KR101372351B1 - Flight simulation system for evaluation of unmanned aerial vehicle based on solar energy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템에 관한 것으로,
상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적을 조정하면서 상기 무인 항공기를 가상 비행시키는 비행 모사부; 상기 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성하여 배터리에 충전하고, 상기 배터리에 충전된 전력을 이용하여 상기 무인 항공기의 구동에 필요한 전력을 생성 및 출력하는 에너지 관리부; 및 상기 비행 모사부를 제어하여 상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적 중 적어도 하나를 조정하면서 전력 생성량 및 소비량을 모니터링하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 비행 성능 평가부를 포함할 수 있다. The present invention relates to a virtual flight evaluation system of an unmanned aerial vehicle,
The virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle includes a flight simulator for virtually flying the unmanned aerial vehicle while adjusting flight speed and flight trajectory of the unmanned aerial vehicle; An energy management unit configured to generate power corresponding to sunlight incident to the unmanned aerial vehicle and charge the battery, and generate and output power required for driving the unmanned aerial vehicle using the power charged in the battery; And a flight performance evaluation unit for controlling the flight simulator to monitor power generation and consumption while adjusting at least one of a flight speed and a flight trajectory of the unmanned aerial vehicle to evaluate flight performance of the unmanned aerial vehicle.

Figure R1020120017889
Figure R1020120017889

Description

태양 에너지 기반의 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템{FLIGHT SIMULATION SYSTEM FOR EVALUATION OF UNMANNED AERIAL VEHICLE BASED ON SOLAR ENERGY}FLIGHT SIMULATION SYSTEM FOR EVALUATION OF UNMANNED AERIAL VEHICLE BASED ON SOLAR ENERGY}

본 발명은 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템에 관한 것으로, 특히 무인 항공기를 실제의 비행 환경과 유사한 환경에서 가상 비행시킴으로써 보다 정확한 성능 평가가 이루어질 수 있도록 하는 태양 에너지 기반의 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a virtual flight evaluation system of an unmanned aerial vehicle, and more particularly, to a virtual flight evaluation system of a solar energy-based drone which enables a more accurate performance evaluation by virtually flying an unmanned aerial vehicle in an environment similar to an actual flight environment. It is about.

무인 항공기(Unmanned Aerial Vehicle or Uninhabited Aerial Vehicle: UAV)란 일반적으로 조종사가 없이 사전에 입력된 프로그램에 따라 또는 비행체 스스로 주위 환경(장애물, 항로)을 인식하고 판단하여 자율 비행을 하는 비행체를 말한다. An unmanned aerial vehicle or uninhabited aerial vehicle (UAV) generally refers to a vehicle that performs autonomous flight according to a pre-programmed input without a pilot, or by recognizing and determining the surrounding environment (obstacle, route) by itself.

이러한 무인 항공기는 정찰 감시, 통신 중계, 기상 관측, 지구 관측 등의 장기 체공 임무 수행을 주로 수행하며, 이를 위해서는 태양에너지를 기반으로 한 연속 비행 기술이 필요하다. These drones mainly perform long-term flight missions such as reconnaissance surveillance, communication relays, meteorological observations, and earth observations, which require continuous flight technology based on solar energy.

또한, 태양에너지를 기반으로 한 연속 비행 기술을 구현하기 위해서는, 태양 에너지 기반 무인기의 중량, 태양 전지를 통해 얻을 수 있는 에너지와 소요 에너지 평가, 비행 요구 조건 등을 고려한 체계적인 해석 및 시뮬레이션에 기초한 개념 설계 기술과, 장기 체공을 목적으로 월별, 날씨별 일조량 등이 변화하는 실제 기상 조건에서 수일, 수개월간의 장기간 비행 시험을 통해 연속 비행 가능성 검증을 위한 가상 비행 및 평가 기술이 필요하다.
In addition, in order to implement solar-based continuous flight technology, conceptual design based on systematic analysis and simulation considering the weight of the solar-based drone, the energy and energy requirements from solar cells, flight requirements, etc. Technology and virtual flight and evaluation techniques are needed to verify the possibility of continuous flight through long-term flight tests for days and months under actual weather conditions where monthly and weather sunshine changes for the purpose of long-term flight.

