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动力系统建模和性能评估

动力系统建模和性能评估

作者: 徐凯_xp | 来源:发表于2019-01-28 17:27 被阅读0次

    很多事情 从你决定开始的一瞬间起
    最困难的时刻已经过去了
    ----题记

    如何估算一架多旋翼飞行器的各项性能指标?

    总体描述

    动力系统建模分为四部分:螺旋桨建模、电机建模、电调建模、电池建模。模型所有输入,如表中所示。为了简化本节课讲解,螺旋桨参数可以归为为拉力系数和转矩系数。


    求解悬停时间的总体思路

    • 螺旋桨模型:
    拉力和转矩
    • 电机模型
    • 电调模型
    • 电池模型

    螺旋桨模型

    即拉力和转矩模型
    (1)拉力模型
    拉力(N)T=C_T\rho{({\frac{N}{60}})}^2D_p^4
    其中C_T为螺旋桨拉力系数
    \rho为空气密度,受海拔和温度的影响
    \rho=\frac{273p_a}{101325(273+T_t) }{\rho}_0其中T_t表示温度
    pa=101325{(1-0.0065\frac{h}{273+T_t})}^{5.2561},其中h表示海拔
    {\rho}_0 = 1.293kg/m^3
    (2)拉力逆模型
    输入是拉力,输出是转速
    N = 60 \sqrt{\frac{T}{D_p^4C_T\rho}}, T = \frac{G}{n_r},其中表示单个螺旋桨拉力,G表示飞机重量,n_r螺旋桨个数
    N = 60 \sqrt{\frac{G}{n_rD_p^4C_T\rho}}N表示转速
    (3)转矩模型
    M=C_M\rho{({\frac{N}{60}})}^2D_p^5 C_M螺旋桨转矩系数
    N = 60 \sqrt{\frac{G}{n_rD_p^4C_T\rho}}
    得到:M= C_M\frac{G}{n_rC_T}D_p

    电机模型

    这里假设采用方波驱动
    方波驱动—梯形波反电势与方波电流


    (1)电磁转矩

    问题2. 给定总重量G,电调输入油门指令

    问题3. 给定总重量G, 电调输入油门指令\sigma=0.8,求解飞行器的最大载重和最大倾斜角。

    问题4:给定总重量,求解飞行器的最大飞行速度,最远飞行距离以及综合飞行时间(指飞行器飞行距离达到最远时的飞行时间)。
    (1)飞行器前飞速度



    (1)飞行器前飞距离


    约束问题

    约束1:电调输入油门在[0,1]之间;一般我们希望,合理的油门在50%左右,也就是说油门在中间的时候(上下控制余量都足够),恰好多旋翼能够悬停。
    约束2:电机电枢电流不超限,否则电机会烧掉。
    约束3:电调输入电流不超限,否则电调会烧掉。
    约束4:电池输出电流不超限,否则发热损坏电池。


    评估网站www.Flyeval.com

    基于本讲的理论,我们建立了一个在线性能估算网站flyeval.com.用户在网站上输入机架布局参数、环境参数和动力系统参数后,可以方便地得到性能估算结果
    除了性能估算的功能,该网站还提供辅助设计功能。用户简单地输入多旋翼需要达到的飞行性能指标,网站自动推荐最优的多旋翼配置方案。

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