KR102141417B1 - Unmanned aerial vehicle motor speed controller and control method thereof - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 복수 개의 모터를 포함하는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)의 모터 속도 제어 장치는 비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하고 상기 복수 개의 모터에 듀티 사이클을 전달하는 인터페이스부 및 상기 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 값를 이용해서 듀티 사이클을 계산하고, 배터리의 전압을 고려해서 상기 듀티 사이클을 보정하는 마이크로프로세서부를 포함한다.An unmanned aerial vehicle (UAV) motor speed control device including a plurality of motors according to an embodiment receives an PWM (Pulse Width Modulation) signal from a flight controller and transmits a duty cycle to the plurality of motors. And a microprocessor unit that calculates a duty cycle by using a negative pulse width modulation (PWM) signal value and corrects the duty cycle in consideration of a battery voltage.

Description

무인 비행체의 모터 속도 제어 장치 및 방법{UNMANNED AERIAL VEHICLE MOTOR SPEED CONTROLLER AND CONTROL METHOD THEREOF}A device and method for controlling the motor speed of an unmanned aerial vehicle{UNMANNED AERIAL VEHICLE MOTOR SPEED CONTROLLER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배터리의 전압 강하에 의한 영향을 고려한 모터 속도의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle, and more particularly, to an apparatus and method for controlling a motor speed in consideration of an effect of a voltage drop of a battery.

무인 비행체는 제어가 용이하고 활용도가 높아 최근 다양한 분야에서 사용되고 있다. 영화나 방송 촬영뿐만 아니라 세계적인 유통 기업들에서도 무인 비행체를 이용하는 등 관련 시장이 급속도로 성장 중이다. 그러나, 활용범위가 민간 부분으로 확대되면서 조작 미숙이나 오작동 등의 원인으로 인명 및 재산 피해가 발생할 수 있다.Unmanned aerial vehicles have been used in various fields in recent years due to their ease of control and high utilization. Related markets are rapidly growing, such as using unmanned aerial vehicles not only in film and broadcasting, but also in global distribution companies. However, as the scope of use expands to the private sector, human and property damage may occur due to inexperienced operation or malfunction.

또한, 무인 비행체는 임무 수행을 위해 정확한 비행 능력이 요구된다. 이러한 이유들로 무인 비행체의 비행 안정성이 더욱 중요해졌다. 무인 비행체는 배터리의 전압 변동에 따라 모터의 속도가 변하기 때문에 일정한 모터 속도를 유지하지 못하여 불안정한 비행을 하게 된다. 따라서 무인 비행체의 비행 안정화를 위해 배터리의 전압 변동을 고려한 모터의 안정적인 속도 제어가 필요하다.In addition, unmanned aerial vehicles require accurate flight capabilities to perform missions. For these reasons, the flight stability of unmanned aerial vehicles has become more important. The unmanned air vehicle has an unstable flight because it cannot maintain a constant motor speed because the motor speed changes according to the voltage change of the battery. Therefore, in order to stabilize the flight of the unmanned aerial vehicle, it is necessary to control the speed of the motor in consideration of the voltage fluctuation of the battery.

무인 비행체의 비행 안정성이란 자세 제어 알고리즘을 통해 안정적으로 무인 비행체의 평형 및 고도를 유지하면서 비행하는 것을 의미한다. 무인 비행체의 비행 안정성을 해치는 중요한 원인 중 무인 비행체 배터리 전압 강하에 따른 모터의 속도 변화가 있다. 하지만, 배터리 전압 변동 문제에 대처하기 위한 기존 방법들은 주로 하드웨어에 의존적이며 추가적인 실험이 필요하거나 하드웨어 변경에 따른 수정도 어렵다.Flight stability of an unmanned vehicle means flying stably while maintaining the balance and altitude of the unmanned vehicle through a posture control algorithm. One of the major causes of deteriorating flight stability of an unmanned aerial vehicle is a change in motor speed due to a drop in the battery voltage of the unmanned aerial vehicle. However, existing methods to cope with the battery voltage fluctuation problem are mainly hardware-dependent and require additional experimentation or modification due to hardware changes.

