Статті

Огляд елементів і модель електроприводу комерційних БПЛА

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №6 2025

Останнє оновлення: 25 грудня 2025

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 709

Authors:

Л. І. Мазуренко, orcid.org/0000-0002-7059-249X, Інститут електродинаміки Національної академії наук України, м. Київ, Україна,  e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В. В. Гребеніков, orcid.org/0000-0002-1114-1218, Інститут електродинаміки Національної академії наук України, м. Київ, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

О. В. Джура*, orcid.org/0000-0002-0224-3351, Інститут електродинаміки Національної академії наук України, м. Київ, Україна, е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2025, (6): 112 - 118

https://doi.org/10.33271/nvngu/2025-6/112

Abstract:

В останні роки спостерігається прискорений розвиток технологій і розширення сфери застосування безпілотних літальних апаратів. Відповідно, науковцям необхідно враховувати поточні тенденції розвитку безпілотних літальних апаратів і поточний стан досліджень.

Мета. Огляд основних елементів приводів безпілотних літальних апаратів і розробка спрощеної математичної моделі електроприводу для оцінки енергоспоживання й ємності акумуляторної батареї безпілотних літальних апаратів вертолітного типу.

Методика. Запропонована модель базується на рівняннях руху ротора двигунів і рівняннях навантаження вентиляторного характеру. При розробці моделі були зроблені припущення, що всі електроприводи працюють за циклічного навантаження, яке повторюється із заданою періодичністю та визначається часовими залежностями зміни заданих моментів електричних двигунів на робочому циклі.

Результати. На основі механічних рівнянь двигунів, рівнянь регуляторів моменту (частоти) і рівнянь навантаження синтезована спрощена математична модель багатороторного приводу безпілотного літального апарату. Розроблена математична модель електроприводу безпілотного літального апарату верифікована із використанням створеної імітаційної моделі. Отримані й співставлені перехідні процеси по моменту і частоті за двох алгоритмів регулювання моменту.

Наукова новизна. Розроблена «інерційна» математична модель електропривода багатороторного безпілотного літального апарату у порівнянні з відомими оперує з меншою кількістю параметрів і змінних, що прискорює розрахунки. У розробленій моделі враховане рівняння регуляторів моменту (частоти) електроприводів. Відповідно, це дозволяє розраховувати довготривалі процеси за різних алгоритмів керування.

Практична значимість. Представлені в роботі оглядові матеріали можуть бути корисними для технічних фахівців, які розпочинають працювати в області проєктування й розробки безпілотних літальних апаратів. Розроблена математична модель дозволяє розраховувати орієнтовну ємність акумуляторної батареї за довільних графіків зміни заданих моментів двигунів, заданої величини напруги акумуляторної батареї та заданої максимальної тривалості польоту.

Ключові слова: електропривод, безпілотний літальний апарат, математична модель, рівняння руху

References.

1. Hung, J. Y., & Gonzalez, L.F. (2012). On parallel hybrid-electric propulsion system for unmanned aerial vehicles. Progress in Aerospace Sciences, 51, 1-17. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2011.12.001

2. Wachłaczenko, M. (2025). Hybrid Electric Propulsion System Digital Twin for Multi-Rotor Unmanned Aerial Vehicles. Sustainability, 17, 4901. https://doi.org/10.3390/su17114901

3. Tachinina, O., Lysenko, A., & Kutiepov, V. (2022). Classification of Modern Unmanned Aerial Vehicles. Electronics and Control Systems, 4, 79-86. https://doi.org/10.18372/1990-5548.74.17354

4. Rabiu, L., Ahmad, A., & Gohari, A. (2024). Advancements of Unmanned Aerial Vehicle Technology in the Realm of Applied Sciences and Engineering: A Review. Journal of Advanced Research in Applied Sciences and Engineering Technology, 40, 74-95. https://doi.org/10.37934/araset.40.2.7495

5. Zhu, K., Quan, Q., Tang, D., Dong, Y., Wang, K., Tang, B., Wu, Q., & Deng, Z. (2024). A Mars quadcopter capable of autonomous flight and sample collection: Structure and avionics. Acta Astronautica, 214, 712-721. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.11.034

6. Solís, R., Torres, L., & Pérez, P. (2023). Review of Methods for Diagnosing Faults in the Stators of BLDC Motors. Processes, 11(1), 82. https://doi.org/10.3390/pr11010082

7. Mohanraj, D., Aruldavid, R., Verma, R., Sathyasekar, K., Barnawi, A.B., Chokkalingam, B., & Mihet-Popa, L. (2022). A Review of BLDC Motor: State of Art, Advanced Control Techniques, and Applications. IEEE Access, 10, 54833-54869. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3175011

8. Electric motors for drones market size and forecast (2025). Retrieved from https://www.verifiedmarketresearch.com/product/electric-motors-for-drones-market/

9. Çabuk, A. S. (2021). Sensorless Control of Outer Rotor Brushless DC Motor With Back-EMF Observer for Drone. Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering, 9(4), 379-385. https://doi.org/10.17694/bajece.958760

10.      Hafeez, S., Khan, A. R., Al-Quraan, M. M., Mohjazi, L., Zoha, A., Imran, M. A., & Yao, S. (2023). Blockchain-Assisted UAV Communication Systems: A Comprehensive Survey. IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 4, 558-580. https://doi.org/10.1109/OJVT.2023.3295208

11.      Yadav, M., Jandhyala, K. L. K., Rajesh, S., & Dalal, A. (2025). Axial Flux Permanent magnet motor for Drone Application. 2025 International Conference on Power Electronics Converters for Transportation and Energy Applications (PECTEA), 1-6. Jatni, India. https://doi.org/10.1109/PECTEA61788.2025.11076542

