

Funcțiile regulatorului de zbor includ:

stabilizarea modelului în aer;

menținerea poziției dronului în aer utilizînd GPS;

autopilot pe punctele prestabelite cu coordonate GPS;

transferul informației de navigație către pilot utilizând OSD(on screen display) și / sau telemetrie;

asigurarea securitații – revenirea la punctul de decolare sau auto-aterizare într-o situație de urgență.

Caracteristici:

Stabilizarea – menținerea orizontului;

Menținerea altitudinii (AltHold);

Loiter – îngheț (замри и слоняйся);

RTL (Return-to-Launch) – reveniți la punctul de decolare;

Auto – realizarea automată a rutei specificate în modul automat;

Acro – acrobație;

Sport – pentru FPV(first person view);

Circle – efectuarea zborului în jurul unui cerc, raza este setată. inclusiv regimul Panorama și ROI (Region of Interest);

Drift – zborul ca a avionului;

Follow me – urmați-mă, disponibil cu telemetria cu GPS-ul său;

Guided- indicarea destinației, disponibilă în telemetrie;

Pozition – fixarea în aer cu un accelerarea manuala de decolare;

Land – aterizare automata;

Simple and Super Simple – zbor ușor și foarte ușor, potrivit pentru începători.

Quadrocopter’ul zboară urmărind unde se afla echipamentul de control;

Este posibil de creat propriul mod de zbor propriu, acesta necesită abilități de programare;

Deci masa sumară egală cu mAPM = 55 g;

GPS cu support – Ublox NEO 7M

Masa sumară egală cu mGPS = 56 g;

RC receiver(receptor radio) – FS-IA6B;

Masa egală cu mRC = 15 g;

Conductoare de conectare

Masa sumară egală cu mc = 25 g;

FPV(first person view) – camera video

pentru conducerea mai simplă a quadrocopterului + filmare video cu amortizator de vibrații(la alegere).În modelul elaborat,sistemul dat nu s-a utilizat,dar și nu îl neglijăm. Prin urmare s-a ales un variant optimal cu rezervă.

Masa sumară – mFPV = 130g;

Calculul masei aparatului

Luînd în considerație toate acestea,obținem formula pentru calculul masei

quadrocopterului, egala cu:

mtotală=mF+mAPM+mGPS+mRC+mcab+mBLDC+mESC+mB+mFVP, (2.1)

unde:

mBLDC – masa motoarelor cu elicele;

mESC – masa controlerelor de viteză(ESC);

mB – masa bateriei de acumulatoare;

mFVP – masa sistemului de supraveghere;

Acestea în rîndul său vor fi indicate în continuare.

Deci,reeșind din formula dată,obținem:

mtotală=mF+mAPM+mGPS+mRC+mcab+mBLDC+mESC+mB+mFVP=410g+55g+

+56g+15g+20g+ mBLDC+mESC+mB+130g=686g+ mBLDC+mESC+mB (2.2)

Considerînd la maxim masele ne indicate,obținem:

mBLDC = 4×65g=260g;

mESC=4×30g=120g;

mB=350g;

Deci, rezultă:

mtotală=686g+ mBLDC+mESC+mB=686g+200g+120g+350g=1,406 kg; (2.3)

Alegerea masinilor electrice conform masei aparatului

2.3.1 Fizica zborului.

Așa dar, quadcopterul are patru motoare, datorită cărora acționînd și se ridica toată masa aparatului de zbor în altitudine. Acesta este modul în care quadcopteri zboară. Fiecare motor al quadcopterului se rotește generînd forța de tracțiune (pe care o vom denumi aici ca Ft).

Exista o formulă de bază,care determină forța de tracțiune necesara, De exemplu, dacă avem un quadcopter cu masa m=1 kg, e necesar că forța totală generată de motoare la accelerația 100% să fie nu mai puțin de 2 kg sau 500 g pe motor (pentru un quadcopter),adica raporul dintre puterea de ridicare și masa,să nu fie mai mic de 2:1. Acest raport de (putere / greutate) oferă un control mai bun,accelerarea și viteza mai rapida,posibilitatea de a mari sarcina sau greutatea utilă suplimentară în viitor. Sau de exemplu pentru zboruri mai rapide, se utilizează raportul pîna la 13:1.

Deci forța generată de un motor exprimată în [g] sau [kg] este urmatoare:

Ft=m×c/n ( 2.4)

Unde: c – coeficient al raportului dintre (putere / greutate);

n – nr.de motoare(4 în cazul quadrocopterului);

Ft=m×2/4=1,406 kg×2/4=0,703 kg(tracțiunea unui motor) ( 2.5)

Dupa parametrul dat,s-a ales motorul de tip A2212/13T 1000kV.