이에 본 발명에서는 무인 항공기를 장기간 동안 가상 비행시킴으로써, 무인 항공기의 연속 비행 가능성 검증을 수행할 수 있도록 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide a virtual flight evaluation system for an unmanned aerial vehicle to perform a virtual flight of the unmanned aerial vehicle for a long time, so that the continuous flight possibility verification of the unmanned aerial vehicle can be performed.

또한, 무인 항공기가 태양에너지를 기반으로 연속 비행을 장기간 수행하는 경우, 실제 기상 조건이 월별, 날씨별로 수시로 변화됨을 고려하여 실제 기상 조건과 매우 유사한 기상 조건을 가지는 비행 모사 환경을 구축함으로써, 보다 정확하게 수행할 수 있도록 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템을 제공하고자 한다.
In addition, when a drone performs continuous flight based on solar energy for a long time, considering the actual weather conditions change from month to month, the weather simulates a flight simulation environment having a very similar weather conditions. It is intended to provide a virtual flight evaluation system for an unmanned aerial vehicle.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적을 조정하면서 상기 무인 항공기를 가상 비행시키는 비행 모사부; 상기 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성하여 배터리에 충전하고, 상기 배터리에 충전된 전력을 이용하여 상기 무인 항공기의 구동에 필요한 전력을 생성 및 출력하는 에너지 관리부; 및 상기 비행 모사부를 제어하여 상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적 중 적어도 하나를 조정하면서 전력 생성량 및 소비량을 모니터링하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 비행 성능 평가부를 포함하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템을 제공한다. As a means for solving the above problems, according to an embodiment of the present invention, a flight simulator for virtually flying the unmanned aerial vehicle while adjusting the flight speed and flight trajectory of the unmanned aerial vehicle; An energy management unit configured to generate power corresponding to sunlight incident to the unmanned aerial vehicle and charge the battery, and generate and output power required for driving the unmanned aerial vehicle using the power charged in the battery; And a flight performance evaluator for controlling the flight simulator to monitor power generation and consumption while adjusting at least one of a flight speed and a flight trajectory of the drone to evaluate flight performance of the drone. Provide an evaluation system.

상기 비행 모사부는 상기 무인 항공기의 프로펠러 회전 속도를 조정하여, 상기 무인 항공기의 비행 속도를 결정하는 프로펠러 구동부; 및 상기 무인 항공기의 피치(picth), 롤(roll), 요(yaw) 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 무인 항공기의 비행 궤적을 결정하는 비행 궤적 조정부를 포함할 수 있다. The flight simulation unit may adjust a propeller rotational speed of the unmanned aerial vehicle to determine a flight speed of the unmanned aerial vehicle; And a flight trajectory adjustment unit configured to determine a flight trajectory of the unmanned aerial vehicle by adjusting at least one of a pitch, a roll, and a yaw of the unmanned aerial vehicle.

상기 에너지 관리부는 배터리; 상기 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성하는 태양 전지 판넬; 상기 태양 전지 판넬에 의해 생성된 전력을 상기 배터리에 충전하는 배터리 충전부; 및 상기 배터리에 충전된 전력을 이용하여 상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 구동 전력을 생성하는 전력 변환부를 포함할 수 있다. The energy management unit is a battery; A solar cell panel generating power corresponding to sunlight incident on the unmanned aerial vehicle; A battery charger configured to charge the battery with power generated by the solar panel; And a power converter configured to generate driving power of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle using the power charged in the battery.

상기 비행 성능 평가부는 상기 무인 항공기의 비행 속도 및 비행 궤적을 모니터링하는 비행 상태 모니터링부; 상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 전력 생산량 및 소비량을 모니터링하는 전력 상태 모니터링부; 및 상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적 중 적어도 하나를 조정하면서, 상기 무인 항공기의 비행 속도 및 비행 궤적에 따라 변화되는 상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 전력 생산량 및 소비량을 확인하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 평가 수행부를 포함할 수 있다. The flight performance evaluation unit includes a flight state monitoring unit for monitoring the flight speed and flight trajectory of the drone; A power state monitoring unit for monitoring power production and consumption of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle; And checking power output and consumption of the virtual flight evaluation system of the drone, which is changed according to the flight speed and the flight trajectory of the drone, while adjusting at least one of a flight speed and a flight trajectory of the drone. It may include an evaluation performing unit for evaluating the flight performance of.

