#载人飞行器# 多旋翼载人飞行器动力系统的发展历史是怎样的?斑斓航空
多旋翼载人飞行器已经风靡全球,开启了飞行的新时代。从消费级载人飞行器航拍市场的兴起,到载人飞行器行业应用的不断涌现,不断开发载人飞行器的应用潜力,社会对载人飞行器的接受度也在不断提高。
可以预期载人飞行器在未来会给我们每个人带来全新的生活体验——更好的视野,更高效的配置,更便捷的出行等等。要做到这一点,就要靠技术的发展和创新。今天我们就来看看多旋翼载人飞行器的核心系统之一动力系统的发展历史和未来趋势。
多旋翼载人飞行器动力系统由电机和电调,螺旋桨组成。它的基本原理是电调驱动电机带动螺旋桨旋转,螺旋桨产生向上的拉力带动载人飞行器向上飞。
电调和电机是载人飞行器动力系统的核心,对载人飞行器的整体稳定性和动态特性起着关键作用。电控是电子调速器的缩写,英文缩写ESC(电子速度控制),用来控制电机的运行。根据电机是否有物理换向器,分为有刷电控和无刷电控。
目前载人飞行器动力系统的配置都是无刷电机和无刷电调。有刷电调和有刷电机由于缺陷太多,已经基本退出市场。到目前为止,可以说BLDCM的发展经历了三代,这三代BLD​电源系统在市场上都可以找到,很好的满足了载人飞行器的不同电源需求。以下是三代无刷电调,它们的特点和应用场景。
BLDC电机,俗称永磁无刷DC电机,由定子绕组和转子永磁体组成,必须有一个旋转或运动的磁场才能使转子运动。
理想情况下,BLDC电机的气隙磁场为梯形波,定子布置集中节距绕组,反电动势为标准的120度平顶梯形波。BLDC电机具有良好的机械特性。类似于他励DC电机,改变电枢电压可以改变空载点的机械特性。因此,可以通过调节电枢电压来直接控制电机的速度。此时,采用二对二导通的方波驱动方式来控制BLDC电机,可以获得最佳的控制效果。
第一代BLDC(无刷直流)电调是以BLDC(无刷直流)电机为载体的方波驱动电调。
PWM调制技术用于控制方波驱动电调中电机的运行。这种控制方法主要解决两个问题,一是绕组换相,二是电压调节。
通过检测反电动势的过零点,可以得到绕组的换向逻辑。通过调节PWM占空比可以获得可调电压。换向逻辑信号和调压信号一起调制得到PWM控制信号,实现对BLDC电机的控制。
方波电调具有控制简单、成本低的特点,在多旋翼载人飞行器领域得到了广泛的应用。
但是方波电调驱动的BLDC电机输出转矩脉动大,动态响应速度有限,同时在高速时容易出现堵转问题,所以方波电调不能满足高性能、重负载的要求载人飞行器。
在中小功率BLDC电机的实际应用中,通常通过合理设计磁极形状和允许磁化方向,以及采用斜槽和分数槽等措施来消除齿槽转矩。这些措施使电机的反电动势更接近正弦波。这种电机采用三三导通的控制方式,即所谓的正弦波驱动方式,更有利于减小电磁转矩脉动。
第二代无刷电调是以BLDC电机为载体的正弦波驱动电调。采用SPWM调制技术实现正弦波驱动电调中BLDC电机的控制,提高了BLDC电机三相绕组的利用率,并能消除二对二导通时的换相转矩脉动和堵转。
当然,由于其气隙磁场不是标准正弦波,其输出转矩还是有脉动的。实验表明,在低速时,正弦波驱动电调的转矩脉动小于波驱动电调。在高速时,它们之间的转矩脉动相差不大,甚至正弦波驱动转矩脉动更大。在多旋翼航拍载人飞行器中的应用表明,用正弦波驱动电调时载人飞行器更稳定。
显然,以BLDC电机为载体的正弦波驱动电调并没有从根本上解决转矩脉动和动态响应的问题,仍然难以满足重载高性能多旋翼载人飞行器的功率要求。
随着载人飞行器的工业应用的拓展,如植保载人飞行器和物流载人飞行器的出现,第三代无刷电控诞生了。
第三代无刷电控是基于PMS(永磁同步)电机的FOC(磁场定向控制)电控。
FOC电机和PMS电机从根本上解决了输出转矩脉动、换相和堵转以及电力系统动态响应等问题,能够满足重负载、高性能的电力需求载人飞行器。
PMS电机的气隙磁场是正弦波,产生的反电动势也是正弦波。当三相对称电流施加在永磁同步电机的三相绕组上时,三相绕组会产生一个圆形旋转磁场,带动转子永磁体同步旋转。
FOC电控采用SVPWM调制技术控制永磁同步电机,以产生圆形旋转磁场。通过矢量控制,可以平滑地控制电机的转速和转矩。同时,SVPWM调制对DC母线电压的利用率比SPWM调制高15%左右。
目前市面上的多旋翼无刷电调都是以上三种,调制方式依次为PWM调制、SPWM调制、SVPWM调制。通过在这三种调制模式上添加一些其他技术,开发了其他派生的电调制类型。
由于载人飞行器的应用环境相对恶劣,电机和马达在技术上做了很多妥协,技术上还有很大的探索和优化空间。
同时,为了增加载人飞行器整机的控制性能,可以探讨飞行控制与电机控制联动控制的可能性。
目前商用的多旋翼飞行器使用的无刷电机都是PWM信号控制,导致调速频率刷新有限,在主控制器和电机之间增加了额外的PWM信号产生和解码过程,因此可以开发基于串口的电机,主控制器可以直接控制电机,减少不必要的中间环节。
其次,在多旋翼飞控系统中,电机速度控制回路是最里面的回路,商用电控不提供电机速度反馈,对于飞控速度回路相当于开环控制。如果电控能够提供电机转速反馈,并将反馈值整合到飞行控制中,形成电机转速闭环控制,那么载人飞行器的整体响应性和稳定性都会有很大的提高。
综上所述,随着载人飞行器在工业或商业场景中的广泛应用,载人飞行器对电力系统动态响应性能和可靠性的要求也在不断提高。除了不断优化电机和电控本身,寻求飞控和电机的联动控制也是一个值得探索的方向。