Este un tip de motor cu dimensiuni mici,dar în schimb puternic.Gama lui de utilizare pentru aparate de zbor variaza între 300-800 g. Se recomandă exploatarea continuă la 140 W,cu impulsuri scurte pînă la 180 W. Elicele recomandate 10 x 4,5 cu baceria de acumulatoare cu 3 celule LiPo.

Deci ,forța de tracțiune a quadcopter-ului constituie:

( 2.6)

Deci coeficientul putere/masa egla cu:

(2.7)

Calculul bateriei de acumulatoare

Luînd în considerație că motoarele sunt consumul principal al bateriei de acumulatoare, și stiind curentul maxim de consum a unui motor în mod normal de exploatare Imax.mot. = 10 A, consumul regulatoarelor la intarea de comanda 4IESC= 41A la putem calcula consumul maxim a motoarelor (în cazul dat 4 la quadcopter) cu rezerv pentru restul sistemelor electronice 2 A :

(2.8)

Reeșind din rezultatul obținut, curentul de descărcare minim a acumulatorului trebuie sa fie nu mai puțin de 41A. Prin urmare curentul de decărcare este egal cu produsul dintre curentul care acumulatorul e capabil să furnizeze în timp de o ora și coeficientul [C] a acumulatorului

(2.9)

Reeșind din rezultatele obținute,s-a ales bateria de acumulatoare de tip Lion Power XXKLion 3S cu caracteristici urmatoare:

Marca: xxklion Baterie

Tensiune nominală: 11,1 V

Capacitarea: 4200 mAh

Curentul de decărcare continuă: 35С

Tensiunea pe celulă: 3,7 V

Tensiunea maximă pe celulă: 4,2 V

Fire de silicon: 12awg

Tip conector: conector XT60

Dimensiuni: 140x45x24 mm (± 3 mm)

Greutate: 330g ± 10g (320 g,ceea ce e mai puțin ca masa indicata in calcule)

Schema electrică de asamblare

Toate acestea piese procurate,au fost asamblate și conectate în comformitate cu schema următoare:

Programarea și setarea parametrilor a quadcopter-ului

Programarea si setarea parametrilor a quadcopter-ului s-a efectuat prin software-ul MissionPlanner care în rîndul său este o aplicație gratuită, cu sursă deschisă, bazată pe comunitate, dezvoltată de Michael Oborne pentru proiectul autopilot APM,PixHawk4.

Mission Planner este o aplicație pentru aeroplane, coptere și mașini. Este compatibil numai cu Windows. Poate fi folosit ca utilitar de configurare sau ca control suplimentar dinamic pentru aparatul autonom. Mai jos sunt doar cîteva lucruri pe care le putem efectua cu acest soft:

Instalarea firmware-ul în controlerul (APM, PX4) care controlează aparatul;

Configurarea,și reglarea aparatului autonom pentru o performanță optima;

Planificarea, salvarea și instalarea misiunelor autonome în autopilot cu o simplă introducere (punct dupa punct) pe Google sau alte hărți.

Descărcarea și analizarea jurnalelor de misiune create de autopilot.

Interfata cu un simulator de zbor pentru PC, pentru a crea un simulator complet de UAV.

Cu ajutorul unui dispozitiv de telemetrie corespunzator avem posibilitatea de:

Monitorizarea stării vehicului în timpul funcționării.

Înregistrarea jurnalelor de telemetrie care conțin atît mai multe informații despre jurnalele autopilotului la bord.

Vizualizarea și analizarea jurnalelor de telemetrie.

Operarea aparatului în FPV (First person view)

Calculul duratei de zbor

Utilizînd bateria de acumulatoare LiPo 3S (3 celule, 3.7 V/celula) de tip Lion Power XXKLion cu tensiunea nominală Un=11.1 V, cu capacitatea de 4200 mAh = 4.2A/h (e capabilă sa furnizeze curentul de 4.2 A în timp de o oră) si curentul de descarcare Idesc = 35C (C – in cazul date este egal cu 4.2 A), efectuăm urmatoarele calcule:

Calculul curentului maxim de descarcare:

(2.9)

În așa mod,timpul de descarcare considerînd curentul maxim de descarcare va fi exprimat astfel:

(2.10)

Calculul duratei minime de zbor cu consum maximal:

Conform (2.6), calculăm timpul de zbor minim al quadcopter’ului:

. (2.11)

Cmax.quad. – coeficientul de descărcare cu consum maxim al motoarelor quadcopter’ului.