상기 비행 성능 평가부는 상기 무인 항공기에 제공되는 기상 조건을 모니터링하는 기상 조건 모니터링부를 더 포함할 수 있다. The flight performance evaluation unit may further include a weather condition monitoring unit for monitoring weather conditions provided to the unmanned aerial vehicle.

상기 평가 수행부는 상기 무인 항공기에 제공되는 기상 조건을 추가 고려하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 기능을 더 포함할 수 있다. The evaluation performing unit may further include a function of evaluating flight performance of the unmanned aerial vehicle in consideration of weather conditions provided to the unmanned aerial vehicle.

또한, 상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 상기 무인 항공기에 제공되는 기상 조건을 가변하는 기상 조건 가변부를 더 포함할 수 있다.The virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle may further include a weather condition variable unit configured to vary weather conditions provided to the unmanned aerial vehicle.

본 발명에서는 무인 항공기가 실제 비행시 처할 수 있는 모든 비행 조건하에서 무인 항공기를 장기간 가상 비행시키면서, 장기간 비행에 의한 전력 수급 상황 모니터링 및 평가 동작을 수행함으로써, 무인 항공기의 성능을 보다 정확하게 평가할 수 있도록 한다. In the present invention, by performing the long-term virtual flight of the drone under all flight conditions that can be encountered in the actual flight, performing the power supply and supply situation monitoring by long-term flight, it is possible to more accurately evaluate the performance of the drone .

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 외관도를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 구성도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 가상 비행 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an external view of a virtual flight evaluation system of an unmanned aerial vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a virtual flight evaluation system for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a virtual flight evaluation method of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Furthermore, when a part is referred to as being "comprising" or "comprising" an element, it is understood that it may include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템을 설명하기 위한 도면들로, 도1은 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 외관도, 도2는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 구성도이다. 1 and 2 are views for explaining a virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention, Figure 1 is an external view of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle, Figure 2 is a virtual view of the unmanned aerial vehicle A schematic diagram of a flight evaluation system.

도1 및 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 무인 항공기 본체(10), 비행 모사부(20), 에너지 관리부(30), 및 비행 성능 평가부(40) 등을 포함하여, 무인 항공기를 실제 비행 환경과 동일한 조건으로 지상에서 장기간 동안 가상 비행시키면서 장기간의 비행에 의한 전력 수급 상황을 모니터링하여, 비행 성능을 평가할 수 있도록 한다. 1 and 2, the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention is an unmanned aerial vehicle body 10, flight simulation unit 20, energy management unit 30, and flight performance evaluation unit ( 40), etc., while flying the unmanned aerial vehicle on the ground for a long time under the same conditions as in the actual flight environment, it is possible to monitor the power supply and demand by the long-term flight, to evaluate the flight performance.

특히, 본 발명에서는 무인 항공기가 추진동력으로 하고 있는 태양에너지원의 여러 가지 제약 조건을 고려하여, 비행에 따른 태양광 입사각 변화 모사, 비행 조건에 따른 에너지 수급모사 등 실제 비행에 가까운 비행 모사 환경을 구축하도록 한다. In particular, in the present invention, considering the various constraints of the solar energy source that is used as the driving force of the unmanned aerial vehicle, the flight simulation environment close to the actual flight, such as simulation of the change in the incident angle of sunlight according to the flight, energy supply simulation according to the flight conditions Build it.

이하, 각 구성 요소에 대해 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, each component will be described.

무인 항공기 본체(10)는 실제 무인 항공기와 동일한 외관 및 구조를 가지도록 구현된다.
The unmanned aerial vehicle body 10 is implemented to have the same appearance and structure as an actual unmanned aerial vehicle.

비행 모사부(20)는 프로펠러 구동부(21), 프로펠러(21), 비행 궤적 조정부(23), 지지부(24) 등을 구비하여, 무인 항공기의 비행 모사를 위해 비행 속도 및 비행 궤적 등을 능동적으로 조정하는 역할을 한다. The flight simulation unit 20 includes a propeller drive unit 21, a propeller 21, a flight trajectory adjusting unit 23, a support unit 24, and the like, and actively controls flight speed and flight trajectory for flight simulation of an unmanned aerial vehicle. It plays a role in coordinating.

