Řidicí systém a elektronika pro 2,9kW hybridní multikoptéru

Abstract

Tato práce popisuje řídicí systém a výkonovou elektroniku pro multikoptéru se synchronním generátorem s permanentními magnety. Multikoptéra je napájena bateriově, generátor je poháněný 2.9kW spalovacím motorem. Hybridní multikoptéra je tvořená kombinací baterií a generátorem, s cílem prodloužení doby letu. Zvolená konfigurace je sériově hybridní. Systém je vybaven senzory, zpětnovazebně je řízen výkon generátoru podle aktuálního požadavku na dodávaný výkon. Uvažovaná aplikace hybridního dronu je pro nouzové situace. Práce se zabývá řízením generátoru a spalovacího motoru. Na úvod práce je popsána konstrukce hybridní multikoptéry s ohledem na účinnost a bezpečnost. Dále je pozornost věnována blokovému zapojení elektroniky hybridního systému a vysvětlení funkce jeho komponent. Následuje matematický popis a simulace systému v Matlab/Simulink a dále implementace algoritmů v mikropočítači. Na závěr jsou uvedeny experimentální výsledky.

This thesis introduces control systems and power electronics for a MultiCopter (MC) equipped with a Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) unit. The MC itself is powered by two batteries and the PMSG, coupled with a 2.9 kW Internal Combustion Engine (ICE). The Hybrid MC (HMC) comes from the combination of the batteries and PMSG unit that supports the MC for extending its flight time and range significantly. In other words, the hybrid configuration is a serial hybrid. The required power is measured by several sensors and calculated which gives feedback back to the control systems. And the power output is optimised. The method is named as “power tracking method”. The application for the HMC is considered mainly for emergency environments when electricity is not supplied. The chapter starts with designing the HMC body taking into account efficiency and safety. Afterwards, block connections for the HMC’s power electronics are introduced. Also, electronic components and related parts are selected to satisfy various requirements. Next, the PMSG unit’s control systems are designed on MATLAB/Simulink and they are implemented on a microcomputer. In the end, all works are validated experimentally.