한국 출원 번호 제10-1998-0006904호Korean Application No. 10-1998-0006904

본 발명의 목적은 전압의 변동을 고려한 추가 제어를 통해 듀티 사이클의 출력 범위를 감소시킴으로써 모터의 종류에 관계 없이 실제 모터의 속도 변동 범위도 줄여 안정적인 동작이 가능한 모터 제어장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a motor control apparatus and method capable of stably operating by reducing the range of speed variation of an actual motor regardless of the type of motor by reducing the output range of the duty cycle through additional control in consideration of voltage fluctuation.

본 발명의 일실시예에 따른 복수 개의 모터를 포함하는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)의 모터 속도 제어 장치는 비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하고 상기 복수 개의 모터에 듀티 사이클을 전달하는 인터페이스부 및 상기 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 값를 이용해서 듀티 사이클을 계산하고, 배터리의 전압을 고려해서 상기 듀티 사이클을 보정하는 마이크로프로세서부를 포함할 수 있다.An apparatus for controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle (UAV) including a plurality of motors according to an embodiment of the present invention receives a pulse width modulation (PWM) signal from a flight controller and performs a duty cycle on the plurality of motors. It may include a microprocessor unit for calculating a duty cycle using the interface unit to transmit and the pulse width modulation (PWM) signal value, and correcting the duty cycle in consideration of the voltage of the battery.

일실시예에 따르면, 상기 마이크로프로세서부는, 측정된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 듀티 사이클을 보정할 수 있다.According to an embodiment, the microprocessor unit may compare a measured voltage value with a reference voltage value, and correct a duty cycle according to the comparison result.

일실시예에 따르면, 상기 마이크로프로세서부는, 전압 및 전류 값을 수신하여 상기 전압이 미리 정해진 기준전압보다 큰 경우, 보정된 전압 및 전류 값을 생성하고, 전류 값의 오차를 반영한 PI 제어를 수행하여 듀티 사이클을 보정할 수 있다.According to an embodiment, the microprocessor unit receives a voltage and a current value, and when the voltage is greater than a predetermined reference voltage, generates a corrected voltage and current value and performs PI control reflecting an error in the current value. The duty cycle can be corrected.

일실시예에 따르면, 상기 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치는, 상기 무인 비행체의 전자 변속기에 펌웨어 형태로 설치될 수 있다.According to one embodiment, the motor speed control device of the unmanned aerial vehicle may be installed in the form of a firmware in the electronic transmission of the unmanned aerial vehicle.

본 발명의 일실시예에 따르면, 복수 개의 모터를 포함하는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)의 모터 속도를 제어하는 방법은 비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하는 단계, 상기 PWM 신호에 대한 듀티 사이클을 계산하는 단계, 배터리에서 측정된 전압/전류 값을 수신하는 단계, 상기 측정된 전압/전류 값을 고려해서 상기 계산된 듀티 사이클을 보정하는 단계 및 상기 복수 개의 모터에 상기 보정된 듀티 사이클을 전달하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle (UAV) including a plurality of motors includes receiving a PWM (Pulse Width Modulation) signal from a flight controller, and the PWM signal Calculating a duty cycle for, receiving a measured voltage/current value from a battery, correcting the calculated duty cycle in consideration of the measured voltage/current value, and calibrating the corrected values to the plurality of motors And delivering a duty cycle.

일실시예에 따르면, 상기 측정된 전압/전류 값을 고려해서 상기 계산된 듀티 사이클을 보정하는 단계는, 측정된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 듀티 사이클을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, correcting the calculated duty cycle in consideration of the measured voltage/current value may include comparing the measured voltage value with a reference voltage value, and correcting the duty cycle according to the comparison result. It may include.

일실시예에 따르면, 상기 듀티 사이클을 보정하는 단계는, 배터리의 전압 및 전류 값을 수신하여 상기 전압 값이 미리 정해진 기준 전압 값보다 큰 경우, 보정된 전압 및 전류 값을 생성하고, 전류 값의 오차를 반영한 PI 제어를 수행하여 듀티 사이클을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step of correcting the duty cycle may include generating a corrected voltage and current value when the voltage value is greater than a predetermined reference voltage value by receiving a voltage and current value of the battery and generating a corrected voltage and current value. And correcting the duty cycle by performing PI control reflecting the error.

일실시예에 따르면, 상기 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법은, 상기 무인 비행체의 전자 변속기에 펌웨어 형태로 설치될 수 있다.According to one embodiment, the method for controlling the motor speed of the unmanned aerial vehicle may be installed in the form of a firmware in an electronic transmission of the unmanned aerial vehicle.