美丽乡村 幸福家人
青马学员:湖南工程学院 经济学院 钟文
指导老师:湖南工程学院 经济学院 李老师
调查时间:2022年1月20日至28日
调查地点:湖南省株洲市醴陵市王仙镇
地区简介:
我的家乡是王仙镇,隶属于湖南省株洲市醴陵市,地处醴陵市东北部,东临浦口镇,南濒渌江与东富镇、阳三石街道隔河相望,西连东堡乡,北接官庄镇。王仙镇是醴陵市东北部的门户、工业重镇和经济强镇,拥有牢固的工业基础,全民的工业意识,高素质的工业人才,工业门类齐全,产业布局合理,形成了日用陶瓷、电瓷、瓷坭、纸业、活塞环、鞭炮烟花为主的六大支柱产业,共有各类大小企业114家。其中规模企业22家,企业员工1.5万人。2005年,实现全镇社会生产总值14.6亿元,完成财政总收入2320万元。境内交通便捷,区位优势明显。交通发达、环境优美,商贸繁荣,共有店铺800余家。强大的工业为其农业发展起到重要作用。2014年沪昆高铁醴陵东站建成通车,更是加快了镇乡的发展。下面,我将从特色经济、宜居生态、文明乡风、致富典型四个方面介绍我的家乡王仙镇。