프로펠러(21)는 회전 동작을 통해 무인 항공기의 추력을 발생시키고, 프로펠러 구동부(21)는 프로펠러(21)를 회전시키는 모터(22a)와, 모터에 공급되는 전력을 조절하여 상기 모터의 회전수를 조정하는 모터 컨트롤러(22b)를 구비하여, 무인 항공기의 비행 속도를 제어한다. The propeller 21 generates thrust of the unmanned aerial vehicle through a rotation operation, and the propeller drive unit 21 adjusts the motor 22a for rotating the propeller 21 and the power supplied to the motor to adjust the rotation speed of the motor. A motor controller 22b for adjusting is provided to control the flight speed of the unmanned aerial vehicle.

비행 궤적 조정부(23)는 적어도 하나의 서보 모터(servo motor)(23a, 23b) 등을 구비하고, 이들을 통해 무인 항공기의 피치(picth), 롤(roll), 요(yaw) 중 적어도 하나를 조정함으로써 무인 항공기의 비행 궤적을 제어한다. 단, 비행 궤적 조정부(23)는 본 발명의 무인 항공기가 지상에서 가상으로 비행 시험을 수행함을 고려하여, 비행 궤적 조정부(23)의 일측은 무인 항공기의 하단부와 결합되고, 타측은 무인 항공기를 고정시킴과 동시에 지면으로부터 소정 거리 이격시켜 주는 지지부(24)와 결합되는 구조를 가지도록 함이 바람직할 것이다.
The flight trajectory adjustment unit 23 includes at least one servo motor 23a, 23b and the like, and adjusts at least one of a pitch, a roll, and a yaw of the drone. Thereby controlling the flight trajectory of the drone. However, the flight trajectory adjustment unit 23 considers that the unmanned aerial vehicle of the present invention virtually performs a flight test on the ground, one side of the flight trajectory adjustment unit 23 is coupled to the lower end of the unmanned aerial vehicle, the other side is fixed to the unmanned aerial vehicle At the same time it will be desirable to have a structure that is coupled to the support 24 which is spaced apart from the ground at a predetermined distance.

에너지 관리부(30)는 태양 전지 판넬(31), MPPT(Maximum Power Point Tracking) 제어부(32), 배터리 충전부(33), 배터리(34), 전력 변환부(35) 등을 구비하여, 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성하여 배터리(34)에 충전하고, 상기 배터리(34)에 충전된 전력을 이용하여 무인 항공기의 구동에 필요한 전력을 생성 및 출력하는 역할을 한다.The energy management unit 30 includes a solar panel 31, a MPPT (Maximum Power Point Tracking) control unit 32, a battery charging unit 33, a battery 34, a power conversion unit 35, and the like. It generates power corresponding to incident sunlight and charges the battery 34, and generates and outputs power required for driving the unmanned aerial vehicle using the power charged in the battery 34.

태양 전지 판넬(31)은 태양광을 가장 잘 흡수할 수 있도록 무인 항공기 본체(10)의 상부면에 위치하며, 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 구성에 적합한 전압, 전류량을 갖도록 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수개의 솔라 셀로 구성되어, 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성한다. The solar panel 31 is located on the top surface of the unmanned aerial vehicle body 10 so as to best absorb sunlight, and is connected in series or in parallel to have a voltage and current amount suitable for the configuration of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle. It consists of a plurality of solar cells, which generate power corresponding to the sunlight incident on the drone.

MPPT 제어부(32)는 태양 전지 판넬(31)로부터 최대 전력을 얻기 위한 제어 회로로, 태양 전지 판넬 출력의 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 최대 전력 동작점을 추종하는 Incremental Conductance 알고리즘을 사용하여 최대 전력점에서 전압에 대한 전력의 변화가 없다는 점을 이용하여 진동하는 문제를 해결하고, 최대 전력점에 대한 정보를 획득한다. The MPPT control unit 32 is a control circuit for obtaining the maximum power from the solar panel 31. The MPPT control unit 32 uses an Incremental Conductance algorithm that compares the conductance of the solar panel output with the incremental conductance and follows the maximum power operating point. Using the fact that there is no change in power with respect to the voltage, the vibration problem is solved and information about the maximum power point is obtained.

배터리 충전부(33)는 태양 전지 판넬(31)에 의해 생산되는 불규칙한 전력을 배터리 충전에 사용할 수 있도록 변환한 후 배터리(34)에 충전한다. 또한, 배터리 충전부(33)는 배터리 보호 회로를 통해 배터리(34)가 과충전, 과방전되는 것을 사전에 방지한다. The battery charging unit 33 converts the irregular power produced by the solar panel 31 to be used for charging the battery and then charges the battery 34. In addition, the battery charger 33 prevents the battery 34 from being overcharged and overdischarged through the battery protection circuit.