Conform (2.10), timpul de zbor minim va fi:

(2.12)

Calculul duratei medie de zbor cu consum mediu:

Din tabelul 2.1, curentul minim de consum este egal cu Imin=4 A, iar curentul maxim de exploatare normală Imax=10 A. Prin urmare curentul mediu va fi:

(2.13)

Conform (2.12), (2.14)

Cmed.quad. – coeficientul de descărcare cu consum mediu al motoarelor quadcopter’ului

Conform (2.13), timpul de zbor mediu va fi:

(2.15)

Prin urmare,durata de zbor este direct proporțională cu capacitatea bateriei,adica cu majorarea capacității bateriei de acumulatoare,evident și durata de zbor se marește.Lucrul ăsta putem vedea în graficul din fig.2.16. :

MODELAREA SISTEMULUI DE PROPULSIE ELECTRIC PENTRU APARATELE DE ZBOR DE MICI DIMENSIUNI

Formularea problemei

Modelarea reprezintă procesul de studiere al obiectului (sau procesului) real prin substiuirea lui cu un alt obiect de studiu mai simplu, numit model, și include elaborarea modelului, realizarea cercetărilor, obținerea și analiza rezultatelor, luarea deciziilor și estimarea calității modelului aplicativ la problema prescrisă cu considerarea condițiilor concrete.

Modelarea este o stiinta care se ocupa de studierea obiectului real prin substituirea lui cu un model, care intr-o anumita masura corespunde cu primul si reflecta anumite prorietati ale obiectului real. Substituirea obiectelor reale se realizează în scopul simplificării, reducerea costului,și accelerarea studierii prorietăților originalului.

Pentru a cerceta scopurile principale a quadcopterului și studiului deplin asupra quadcopter-elor, este necesară crearea unui mediu de simulare în care să testeze și să vizualizeze rezultatele diferitelor intrări și controlul quadcopter-ului.

Simularea în mediul MatLab

Se va scri un program de simulare folosind metoda lui Euler pentru rezolvarea ecuațiilor diferențiale pentru a evolua starea sistemului. Deci listingul programului MatLab, va arata astfel:

Apoi avem nevoie de funcții pentru a calcula toate forțele fizice și forța de tracțiune(thrust):

De asemenea, avem nevoie de valori pentru toate constantele fizice, o funcție de a calcula matricea de rotație (numită R) și funcții pentru a converti vectorul de viteză unghială ω în derivata de roll(rotire), pitch(tangaj) și yaw(girație).. Apoi, putem simula quadcopter-ul în vizualizare tridimensională, care este actualizată pe măsură ce simularea funcționează.

Controlul

Scopul obținerii unui model matematic al unui quadcopter este de a ajuta la dezvoltarea controlului a quadcopter-elor fizice. Intrările în sistemul nostru sunt viteze unghiulare din fiecare rotor, deoarece tot ce putem controla este tensiunea pe motoare. În cazul nostru modelului simplificat, folosim doar pătratul vitezelor unghiulare, ωi2, nicidecum nu ωi. Pentru simplitatea notației, introducere intrările γi = ωi2. Pe cand noi putem seta ωi, putem stabili în mod clar și γi. Cu aceasta, putem scrie sistemul nostru de ordinal I.Ecuația diferențială în spațiul de stare. Fie x1 poziția în spațiu a quadcopterului, x2 este viteza liniară a quadcopter-ului, x3 unghiurile de roll(rotire), pitch(tangaj) și yaw(girație) și x4 viteza unghiulară (Toate acestea sunt vectori). Cu aceste fiind starea noastră, vom simula controlul PD,PID, Automatic PID Tuning.

b)

Fig.3.5 Caracteristii rezultatelor PD controlului. a)viteze unghiulare;

b) deplasări unghiulare (φ-rosu,1; θ-verde,2; ψ-albastru,3)

Deci,ca în concluzie,putem spune că controlul mai simplu PD funcționeaza, dar ramîne oeroare semnificativă la starea de echilibru. Pentru a scădea eroarea la starea de echilibru, am adăugat un termen integral pentru a crea un controler PID. Am testat controlerul PID (cu modificări minore pentru a preveni încorporarea integrală) și am constatat că este mai bine să prevenim eroarea la starea de echilibru decât controlerul PD atunci cînd este prezentat cu aceleași perturbații și utilizând aceleași cîștiguri proporționale și derivate

Cu un PID implementat corect, obținem o eroare de aproximativ 0.06◦ după 10 secunde.Cu toate acestea, controlul PID are și neajunsuri. O problemă care apare frecvent la un control PID este cunoscut sub numele de windup integral. Se referă la situația în care apare o schimbare mare a valorii de referință (o schimbare pozitivă) și termenii integrați acumulează o eroare semnificativă în timpul (windup-ului), depășind astfel și continuând să crească pe măsură ce această eroare acumulată este desprinsă (compensată de erori în cealaltă direcție). Problema specifică este depășirea excedentară.În unele cazuri, încorporarea integrală poate provoca oscilații îndelungate, în loc să le stabilească. În altele cazuri, lichidarea poate provoca instabilitatea sistemului, în loc să dureze mai mult ajunge la starea de echilibru.