一、特色经济调查
王仙镇的农业以种植高产优质水稻为主。随着农业产业化的推进,大面积种植大棚蔬菜和其他经济作物正在起步,冲地区的店湾、李山等村凭着丰富的自然资源优势,已经开发了以种植“景烈白兰”为主的苗木、花卉经济,店湾村分布着全国特有的“景烈白兰”高大树种600多株。镇党委、政府号召有条件的村大面积发展以种植“景烈白兰”为主的苗木、花卉经济。2003年全镇有“景烈白兰”苗木近300亩,2008年发展到500亩以上,已经成为湖南省的一个重要苗木、花卉生产基地。
风景名胜
  王仙镇店湾村的深山坡地,有成片珍稀树种景烈白兰,景烈白兰,学名乐昌含笑,是醴陵拥有的优良乡土树种, 也是中国发现面积最大的珍贵树种之一,已超过原产地广东乐昌县的保存量。传说乐昌含笑是在广东为官的醴邑人士带回种子在醴陵繁殖。另说是清代广东移民带来的。景烈白兰属木兰科,含笑属,为常绿乔木,阔叶革质。花白色,幽香远溢,花期在4-5月间。果10月成熟。适宜种植于雨量充沛,气候温和,海拨200-450米,土质肥沃的板页岩红壤山谷地。树干圆直,木质坚韧细致,纹理直,不翘裂,是良好的工业、建筑和生活用材,又是理想的水源涵养林,还是优良的庭院观赏树种。 已知王仙镇店湾村、南桥镇白果村和官庄乡白鹤寺、龙形山二村的相邻地段,共有景烈白兰母树500多株,常年产种子千余公斤。店湾村有成片母树约30亩,269株,树龄约160年,最大植株高35米,胸径98厘米。其间混生有椤木、枫香、宝华玉兰、飞蛾兰等树种。景烈白兰林下山泉汇流,除供应30多户农家生活用水外,还可灌田50余亩。
建议: 1.加大农业投入力度,尤其是抓好重点水利工程建设以及相关基础建设。

2.加快农业结构调整,农业种植多样化,走农业工业化道路,坚定以农促工、以工养农信心。

3.加强农业服务工作,解决乡镇农技干部占位子拿工资不作为的问题,做好农民文化科技培训工作,要做好病虫草害统防统治工作。



二、宜居生态调查
王仙镇有澄潭江流经镇域东南边境的三狮、石艳等5个村,在双江村汇入深水,其支流王仙河自西北向东南贯穿全境。2011年,王仙镇实现农业总产值1.78亿元,比上年增长5.75%。粮食作物以水稻为主,2011年,生产粮食1.4万吨,人均342千克。主要经济作物有油菜、瓜果、蔬菜等。 畜牧业以养猪、羊和家禽为主。2011年,饲养生猪4.79万头,山羊2.01万只,家禽27.3万羽。境内有林地7.18万亩,林木覆盖率57.13%,植被覆盖率较高,乡村空气清新。水利上,2011年末,王仙镇有小一型水库1座,小二型水库2座,总库容116万立方米,灌溉面积5000亩。排水上,2011年末,王仙镇有自来水厂1座,铺设干线水管20千米,生产能力8000吨/日,镇区居民自来水普及率95%。建设排水管道9.5千米 。电力上,2011年末,王仙镇境内拥有35千伏及以上变电站2座,变压器44台,总容量2.89万千伏安,高压输电线路7条,总长度238.4千米。燃气上, 2009年,王仙镇开通天然气,有工业用户10家。绿化上,2011年末,王仙镇有绿地总面积8万平方米,人均6.2平方米。交通上,王仙镇有106国道、沪昆高速、沪昆高铁贯穿全境。
建议:1.强化基础设施,推进村庄生态宜居。

2.建立长效管护机制,保持村庄干净、整洁。

3.基层党建引领,强化示范带动,始终坚持以基层党建引领农村人居环境整治。

三、文明乡风调查
说到王仙,三狮洞不得不提。湖南省醴陵市东郊王仙镇东有大山,三峰矗立,外形似狮,下有深洞,名三狮洞。世传仙人王乔炼药于此,因名王仙山,又名王乔山。《荆州记》:“醴陵县东四十里,有大山,山有三石室。室中有石床,石臼。父老相传,昔有道士学仙于此,即合金沙之臼云”。傅熊湘曾在洞口题直径一尺余“太山石室”四字。三狮洞上,洞口高、宽、深各十余米,可容数百人,洞顶清泉滴沥。民国时,曾在洞中造石像、石龛等,后毁。现内设如来佛祖、观音菩萨、十八罗汉、二十四位诸天等神像。光洞左30米有黑洞,内分三洞,内洞似楼阁。两旁分列观音和包公神像。有一伏流,总面积6000平方米。隔流有石床,石臼遗迹则难找到。站狮张口雄峙于卧狮右侧。登狮头,入狮口,须沿头侧小道下行,险峻异常。坐狮位峭壁上,原有朱兰,春末夏初开花,每茎9朵,紫红剑叶,芳香四溢。
建议: 1.加大力度发展旅游业,尤其是加大力度宣传特色景点三狮洞。