배터리(34)는 리튬-폴리머 배터리가 시스템이 요구하는 전압 및 용량에 맞춰 직, 병렬 연결되어 있으며, 이를 통해 배터리 충전부(33)를 거쳐 전송되는 태양 전지 판넬(31)의 전력을 충전한다. The battery 34 is directly and in parallel connected to the lithium-polymer battery according to the voltage and capacity required by the system, thereby charging the power of the solar panel 31 transmitted through the battery charger 33.

전력 변환부(35)는 배터리(34)의 전력을 이용하여 무인 항공기의 구동에 필요한 전력을 생성 및 출력한다. 즉, 배터리(34)의 전력을 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템이 필요로 하는 용도에 맞게 전력을 변환하여 출력한다.
The power converter 35 generates and outputs power required for driving the unmanned aerial vehicle using the power of the battery 34. That is, the power of the battery 34 is converted and outputted according to the use required by the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle.

비행 성능 평가부(40)는 기상 조건 모니터링부(41), 비행 상태 모니터링부(42), 전력 상태 모니터링부(43), 및 평가 수행부(44) 등을 구비하여, 상기 비행 모사부(10)를 제어하여 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적 중 적어도 하나를 조정하면서, 전력 생성량 및 소비량을 모니터링하여 무인 항공기의 비행 성능을 평가한다. The flight performance evaluation unit 40 includes a weather condition monitoring unit 41, a flight state monitoring unit 42, a power state monitoring unit 43, and an evaluation performing unit 44, and the like. ) To evaluate the drone's flight performance by monitoring power generation and consumption while adjusting at least one of the drone's flight speed and flight trajectory.

기상 조건 모니터링부(41)는 온도 측정 센서, 풍속 측정 센서, 기압 센서 등과 같은 센서들을 구비하고, 이들을 통해 무인 항공기가 현재 비행하고 있는 기상 조건을 파악한다. The weather condition monitoring unit 41 includes sensors such as a temperature sensor, a wind speed sensor, a barometric pressure sensor, and the like to determine weather conditions in which the unmanned aerial vehicle is currently flying.

이와 관련하여, 본 발명에서는 태양광 발생 장치, 바람 발생 장치, 온도 조절 장치 등을 구비하고, 이들 각각을 제어할 수 있는 기상 조건 가변부(50)를 추가로 구비하여, 가상 비행 동작시 무인 항공기에 제공되는 각종 기상 조건을 인공적으로 가변시켜 줄 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에서는 기상 조건 가변부(50)를 통해 최상의 기상 조건을 포함한 다양한 기상 조건하에서 가상 비행 성능 평가 동작이 수행될 수 있도록 함으로써, 보다 정확하고 세밀한 테스트 데이터를 획득할 수 있도록 한다. In this regard, the present invention is provided with a solar generator, a wind generator, a temperature control device and the like, and further provided with a weather condition variable unit 50 that can control each of them, an unmanned aerial vehicle during virtual flight operation It is possible to artificially vary the various weather conditions provided in. That is, in the present invention, the virtual flight performance evaluation operation may be performed under various weather conditions including the best weather condition through the weather condition variable unit 50, thereby obtaining more accurate and detailed test data.

비행 상태 모니터링부(42)는 프로펠러 구동부(21) 및 비행 궤적 조정부(23)를 통해 비행 속도 및 비행 궤적과 같은 무인 항공기의 비행 상태를 모니터링한다. The flight status monitoring unit 42 monitors the flight status of the unmanned aerial vehicle such as flight speed and flight trajectory through the propeller driver 21 and the flight trajectory adjusting unit 23.

전력 상태 모니터링부(43)는 배터리(32)에 공급되는 전력(전류, 전압)과 배터리(32)로부터 출력되는 전력(또는 배터리(32)에 충전된 전력)을 모니터링하여, 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템에서 생산되거나 소비되는 전력을 실시간 파악한다. The power state monitoring unit 43 monitors the power (current and voltage) supplied to the battery 32 and the power output from the battery 32 (or the power charged in the battery 32), thereby virtually flying the unmanned aerial vehicle. Identify in real time the power produced or consumed by the evaluation system.