본 발명의 실시예에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치 및 방법은 무인 비행체에 사용되는 모터 종류에 관계 없이 안정적인 비행을 가능하게 하는 효과가 있다.An apparatus and method for controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment of the present invention have an effect of enabling stable flight regardless of the type of motor used for the unmanned aerial vehicle.

도 1은 리튬-폴리머 배터리의 방전 전압 그래프를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 무인 비행체의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어기의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일실시에에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 일실시에에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법에서 실제 듀티 계산하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a graph showing a discharge voltage graph of a lithium-polymer battery.
2 is a block diagram illustrating the configuration of a general unmanned aerial vehicle.
3 is a block diagram illustrating the configuration of a motor speed controller of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment.
4 is a flow chart for explaining a method of controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment.
5 is a flowchart for explaining a method of calculating an actual duty in a method for controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing denote the same members.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. The examples described below are not intended to be limiting with respect to the embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes thereof.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are only used to describe specific examples, and are not intended to limit the examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that there are features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, and one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the embodiment belongs. Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed descriptions will be omitted.

도 1은 리튬-폴리머 배터리의 방전 전압 그래프를 나타낸 도면이다.1 is a graph showing a discharge voltage graph of a lithium-polymer battery.

도 1을 참조하면, 무인 비행체 비행 시 시간에 따른 리튬-폴리머 배터리의 방전 전압 그래프를 확인할 수 있다. 리튬-폴리머 배터리는 크기에 비해 용량이 크고 사용 시간이 길어서 무인 비행체의 전력원으로 많이 사용된다. Referring to FIG. 1, a graph of a discharge voltage of a lithium-polymer battery according to time when flying an unmanned aerial vehicle may be confirmed. Lithium-polymer batteries have a large capacity and a long usage time, and thus are used as a power source for unmanned aerial vehicles.

완충된 배터리는 시간이 지남에 따라 전압 강하가 일어나게 된다. 이때, 시간 구간별 전압 감소량이 달라 기체의 동일한 조종 스로틀(throttle) 신호를 주어도 모터의 속도가 불안정하게 변하여 기체가 상승 하강을 반복하게 된다. 특히, 배터리 전압이 10.6V 이하(박스 안의 7-9 분 구간)일 때는 전압 강하가 급격하게 일어나기 때문에 무인 비행체 비행에 배터리 사용을 제한하고 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 3 셀 리튬 배터리를 사용하였고, 이 경우 3 셀 리튬 배터리의 방전율을 고려하여 기준전압은 10.5V 내지 12.0V의 범위로 설정될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 기준전압을 10.5V로 설정하였으나 이에 대해 한정하는 것은 아니며, 설계 및 필요에 따라 변경될 수 있다.A fully charged battery will drop in voltage over time. At this time, even though the voltage reduction amount for each time section is different, even if the same throttle signal for the aircraft is given, the speed of the motor changes unstable and the aircraft repeats the ascent and descent. In particular, when the battery voltage is 10.6V or less (7-9 minutes in the box), the voltage drop occurs abruptly, limiting the use of the battery for unmanned aerial vehicles. In an embodiment of the present invention, a 3-cell lithium battery is used, and in this case, the reference voltage may be set in a range of 10.5V to 12.0V in consideration of the discharge rate of the 3-cell lithium battery. In the embodiment of the present invention, the reference voltage is set to 10.5 V, but is not limited thereto, and may be changed according to design and needs.

따라서 배터리 전압 강하에 따른 무인 비행체의 모터 속도 변동 문제를 해결하여 무인 비행체의 비행을 안정화 해야 한다. 기존에 제안된 방법들은 주로 하드웨어에 의존적이거나 추가적인 실험을 필요로 한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 모터 속도 제어 장치를 전자 변속기의 펌웨어에 설치하여 보다 안정적인 비행을 가능하게 할 수 있다.Therefore, it is necessary to stabilize the flying of the unmanned aerial vehicle by solving the problem of the motor speed fluctuation of the unmanned aerial vehicle due to the battery voltage drop. The proposed methods are mainly hardware dependent or require additional experimentation. According to an embodiment of the present invention, a motor speed control device may be installed in the firmware of the electronic transmission to enable more stable flight.

도 2는 일반적인 무인 비행체의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating the configuration of a general unmanned aerial vehicle.