Elaborarea modelului SimPowerSystem in MAtLaB al acționării.

Prin urmare, deasemenea s-a creat modelul quadcopter-ului î MatLab/ Simulink/ SimPowerSystem. Modelul dat deasemenea permite deplasarea pe puncte în (Fig.3.9).

S-au întrodus datele inițiale si cele primite în mediul MatLab și ca exemplu vom analiza decolarea unui quadcopter:

Și evident datele indicatoare a sensorilor:

Dupa ce urmează decolarea la o altitudine stabilită :

Și datele indicatoare a sensorilor:

Concluzii

Efectuînd modelarea, s-a studiat procesul modelului a unui quadcopter care în rîndul său a substituit pe cel real. S-au realizarat o varietate de cercetări și în sfîrsit obținerea și analiza rezultatelor dupa care putem vedea că decolarea,apoi și deplasarea a fost efectuată cu succes ,fară dificultăți sau probleme de genul dat. Indicatoarele și sensori ne-au demonstrat toate datele corecte și satisfăcătoarecea,din care rezulta ca modelarea a fost efectuată fară erori.

Ce ține de controleci, putem spune că controlul mai simplu PD funcționeaza, dar ramîne o eroare semnificativă la starea de echilibru.

Am testat controlerul PID (cu modificări minore pentru a preveni încorporarea integrală) și am constatat că este mai bine să prevenim eroarea la starea de echilibru decât controlerul PD atunci cînd este prezentat cu aceleași perturbații și utilizând aceleași cîștiguri proporționale și derivate

Cu un PID implementat corect, obținem o eroare de aproximativ 0.06◦ după 10 secunde. Cu toate acestea, controlul PID are și neajunsuri. O problemă care apare frecvent la un control PID este cunoscut sub numele de windup integral. Se referă la situația în care apare o schimbare mare a valorii de referință (o schimbare pozitivă) și termenii integrați acumulează o eroare semnificativă în timpul (windup-ului), depășind astfel și continuând să crească pe măsură ce această eroare acumulată este desprinsă (compensată de erori în cealaltă direcție). Problema specifică este depășirea excedentară.În unele cazuri, încorporarea integrală poate provoca oscilații îndelungate, în loc să le stabilească. În altele cazuri, lichidarea poate provoca instabilitatea sistemului, în loc să dureze mai mult ajunge la starea de echilibru.

SISTEME DE PROTECȚIE LA APARATELE DE ZBOR DE MICI DIMENSIUNI

Tipuri de protecții.

Ca echipamente suplimentare pentru aparatul de zbor sunt sisteme de asigurare, protecție și securitate. Protecția în rîndul său poate fi definită în mai multe categorii:

Protecția la cadere libera;

Protecția la dispariția tensiunii de alimentare;

Protecția la dispariția din zonei de control al zborului sau pierderea controlului asupra aparatului;

Protecția de obstacole;

Protecție la cădere liberă

Ca protecția la cadere liberă, poate servei parașuta,care salvează quadcoptere de deteriorări;

În caz de urgență în orice situație neprevăzută care a avut loc la altitudine pentru un quadcopter, parașuta e cea mai optimală soluție care în rîndul său poate fi cel mai util dispozitiv de salvare, evitînd prejudiciile sau chiar și distrugere totală;

LED-indicator sonor de tensiune joasa, care preîntîmpină că bateria de acumulatoare are nivelul minim de încărcare și evită astfel de căderi și evident deteriorări sau prejudicii neplăcute;

Indicatorul poate fi setat de a semnaliza sunetul intre diapozonul 2.7 V – 3.8 V pe celulă.

Principiul de acționare a sistemelor cu ejectarea a parașutei:

Așa dar, după achiziție a unui dispozitiv de protecție cu parașută este necesară configurarea sau setarea prin intermediul software-ului momentrul activării parașutei, cu care s-a programat quadrocopterul. Deasemenea e posibilă și adaugarea unui emițător suplimentar care să transmită un semnal de lansare a parașutei de urgență.

Majoritatea acestor sisteme au funcția de ejectare automată a parașutei într-o situație anormală. Sub situație anormală se subînțelege de exemplu, dacă dronul pierde controlul și începe să cadă, în momentul acesta se aplicarea comandă pentru a opri motoarele și a ejecta cupola parașutei. În așa mod, detectarea situației de avarie (situației anormale) se efectuiază în timp de 1-2 secunde dacă:

În momentul cînd motoarele nu funcționează sau e defectat cel puțin un motor;

Pîrghia de accelerație este în poziția zero (sau dacă comenzile de accelerare nu sunt disponibile de la pilot);În momentul căderii libere;

Înclinația quadrocopterului atinge unghiul critic de înclinare;

Senzorul de altitudine arată o cădere cu o viteză mai mare de 5 m / s;

În cazul ieșiri dronului din zona de control al zborului;

De ejectarea unui parașut, răspunde fie un arc puternic, fie CNG (gaz comprimat) care în rîndul său este acționat de un dispozitiv comandat de la controlerul de zbor prin conexiunea urmatoare:

Dezvăluire a parașutei se efectuiaza in intervalul de 2 metri de zborul necontrolat al caderii. Viteza medie cadere liberă cu parasuta deschisă variază între 3-6 m / s. Coborîrea poate fi insotita de o alarma cu lumină si sunet.