평가 수행부(44)는 비행 상태 모니터링부(42)를 통해 파악된 무인 항공기의 비행 속도 및 비행 궤적을 기반으로 프로펠러 구동부(21)와 비행 궤적 조정부(23)를 PID(Proportional Integral Differential) 제어하여, 무인 항공기의 비행 속도 및 비행 궤적이 사용자가 설정한 설정값에 따라 조정되도록 한다. The evaluation performing unit 44 controls the propeller drive unit 21 and the flight trajectory adjusting unit PID based on the flight speed and the trajectory of the drone determined by the flight status monitoring unit 42 to control the PID (Proportional Integral Differential). In addition, the flight speed and flight trajectory of the drone are adjusted according to the user-specified setpoint.

그리고 평가 수행부(44)는 기상 조건 모니터링부(41), 비행 상태 모니터링부(42), 및 전력 상태 모니터링부(43) 각각의 모니터링 결과를 실시간 수집 및 분석하여, 무인 항공기의 기상 조건, 비행 상태에 따른 전력 상태 변화량을 파악함으로써, 비행 성능을 평가한다. In addition, the evaluation performing unit 44 collects and analyzes the monitoring results of each of the weather condition monitoring unit 41, the flight condition monitoring unit 42, and the power state monitoring unit 43 in real time. Evaluate flight performance by identifying the amount of power state change with state.

더하여 평가 수행부(44)는 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건 중 하나의 항목만을 선택적으로 가변하면서 무인 항공기의 전력 상태 변화량을 모니터링함으로써, 각각의 항목이 전력 상태 변화량에 미치는 영향을 세부적으로 파악하도록 할 수도 있다.
In addition, the evaluation unit 44 monitors the power state change amount of the drone while selectively changing only one item of the drone's flight speed, flight trajectory, and weather conditions, thereby determining the effect of each item on the power state change amount. You can also get a detailed picture.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 가상 비행 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a virtual flight evaluation method of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention.

먼저, 사용자에 의해 가상 비행 평가 동작이 요청되면, 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 초기 제어 파라메타에 따라 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건을 설정한 후, 무인 항공기를 가상 비행시킨다(S1). First, when the virtual flight evaluation operation is requested by the user, the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle sets the flight speed, flight trajectory, and weather conditions of the unmanned aerial vehicle according to the initial control parameter, and then virtually drives the unmanned aerial vehicle ( S1).

그리고 나서, 사용자 요청 또는 기 설정된 테스트 프로토콜에 의해 변경되는 제어 파라메타가 있으면(S2), 변경된 제어 파라메타를 반영하여 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건 중 적어도 하나를 조정한 후(S3). 조정 결과(즉, 조정 완료된 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건)을 모니터링한다(S4). 참고로, 단계 S3의 조정 동작을 통해, 무인 항공기의 비행 속도, 피치(picth), 롤(roll), 요(yaw), 태양광 입사량, 무인 항공기 주변 온도, 풍속, 풍량 중 적어도 하나가 조정될 수 있을 것이다. Then, if there is a control parameter changed by a user request or a preset test protocol (S2), after adjusting at least one of the flight speed, flight trajectory, and weather conditions of the drone by reflecting the changed control parameter (S3). . The adjustment result (that is, the flight speed, flight trajectory, and weather conditions of the adjusted unmanned aerial vehicle) is monitored (S4). For reference, at least one of flight speed, pitch, roll, yaw, solar incident amount, ambient temperature, wind speed, and air volume of the drone may be adjusted through the adjustment operation of step S3. Could be.

무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 단계 S2 및 S3의 무인 항공기의 비행 조건을 조정함과 동시에 단계 S5 내지 S9의 전력 효율 모니터링 동작도 함께 수행되도록 한다. The virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle adjusts the flight conditions of the unmanned aerial vehicle of steps S2 and S3 and simultaneously performs the power efficiency monitoring operation of steps S5 to S9.

즉, 태양 전지 판넬(31)을 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성한 후(S5), 배터리(34)에 태양 전지 판넬(31)에 의해 생성된 전력을 충전하면서(S6), 전력 상태 모니터링부(43)를 통해 태양 전지 판넬(31)에 의해 생성되는 전력량(또는 배터리(34)에 제공되는 전력량)이 얼마인지를 모니터링하여 현재의 전력 생성량을 파악한다(S7).That is, after generating the power corresponding to the solar light incident on the solar panel 31 to the unmanned aerial vehicle (S5), while charging the power generated by the solar panel 31 to the battery 34 (S6) In operation S7, the power state monitoring unit 43 monitors the amount of power generated by the solar cell panel 31 (or the amount of power provided to the battery 34) to determine the current amount of power generated (S7).