도 2를 참조하면, 일반적으로 무인 비행체는 비행 제어기(210), 전자 변속기(220) 및 모터(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, in general, an unmanned aerial vehicle may include a flight controller 210, an electronic transmission 220, and a motor 230.

무인 비행체는 조종기로부터 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw), 스로틀(throttle)을 포함한 비행 제어 명령 신호를 수신할 수 있다. 이러한 제어 명령 신호는 무인 비행체의 메인 MCU에 해당하는 비행 제어기(Flight Controller, 210)에서 처리될 수 있다. 무인 비행체의 일반적인 모터 속도 제어는 비행 제어기(210)에서 시작하여 전자변속기(ESC, 220)를 거쳐 모터(230)에 명령이 전달될 수 있다. The unmanned aerial vehicle may receive a flight control command signal including a pitch, roll, yaw, and throttle from the remote controller. The control command signal may be processed by a flight controller (Flight Controller 210) corresponding to the main MCU of the unmanned aerial vehicle. The general motor speed control of the unmanned aerial vehicle may be transmitted to the motor 230 through the electronic transmissions (ESC, 220) starting from the flight controller 210.

비행 제어기는 제어 모델에 따른 연산 및 필터링 후 무인 비행체 비행에 필요한 모터 속도를 계산하여 이에 해당하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 값을 전자 변속기에 전달할 수 있다. 전자 변속기(220)의 펌웨어에서 전달받은 PWM 신호 값과 주기를 이용하여 펄스 주기에 대한 펄스폭의 비율인 듀티 사이클을 계산할 수 있다. 계산된 듀티 사이클은 전자 변속기(220)의 펌웨어에서 전압, 전류 그리고 RPM 등의 연산 요소들로 보정되고, PID 제어기를 통해 필터링될 수 있다. 이러한 처리 과정을 거친 최종 듀티 사이클이 전자 변속기(220)로부터 모터에 적용될 수 있다. After calculating and filtering according to the control model, the flight controller calculates a motor speed required for unmanned aerial vehicle flight and transmits a corresponding PWM (Pulse Width Modulation) signal value to the electronic transmission. The duty cycle, which is the ratio of the pulse width to the pulse period, may be calculated by using the PWM signal value and period received from the firmware of the electronic transmission 220. The calculated duty cycle is corrected by computing elements such as voltage, current, and RPM in the firmware of the electronic transmission 220 and can be filtered through a PID controller. The final duty cycle after this processing may be applied to the motor from the electronic transmission 220.

비행 제어기(210)는 무인 비행체의 종류 또는 사용 목적에 따라 제어 모델도 다양하고 내부에서 사용하는 제어기들의 차이 때문에 최종 출력 값인 PWM 신호 값은 무인 비행체에 따라 다르다. 또한 배터리 전압 강하를 고려하지 않기 때문에 동일한 PWM 신호 값에도 불구하고 모터 속도의 변화가 존재한다. The flight controller 210 also has various control models depending on the type or purpose of use of the unmanned vehicle, and the PWM signal value, which is the final output value, differs depending on the unmanned vehicle because of differences in controllers used therein. Also, because the battery voltage drop is not taken into account, there is a change in motor speed despite the same PWM signal value.

도 3은 일실시예에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating the configuration of a motor speed control device for an unmanned aerial vehicle according to an embodiment.

일실시예에 따르면, 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치는 전자 변속기(220)에 펌웨어 형태로 설치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 전자 변속기(220)에 펌웨어 형태로 설치된 모터 속도 제어 장치는 인터페이스부(221) 및 마이크로프로세서부(222)를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the motor speed control device of the unmanned aerial vehicle may be installed in the form of firmware in the electronic transmission 220. Referring to FIG. 3, the motor speed control device installed in the form of firmware in the electronic transmission 220 may include an interface unit 221 and a microprocessor unit 222.

본 발명의 일실시예에 따른 복수 개의 모터를 포함하는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)의 모터 속도 제어 장치는 비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하고 상기 복수 개의 모터에 듀티 사이클을 전달하는 인터페이스부 및 상기 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 값를 이용해서 듀티 사이클을 계산하고, 배터리의 전압을 고려해서 상기 듀티 사이클을 보정하는 마이크로프로세서부를 포함할 수 있다.An apparatus for controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle (UAV) including a plurality of motors according to an embodiment of the present invention receives a pulse width modulation (PWM) signal from a flight controller and performs a duty cycle on the plurality of motors. It may include a microprocessor unit for calculating the duty cycle using the interface unit to transmit and the pulse width modulation (PWM) signal value, and correcting the duty cycle in consideration of the voltage of the battery.