Protecția la dispariția sursei de alimentare

Ca protecția la dispariția tensiunii de alimentare,la fel se utilizează parașutele care la rîndul său se setează prin dispositive adaugătoare.

Protecția la dispariția din zonei de control al zborului sau pierderea controlului asupra aparatului

Mai există o variant de protecție ce ține de programare prin software în așa mod, pe cînd quadcopter-ul să se întoarce în locul decolării cînd dispare conexiunea cu el prin telecomanda sau această telecomandă iesă din funcție.

Protecția de obstacole

Deci, pentru aceasta quadcoptere sau chiar mai correct de spus majoritatea dronelor sunt echipate și incorporate cu diferite senzori cum ar fi senzor de poziționare vizuală, care ajută la orientare și navigare quadrocopterului în spațiu. De fapt, este o cameră video care analizează în timp real suprafața zborului drone-ului. Există un numar mare astfel de sensori și traductoare.

ARGUMENTAREA economică

Calculul costului cercetării pentru program

Eficiența economică a investițiilor și a capitalului fix, are un caracter de previziune, ceea ce îi asigură o importanță deosebită în luarea deciziilor economice. Adoptarea deciziilor trebuie să se bazeze pe existența mai multor variante de proiect, pentru a putea avea posibilitatea alegerii variantei cu eficiență maximă. Calculele de eficiență economică compară mărimea profitului ce se calculează a fi obținut dintr-o activitate economică viitoare, cu fondurile de investiții cheltuite.

Aprecierea economica reprezinta o evaluare prealabilă a cheltuielilor legate de elaborarea proiectului împreună cu macheta și respectiv costul proiectului împreună cu macheta. Ca rezultat final al elaborarii proiectului se preconizează de a obține un produs cu eficiență maximă și un cost redus. Vom menționa următoarele cheltuieli:

cheltuieli pentru costul tuturor materialelor și pieselor accesorii, cheltuieli pentru consumul de energie electrică;

uzura aparatajului și a echipamentelor utilizate;

alte cheltuieli.

Cheltuieli pentru costul tuturor materialelor și pieselor accesorii

Calculăm costul tuturor materialelor și a pieselor accesorii reișind din necesitățile la realizarea proiectării,asamblări date care sînt arătate în tabelul

Tabelul 5.1 Costul materiilor și pieselor accesorii

Cheltuieli pentru consumul de energie electrică

Consumul de energie electrică se determină reișind din următorii factori:

Consumul de energie electrică în scopuri de iluminare,

Consumul de energie electrică de către echipamentele electronice de calcul.

Consumul de energie electrică în scopuri de iluminare se determină în modul următor:

(5.1)

unde:

M – consumul de energie electrică pentru iluminarea unui m2 de suprafață (15 W/oră);

Fel – timpul de iluminare pe parcursul perioadei de elaborare;

S – suprafața care necesită iluminare, S = 12 m2;

kp – coeficientul de pierderi, kp =0,9;

η – coeficientul de lucru concomitent, η =0,8 – 0,9;

Fel = 60 zile · 5 ore = 300 ore;

Înlocuind datele în formula (3.1.2.1) vom obține:

(5.2)

Consumul de energie electrică de către echipamentele electronice de calcul se va determina din tabelul 5.2.

Tabelul 5.2 Consumul echipamentelor electronice de calcul

Consumul de energie în perioada de cercetare pentru echipament electronic, se calculă reeșind din numărul de zile (N) de folosire a acestui echipament (tabelul 5.2), durata unui schimb (Ds=5 ore) de lucru și consumul de energie pe oră (E1or) după formula:

Ee.e =E1or · Ds · N=90·5·60=27,000 W ; (5.3)

Costul pentru energia electrică se determina reeșind din consumul de energie electrică pe parcursul perioadei de executare a diplomei și tariful pentru o unitate, și se calculă după următoarea formulă:

(5.4)

unde:

C1kW = 2,16 lei/kWh – costul unui kW de energie electrică;

Eilum – consum de energie în scopuri de iluminare;

Em.e – consumul de energie a mijloacelor electronice de calcul;

; (5.5)