12.      Grebenikov, V. V., & Gamaliia, R. V. (2019) Comparative Analysis of Two Types of Generators with Permanent Magnets for Wind Turbine. 2019 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), Kremenchuk, Ukraine, 126-129. https://doi.org/10.1109/MEES.2019.8896375

13.      Kurt, E., Arabul, A. Y., Keskin Arabul, F., & Senol, I. (2024). A Multi-Phase Brushless Direct Current Motor Design and Its Implementation in Medium-Altitude Long-Endurance Unmanned Aerial Vehicles. Applied Sciences, 14(24), 11550. https://doi.org/10.3390/app142411550

14.      Kurniawan, J. L., Setiawarman, B. B., Prisetya, D. A., Cahyo W, R. A., & Jenie, Y. I. (2022). Analysis and Simulation of Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor for Hybrid UAV Propulsion. 2022 IEEE International Conference on Aerospace Electronics and Remote Sensing Technology (ICARES),1-7. Yogyakarta, Indonesia. https://doi.org/10.1109/ICARES56907.2022.9993611

15.      Huang, Z. (2024). Integrative Study on Combining Drones with Inverters. Highlights in Science. Engineering and Technology, 103, 237-245. https://doi.org/10.54097/2jb4dn70

16.      Alemi Rostami, M., & Kerdarshad, H. A. (2023). Reliability Assessment of Conventional Three-Level Inverters for Use in Hybrid Unmanned Aerial Vehicles. International Journal of Reliability, Risk and Safety: Theory and Application, 6(1), 97-109. https://doi.org/10.22034/IJRRS.2023.6.1.11

17.      Unnia, F. (2023). GaN Motor Drive Inverter Advances in UAV Drones for Ag Apps. Retrieved from https://eepower.com/technical-articles/wide-bandgap-advancements-in-gan-motor-drive-inverters-revolutionize-uav-drones-for-agricultural-applications/#

18.      Przeniosło, Ł., & Hołub, M. (2018). Efficient electronic speed controller algorithm for multirotor flying vehicles. 2018 Innovative Materials and Technologies in Electrical Engineering (i-MITEL), 1-6. Sulecin, Poland. https://doi.org/10.1109/IMITEL.2018.8370482

19.      Wang J., Huang, X., Zhao, S., & Fang, Y. (2017). Direct torque control for brushless DC motors in aerospace applications with single sided matrix converters with reduced torque ripple. IECON 2017 ‒ 43 ^rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 4143-4149. Beijing, China. https://doi.org/10.1109/IECON.2017.8216710

20.      Rao, G., Prasanna, B., Rayudu, K., Kondaiah, V., Thrinath, B., & Gopal, T. (2024). Performance evaluation of BLDC motor drive mounted in aerial vehicle (drone) using adaptive neuro-fuzzy. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 15(2), 733-743. https://doi.org/10.11591/ijpeds.v15.i2.pp733-743

21.      Townsend, A., Jiya, I. N., Martinson, C., Bessarabov, D., & Gouws, R. A. (2020). Comprehensive Review of Energy Sources for Unmanned Aerial Vehicles, Their Shortfalls and Opportunities for Improvements. Heliyon, 6, 11. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e05285

22.      Corcau, J.-I., Dinca, L., Cucu, A.-A., & Condrea, D. (2025). Drone Electric Propulsion System with Hybrid Power Source. Drones, 9, 301. https://doi.org/10.3390/drones9040301

23.      Ali Khan, M. (2024). A Review of Analysis and Existing Simulation Model of Three Phase Permanent Magnet Synchronous Motor Drive (PMSM). Control Systems and Optimization Letters, 2(3), 349-356. https://doi.org/10.59247/csol.v2i3.151

24.      Agoro, S., & Husain, I. (2023). High-Fidelity Nonlinear Modeling of an Asymmetrical Dual Three-Phase PMSM. 2023 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), 1-7. San Francisco, USA. https://doi.org/10.1109/IEMDC55163.2023.10238985

25.      Kang, J. -b., Lee, J. -H., Kim, H. -J., & Lee, J. -Y. (2024). Multi-physics Analysis and Optimal Design of an Outer Rotor Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor for Coaxial Drone. 2024 IEEE 21 ^st Biennial Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC), Jeju, Republic of Korea, 1-2. https://doi.org/10.1109/CEFC61729.2024.10585667

26.      Vaskovsky, Yu. M., & Nesterenko, D. S. (2024). Comparative analysis of small size high-speed synchronous magnetoelectric motors. Tekhnichna Elektrodynamika, 3, 41-46. https://doi.org/10.15407/techned2024.03.041

27.      Surya, S., & Arjun, M. N. (2021). Mathematical Modeling of Power Electronic Converters. SN Computer Science, 2, 267. https://doi.org/10.1007/s42979-021-00637-1

28.      Alshawish, A. M., Mohamed Wafa, O., & Abushaiba, A. A. (2022). Sensorless Control for Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) Using the Mechanical Model of the Motor with a Reduced Order Observer. 2022 IEEE Kansas Power and Energy Conference (KPEC), 1-4. Manhattan, KS, USA. https://doi.org/10.1109/KPEC54747.2022.9814767

29.      Krause, P. C., Wasynczuk, O., Sudhoff, S. D., & Pekarek, S. (2025). Analysis of Electric Machinery and Drive Systems, 4 ^th ed. Canada: Wiley-IEEE. https://doi.org/10.1002/9781394293896

30.      Akimov, L. V., Kotlyarov, V. O., & Litvinenko, D. J. (2011). Dynamic parameters of asynchronous motors of variable-frequency electric drives. Electrical engineering & Electromechanic, 3, 10-14.

• < Попередня
• Наступна >