2.挖掘乡村文化,保护和修缮好乡村文化建筑。

四、致富典型调查
醴陵市福兴出口烟火鞭炮制造有限公司负责人罗昌通过“扶贫车间”项目,带领多户贫困户就近就业,实现致富。如何让贫困户就近就业?王仙镇发动该镇企业助力扶贫,福兴出口烟火鞭炮制造有限公司就在易地搬迁集中安置点上建起了“扶贫车间”,让大家在家门口就可以就业。“扶贫车间”建成之后,贫困户李忠全就成为了“扶贫车间”的工人。他高兴地说:“上班十分方便,在家门口就可以挣到钱。”一人本地就业,脱贫致富一家。据悉,该公司共安排了16名贫困户就业,从事玩具造型等工作,按件计算工资,每人每月可增收1000-3000元不等。贫困群众变身产业工人,这让安置点居民有了稳定的收入来源,使留守儿童不再远离父母,让空巢老人有了依靠。2020年王仙镇人民政府携手醴陵市福兴出口烟火鞭炮制造有限公司负责人罗昌紧紧围绕让贫困户“搬得出、稳得住、能致富”目标,大力推进易地扶贫搬迁后续帮扶,强化易地扶贫搬迁后续服务,持续做好“后半篇文章”。通过扶干部“访”,摸清情况解难题,该镇共31户搬迁户,帮扶干部对易地搬迁户每月走访不少于1次,深入了解搬迁户入住后的生活、生产情况,及时发现问题、解决问题,确保搬得出、稳得住、能致富,从根本上解决脱贫问题。因地制宜“帮”,精准施策保就业。对于无法通过市场实现就业的大龄、残疾、失地等搬迁贫困家庭劳动力,在异地搬迁点家门口设立扶贫车间,引进无装药烟花包装手工操作工艺,实现“家门口就业”,现已解决10户。对于有意愿自主创业的搬迁户,积极申请创业补助,现已申报6户。对于农业经验丰富的搬迁户,与醴陵市益农合作社签订帮扶协议,免费提供土地和技术指导,并回购搬迁户产品,现已合作7户。对于丧失劳动力的家庭,实现入股分红,每人每年受益1200元,有8户享受。对于有意愿外出就业的搬迁户,了解就业意愿,加强劳务协作支持,千方百计通过各种渠道提供就业岗位,现已就业2户,31户搬迁户已实现后续帮扶100%覆盖。近年来,王仙镇深入推进扶贫由“输血”向“造血”转变,将“扶贫车间”办到易地搬迁贫困户家附近,让贫困人口在家门口实现就业增收。醴陵市福兴出口烟火鞭炮制造有限公司负责人罗昌来说,通过技术分离出无药工线,把车间从灌冲村建到了王仙社区,建到了贫困户家门口,助力脱贫攻坚。“今后,我们将进一步精准发力,提高脱贫攻坚的成效,巩固脱贫攻坚的成果。”对今后的脱贫攻坚工作,王仙镇蓝图绘就,让我们拭目以待。

#魏牌高管称理想技术不如DHT#
最近都在写关于「DHT」的内容@微博汽车 ,从目前混动技术的发展趋势来看,「DHT」(双电机串并联混动结构)绝对是主流。相比「增程式」,「DHT」更能发挥出「发动机」和「驱动电机」的效率,既可以省油,也更加方便发挥出整套油电动力总成的功率。就我个人角度来说,目前认真在走「DHT」路线的自主品牌,都是最认真对待混动技术的人,我是双手点赞。#车圈新星驾到#
不过,当我们跳出技术领域,站在主机厂推进『电气化』的战略角度看,「增程式」的研发投入成本是较低的,因为若是使用「DHT」技术,从「发动机」到「电驱系统」整套系统都几乎都需要重新研发、调教。周期长,风险大,成本高。若是以纯电为5年转型目标,那么选择「增程式」,对于一些资金实力不那么雄厚的主机厂而言,或许是更正确的决定。
总得来说,技术上「DHT」的确优势更大,而从企业规划上「增程式」更适合准备快速跨入纯电的车企。#微博新知博主#
图一:长城柠檬DHT混动系统结构示意图(原创)
图二:长城柠檬DHT混动系统工作原理示意图(原创)
图三:增程式混动系统结构示意图(原创)


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