Uzura aparatajului și a echipamentelor utilizate

Deoarece lucrarea dată este lucrare de cercetare și materialele necesare pentru studierea și cercetarea în cauză, în majoritatea cazurilor sunt extrase din Internet, cele mai utilizate aparataj sunt calculatorul, ciocan de lipit. Calculatorul utilizat, poate fi luat în arendă sau utilizarea calculatorului propriu. La problema pusă avînd calculatorul propriu, pentru lucrarea dată este necesar de calculat uzura acestui dispozitiv (Uz) pe termenul de cercetare în cauză. Pentru echipamentele suplimentare de exemplu scaner, imprimantă ca și pentru dispozitivului de bază se calculă uzura echipamentelor din considerațiile cotei uzurii anuale, costului inițial al utilajului, timpul de utilizare, conform formulei de mai jos:

(5.6)

unde:

Cinit – costul inițial al utilajului și al echipamentelor;

Cuz=20% – cota anuală a uzurii;

Nzu – numărul de zile de utilizare a echipamentelor.

Echipamentele, costul inițial pe unitatea de produs, uzura pe echipamente și uzura totală sunt reprezentate în tabelul 5.8.

Tabelul 5.3 Uzura pe echipamente

Alte cheltuieli

Aceste cheltuieli includ cheltuielile legate mai mult de întreruperea procesului de producție de exemplu cum ar fi cheltuielile suferite în urma calamităților naturale (cutremur, alunecări de teren, inundații). Aceste cheltuieli consideră 5% din cheltuielile primelor cinci tipuri de cheltuieli.

Deviza cheltuielilor

deviza cheltuielilor pentru elaborarea lucrării date, reprezintă suma tuturor cheltuielilor suportate. Conform calculelor efectuate mai sus s-a construit tabelul 5.9. ce va prezenta deviza cheltuielilor.

Tabelul 5.4 Deviza cheltuielilor

5.2. Argumentarea economică

Lucrarea dată, este o lucrare de cercetare , în ea s-au menționat avantajele unui quadcopter. Recent utilizarea quadcopterelor și-a găsit o gamă foarte extensive si domeniile de aplicare diverse,cum ar fi combaterea criminalității, protecția granițelor naționale,livrarea coletelor sau alimentății,transportarea a medicamentelor și lucrurilor esențiale salvînd vieți, investigharea terenului periculos pentru serviciile de urgență,filmări video sau foto(raportarea diferitor evenimentelor sportive sau concerte), ssistență pentru echipele de căutare și salvare, asistență în caz de dezastre,supravegherea,sau chia si simplu efectuarea cadrelor fantastice.

Pentru achiziționarea unui quadcopter,în cazul dat pe parți,la care a fost necesară și asamblarea lui, cele mai multe cheltuieli s-au investit în piese 3717.23 lei, uzura la asamblarea constituie 647.52 lei și cele mai mici cheltuieli au fost pe consumul energiei electrice și totalul cheltuieli au constituit 4567.15 lei. Comparînd dimensiunele și puterea quadcopter-ului,timpul de zbor,etc. și cheltuieli totale, putem depista că e cu mult mai eficient și ieftin,de a construi și programa quadcopterul său, decît achiziționarea unui asamblat,din magazin sau fabrică.

Prin urmare, lucrul semnificativ a constiuit lucrul intelectual care a avut loc cel mai mult, la asamblare și mai dificultat la programare.

Recuperearea investițiilor poate avea loc foarte rapid,prin:

Filmări de nunți și alte sărbători de familie, evenimente corporative;

Reportaje de la evenimente sportive extensive;

Fotografierea publicității;

Fotografierea panoramică pentru sistemele de realitate virtuală;

Fotografie peisajului pentru diferitfe;

Livrarea la distanțe mici a lucrulirol esențiale;

Analizînd real,o drona(sau quadcopter) este util pentru orice domenii extensive de activitate…

CONCLUZII

Actualmente,beneficiul utilizării dronelor, cu aplicațiile lor de programare și setare foarte vaste, extrem de utile, interesante și atragatoare recent, ne bucură din ce în ce mai des și continuă de a ne surprinde cu posibilitățile și direcții noi de aplicare care își gasesc.

În lucrarea dată s-au realizat cercetarile asupra domeniului drone-lor, mai concret a unui quadcopter și s-au menționat avantajele în utilizarea semnificativă. Deasemenea, implementare studiului comportamentului quadcopterului s-a obținut prin modelarea în mediul MatLab, efectuînd modelul matematic și simulînd în SimPowerSystem. Prin urmare am obținut rezultate satisfacatoare pe exeplu de decolare și deplasare pe puncte.