또한 전력 변환부(35)를 통해 배터리(34)에 충전된 전력을 이용하여 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템 내부에 구비된 각종 구성 요소들이 필요로 하는 구동 전력을 생성한 후, 이를 필요로 하는 구성 요소로 제공하면서(S8), 전력 상태 모니터링부(43)를 통해 구동 전력 출력량을 모니터링하여 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 전력 소비량도 함께 모니터링한다(S9).In addition, by using the power charged in the battery 34 through the power conversion unit 35 generates the driving power required by the various components provided in the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle, the configuration that requires this While providing as an element (S8), by monitoring the driving power output through the power state monitoring unit 43 also monitors the power consumption of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle (S9).

상기의 단계들을 통해 현재의 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건에서의 무인 항공기의 전력 생성량 및 소비량이 획득 완료되면, 현재의 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건에 무인 항공기의 전력 생성량 및 소비량을 매핑하여, 전력 수급 데이터를 획득 및 저장한다(S10). After the above steps are completed, the flight speed, flight trajectory, and power generation and consumption of the drone in weather conditions are completed, the drone at the current flight speed, flight trajectory, and weather conditions. By mapping the power generation amount and the consumption of the power supply and supply data to obtain and store (S10).

그리고 가상 비행이 종료 요청되기 전까지 단계 S2 및 S5로 반복적으로 재진입하여, 또 다른 무인 항공기의 비행 조건하에서의 무인 항공기의 전력 생성량 및 소비량을 파악하도록 한다(S11). 즉, 본 발명의 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 무인 항공기의 비행 조건(다시 말해, 비행 속도, 비행 궤적, 및 기상 조건)을 조금씩 변경하면서, 무인 항공기의 전력 생성량 및 소비량을 모니터링하고, 그에 상응하는 다수개의 전력 수급 데이터를 획득하게 된다. Then, the virtual flight is repeatedly entered into steps S2 and S5 until the virtual flight is requested to be terminated, so as to determine the power generation amount and the consumption amount of the drone under flight conditions of another drone (S11). That is, the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle of the present invention monitors the power generation and consumption of the unmanned aerial vehicle while changing the flight conditions (that is, flight speed, flight trajectory, and weather conditions) of the drone little by little, and correspondingly A plurality of power supply data is obtained.

이후, 사용자 요청 또는 기 설정된 테스트 프로토콜에 의해 가상 비행이 종료 요청되면, 평가 수행부(44)는 현재까지 획득된 다수개의 전력 수급 데이터를 기반으로 무인 항공기의 비행 성능을 최종 평가한 후, 평가 결과를 사용자에게 시, 청각적으로 통보한다(S12). Subsequently, when the virtual flight is terminated by a user request or a preset test protocol, the evaluation performing unit 44 finally evaluates the flight performance of the unmanned aerial vehicle based on a plurality of power supply data obtained so far, and then evaluates the result. To inform the user visually and audibly (S12).

이와 같이 본 발명의 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템은 무인 항공기가 실제와 매우 유사한 조건하에서 가상 비행하도록 하면서, 무인 항공기의 전력 수급 상황을 모니터링함으로써, 추진 에너지원에 제약이 있는 태양에너지기반 무인 항공기의 성능을 최대한 정확하게 평가할 수 있음을 알 수 있다. As described above, the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle of the present invention allows the unmanned aerial vehicle to fly virtually under conditions very similar to reality, and monitors the power supply and demand of the unmanned aerial vehicle. You can see that you can evaluate performance as accurately as possible.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

Claims (7)