Reeșind din obiectivele propuse in cadrul acestei lucrări pot fi mentionate rezultate:

A fost determinarea masa aparatului,considerînd piese inițiale;

A fost aleasă mașina electrică de tip BLDC outrunner conform masei aparatului;

A fost determinată și aleasă bateria de acumulatoare conform consumul principal al motoarelor;

A fost determinată durata de zbor mediu și maxim;

A fost elaborat model SimPowerSystems;

A fost asamblat quadcpterul conform schemei;

A fost programat și setat quadcopterul;

După ce urmează achiziționarea pieselor conform celor selectate și evident asamblarea quadcopterului conform schemei indicate. Programarea aparaului de zbor ocupă semnificativ mult timp pîn la efectuarea zborului stabil și calibrat. Prin urmare am capatat un quadcopter esențial care mi-a depașit așteptările, de dimensiuni mari,de putere medie,forța de tracțiune și ridicare înalta cu un raport deputere/masă egal cu 2.27 care este destul de bun și ne permite de a mări sarcinade zbor,durata de zbor semnificativ mare la consum maxim egală 23min,cu controlul zborului ușor, stabil, manevre rapide, ceea ce este remunerarea muncii de forță și muncii intelectuale.

În urma confecționării unui dron real, se poate de menționat că pentru așa tip de quadcopter, de puterea semnificativ mare, durata de zbor care în rîndul său poate fi majorată prin adaugarea bateriei de acumulatoare suplimentară căci puterea și masa permite acest lucru, investiții și cheltuieli totale sunt destul de accesibile în comparație cu quadcoptere gata asamblate din uzină care sunt de 2 ori mai scumpe.

O problemă generală o constituie durata de zbor, dar reieșind din progresul sistemelor de propulsie pentru drone, se poate de menționat că această problemă se va rezolva în viitorul apropiat.

Recuperearea investițiilor poate avea loc foarte rapid,prin:

Filmări de nunți și alte sărbători de familie, evenimente corporative;

Reportaje de la evenimente sportive extensive;

Fotografierea publicității;

Fotografierea panoramică pentru sistemele de realitate virtuală;

Fotografie peisajului pentru diferitfe;

Livrarea la distanțe mici a lucrulirol esențiale;

În încheiere se poate de menționat că drona(sau quadcopter) este un aparat de zbor extrem de util pentru orice domeniu de activitate.

BIBLIOGRAFIE

Ilie Nucă/ Acționări electrice:curs – http://elearning.utm.md/moodle/course/view.php?id=68

Ilie Nucă/ Modelarea matematica a sistemelor electromecanice http://elearning.utm.md/moodle/course/view.php?id=67

Mașini electrice,Volumul II:Mașini sincrone side current continu,procese tranzitorii/Tudor Ambros; – UTM Chișinăa, 2017.

Электрические Машины: машины постоянного тока/ А.И.Вольдек,В.В.Попов -Санкт-Петербург,2004;

Sisteme de comandă și reglare ale mașinilor electrice/ Constanitn Filote, Adrian Graur – Suceava,1998.

Acționarea mașinilor electrice/Ioan Ionescu –București,2005.

Dispozitive și circuite electronice:cilu de prelegeri/Valeriu Blaja – UTM,Chișinău 2005

https://en.wikipedia.org/wiki/Unmanned_aerial_vehicle

http://rustep.com/2017/06/rf-drony-dostavka/

http://миамир.рф/nauka/3215/

https://korrespondent.net/lifestyle/gadgets/3937637-v-sety-pokazaly-kytaiskoe-dron-taksy-Ehang

http://hronika.info/videonovosti/308298-v-latvii-razrabotali-interesnyy-pozharnyy-dron-video.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Quadcopter

https://blog.rcdetails.info/vybiraem-poletnye-kontroller-dlya-kvadrokoptera/

https://www.e-education.psu.edu/geog892/node/5

Drone – ce sunt, cum funcţionează şi cele mai bune modele

http://www.thedroneinfo.com/what-is-a-drone/

https://www.nacdl.org/domesticdrones/

https://www.encyclopedia.com/science-and-technology/technology/aviation-general/drone

https://3dnews.ru/942820

https://dronomania.ru/faq/chto-takoe-kvadrokopter.html – ЧТО ТАКОЕ КВ…КОПТЕР

http://intalent.pro/article/kak-drony-pokoryayut-mir-i-chto-budet-dalshe.html

http://www.customelectronics.ru/chast-3-vse-ob-akkumulyatorah-dlya-kvadrokopterov/

http://kvadrokoptery.com/akkumulyatoryi-dlya-kvadrokoptera/

http://mykvadrocopter.ru/kak-vybrat-akkumulyator-dlya-kvadrokoptera/

http://infocopter.ru/akkumulyatoryi-dlya-dronov/ –

https://robot-ex.ru/ru/article/droni-kakie-bivayut-i-kak-rabotayut-60349

https://www.firerescue1.com/emergency-response-in-the-drone-age/articles/376640018-A-firefighters-guide-to-drone-flight-7-elements-of-a-copter-drone/

Доставка дронами: привет из будущего?

http://droneflyers.ru/tag/dostavka/

https://www.huffingtonpost.com/2014/06/09/food-delivery-drone_n_5461689.html

https://meduza.io/video/2018/02/07/kitayskiy-dron-taksi-vpervye-prokatil-passazhirov

https://3dnews.ru/947559

В Дубае будет запущено беспилотное такси-дрон

https://skymec.ru/pravila-ispolzovanija-dronov-v-stranah-mira/news/

https://rcdrone.livejournal.com/3111.html

https://www.quora.com/How-do-I-calculate-the-electric-power-required-to-lift-100-kg-of-material

https://physics.stackexchange.com/questions/119959/calculating-electric-motors-weight-lifting-ability-knowing-power-what-else-do

http://quatrocopter.com/vremya-poleta-gruzopodemnost-i-skorost-kvadrokoptera-

http://ardupilot.org/planner/docs/common-install-mission-planner.html –

http://ardupilot-mega.ru/wiki/arducopter/assembly-instructions.html

http://multicopter.ru/forum/viewtopic.php?f=2&t=368

https://drongeek.ru/novichkam/vybiraem-dvigatel

http://infocopter.ru/kak-vibrat-lychshiy-motor-dlya-kvadrokoptera/

http://www.avislab.com/blog/brushless02/

https://drongeek.ru/novichkam/vybiraem-dvigatel

https://www.dronetrest.com/t/how-to-choose-the-right-motor-for-your-multicopter-drone/568

https://www.quora.com/Which-type-of-motor-is-used-in-a-drone

http://infocopter.ru/kak-podobrat-dvigatel-dlya-kvadrokoptera/

https://pikabu.ru/story/letatelnyiy_post_6_motoryi_i_ikh_kontrolleryi_4086930 –

http://www.parkflyer.ru/ru/product/1912865/

Quadcopter Parts: What are they and what do they do?

https://oscarliang.com/quadcopter-hardware-overview/

https://quadquestions.com/blog/2014/11/07/components-fpv-quadcopter/

http://blacktieaerial.com/the-physics-of-quadcopter-flight/

https://rcsearch.ru/wiki/481616

https://www.mathworks.com/content/dam/mathworks/mathworks-dot-com/company/events/conferences/matlab-virtual-conference/2015/proceedings/introduction-to-simulink-quadcopter-simulation-and-control.pdf

https://www.mathworks.com/videos/introduction-to-simulink-quadcopter-simulation-and-control-100476.html

https://biglebowsky.livejournal.com/113351.html

http://www.droneybee.com/how-quadcopters-work/

https://habr.com/post/227425/

http://quatrocopter.com/parashyut-dlya-kvadrokoptera-strahovka-na-sluchay-padeniya

https://dronomania.ru/news/parashyut-dlya-bespilotnikov-i-dzhetpakov.html

http://infocopter.ru/vybor-parashyuta-dlya-kvadrokoptera/

http://www.safeinstrument.ru/

https://fruitychutes.com/uav_rpv_drone_recovery_parachutes/drone_multicopter_quadcopter_recovery_parachutes.htm

http://ardupilot.org/copter/docs/parachute.html

https://mirquadrocopterov.ru/obshhie-voprosy/datchiki-uderzhaniya-vysoty-drona.html

http://ardupilot.org/copter/docs/parachute.html

https://mirquadrocopterov.ru/obshhie-voprosy/kak-upravlyat-kvadrokopterom.html

https://www.mirf.ru/science/drones

https://opengameart.org/content/rc-bicopter-drone

http://kvadrokopters.com/catalog/product/xiaomi-yi-erida-tricopter-black

http://www.armattanquads.com/hexacopter-tilt/

http://www.dronesmadeeasy.com/product-p/dji_s1000plus.htm

https://www.robomart.com/dji-2212-920kv-brushless-motor-for-multicopter

http://www.topdronesforsale.org/drone-propellers/

http://www.flyskyrc.com/

https://special.habrahabr.ru/kyocera/p/227425/

https://habr.com/post/379749/

http://sferamagazine.ru/1793936-fpv-s500-500mm-upgrade-f450-quadcopter-frame-kit-w-landing-gear-sku11157.html

https://yaoota.com/en-sa/product/crius-neo-gps-mag-v2-neo-7m-gps-module-with-compass-for-apm-price-from-kingsouq-saudi-arabia

https://www.getfpv.com/flysky-fs-ia6b-receiver-6ch-2-4g-afhds-2a-telemetry-receiver.html

https://www.rhydolabz.com/documents/26/BLDC_A2212_13T.pdf

https://event38.com/knowledgebase/e384/telemetry-connection/

http://www.parkflyer.ru/ru/product/1567992/

http://zadrone.club/zapchasti/pishhalka-indikator-napryazheniya-1-8s/

DJI Phantom 4 обзор нового квадрокоптера + видео