무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적을 조정하면서 상기 무인 항공기를 가상 비행시키는 비행 모사부;
상기 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성하여 배터리에 충전하고, 상기 배터리에 충전된 전력을 이용하여 상기 무인 항공기의 구동에 필요한 전력을 생성 및 출력하는 에너지 관리부;
상기 비행 모사부를 제어하여 상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적 중 적어도 하나를 조정하면서 전력 생성량 및 소비량을 모니터링하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 비행 성능 평가부; 및
상기 무인 항공기에 제공되는 기상 조건을 가변하는 기상 조건 가변부를 포함하며,
상기 비행 성능 평가부는 상기 배터리에 공급되는 전력과 배터리로부터 출력되는 전력을 실시간으로 모니터링하는 전력 상태 모니터링부를 구비하고,
상기 기상 조건 가변부는 태양광 발생장치, 바람 발생 장치 및 온도 조절 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템.
A flight simulation unit configured to virtually fly the drone while adjusting flight speed and flight trajectory of the drone;
An energy management unit configured to generate power corresponding to sunlight incident to the unmanned aerial vehicle and charge the battery, and generate and output power required for driving the unmanned aerial vehicle using the power charged in the battery;
A flight performance evaluator configured to control the flight simulator to monitor power generation and consumption while adjusting at least one of flight speed and flight trajectory of the unmanned aerial vehicle to evaluate flight performance of the unmanned aerial vehicle; And
It includes a weather condition variable for varying weather conditions provided to the unmanned aerial vehicle,
The flight performance evaluation unit includes a power state monitoring unit for monitoring in real time the power supplied to the battery and the power output from the battery,
The meteorological condition variable unit is a virtual flight evaluation system for an unmanned aerial vehicle comprising a solar generator, a wind generator and a temperature control device.
제1항에 있어서, 상기 비행 모사부는
상기 무인 항공기의 프로펠러 회전 속도를 조정하여, 상기 무인 항공기의 비행 속도를 결정하는 프로펠러 구동부; 및
상기 무인 항공기의 피치(picth), 롤(roll), 요(yaw) 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 무인 항공기의 비행 궤적을 결정하는 비행 궤적 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템.
The method of claim 1, wherein the flight simulator is
A propeller driver for adjusting a propeller rotational speed of the unmanned aerial vehicle to determine a flight speed of the unmanned aerial vehicle; And
Virtual flight evaluation of the drone, characterized in that it comprises a flight trajectory adjustment unit for determining the flight trajectory of the drone by adjusting at least one of the pitch (picth), roll (roll), yaw (yaw) of the drone system.
제1항에 있어서, 상기 에너지 관리부는
배터리;
상기 무인 항공기에 입사되는 태양광에 상응하는 전력을 생성하는 태양 전지 판넬;
상기 태양 전지 판넬에 의해 생성된 전력을 상기 배터리에 충전하는 배터리 충전부; 및
상기 배터리에 충전된 전력을 이용하여 상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 구동 전력을 생성하는 전력 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템.
The method of claim 1, wherein the energy management unit
battery;
A solar cell panel generating power corresponding to sunlight incident on the unmanned aerial vehicle;
A battery charger configured to charge the battery with power generated by the solar panel; And
And a power converter configured to generate driving power of the virtual flight evaluation system of the unmanned aerial vehicle using the power charged in the battery.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비행 성능 평가부는
상기 무인 항공기의 비행 속도 및 비행 궤적을 모니터링하는 비행 상태 모니터링부; 및
상기 무인 항공기의 비행 속도, 비행 궤적 중 적어도 하나를 조정하면서, 상기 무인 항공기의 비행 속도 및 비행 궤적에 따라 변화되는 상기 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템의 전력 생산량 및 소비량을 확인하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 평가 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템.
According to claim 1 or 2, wherein the flight performance evaluation unit
A flight status monitoring unit for monitoring flight speed and flight trajectory of the unmanned aerial vehicle; And
While adjusting at least one of the flight speed and the flight trajectory of the drone, by checking the power production and consumption of the virtual flight evaluation system of the drone, which is changed according to the flight speed and flight trajectory of the drone, And a flight evaluator for evaluating flight performance.
제4항에 있어서, 상기 비행 성능 평가부는
상기 무인 항공기에 제공되는 기상 조건을 모니터링하는 기상 조건 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템.
The method of claim 4, wherein the flight performance evaluation unit
And a weather condition monitoring unit for monitoring weather conditions provided to the unmanned aerial vehicle.
제5항에 있어서, 상기 평가 수행부는
상기 무인 항공기에 제공되는 기상 조건을 추가 고려하여, 상기 무인 항공기의 비행 성능을 평가하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인 항공기의 가상 비행 평가 시스템.
The method of claim 5, wherein the evaluation performing unit
And further considering a flight condition of the unmanned aerial vehicle in consideration of weather conditions provided to the unmanned aerial vehicle.
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