일실시예에 따른 모터 속도 제어 장치는 전자 변속기(220) 내에 구현될 수 있다. 전자 변속기(220)의 마이크로프로세서부(222)는 전자 변속기(220)의 인터페이스부(221)를 통해 수신한 PWM 신호와 주기를 이용해서 듀티 사이클을 계산할 수 있다. 이 때, 생성된 듀티 사이클 값은 전압 값과 전류 값을 고려하지 않은 듀티 사이클 값이기 때문에 모터 속도의 정확한 제어가 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 전자 변속기(220)의 마이크로프로세서부(222)는 상기 계산된 듀티 사이클에 전압 값과 전류 값을 고려하여 최종적으로 모터에 적용될 듀티 사이클 값을 한 번 더 계산할 수 있다.The motor speed control device according to an embodiment may be implemented in the electronic transmission 220. The microprocessor unit 222 of the electronic transmission 220 may calculate the duty cycle using the PWM signal and period received through the interface unit 221 of the electronic transmission 220. At this time, since the generated duty cycle value is a duty cycle value that does not consider voltage and current values, accurate control of the motor speed may not be achieved. Therefore, the microprocessor unit 222 of the electronic transmission 220 may calculate the duty cycle value to be applied to the motor one more time in consideration of the voltage value and the current value in the calculated duty cycle.

모터 속도 제어 장치가 전자 변속기(220)에 속하는 것은 비행 제어기(210)에 속하는 것보다 실제 모터에 적용되는 듀티 사이클에 직접적인 영향을 줄 수 있다. 또한 듀티 사이클의 보정 및 필터링에 사용되는 연산 요소에 전압/전류 값을 반영할 수 있기 때문에 배터리 전압 강하를 고려할 수 있다. 전자 변속기(220)의 모터 속도 제어 장치는 전압/전류 등의 요소들을 이용하여 듀티 사이클의 보정 작업을 하며 이 때 전압의 변동을 고려한 추가 제어를 통해 듀티 사이클의 출력 범위를 줄여서 실제 모터의 속도를 제어하도록 구현될 수 있다. 따라서 듀티 사이클의 출력 범위가 줄어들면 이와 대응하여 모터의 속도 변동 범위도 줄어들게 된다.The motor speed control device belonging to the electronic transmission 220 may directly affect the duty cycle applied to the actual motor than the flight controller 210. In addition, since the voltage/current value can be reflected in the calculation element used for the correction and filtering of the duty cycle, the battery voltage drop can be considered. The motor speed control device of the electronic transmission 220 compensates for the duty cycle using factors such as voltage/current, and reduces the output range of the duty cycle through additional control in consideration of voltage fluctuations to reduce the actual motor speed. It can be implemented to control. Therefore, when the output range of the duty cycle decreases, the range of speed change of the motor also decreases correspondingly.

일실시예에 따르면, 상기 마이크로프로세서부는, 측정된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 듀티 사이클을 보정할 수 있다.According to an embodiment, the microprocessor unit may compare a measured voltage value with a reference voltage value, and correct a duty cycle according to the comparison result.

일실시예에 따르면, 상기 마이크로프로세서부는, 전압 및 전류 값을 수신하여 상기 전압이 미리 정해진 기준전압보다 큰 경우, 보정된 전압 및 전류 값을 생성하고, 전류 값의 오차를 반영한 PI 제어를 수행하여 듀티 사이클을 보정할 수 있다.According to one embodiment, the microprocessor unit receives a voltage and a current value, and when the voltage is greater than a predetermined reference voltage, generates a corrected voltage and current value, and performs PI control reflecting an error in the current value. The duty cycle can be corrected.

일실시예에 따르면, 상기 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치는, 상기 무인 비행체의 전자 변속기에 펌웨어 형태로 설치될 수 있다.According to one embodiment, the motor speed control device of the unmanned aerial vehicle may be installed in the form of a firmware in the electronic transmission of the unmanned aerial vehicle.

도 4는 일실시에에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flow chart for explaining a method of controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment.

도 4를 참조하면, 단계(S410)에서, 모터 속도 제어 장치는 비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신할 수 있다.Referring to FIG. 4, in step S410, the motor speed control device may receive a pulse width modulation (PWM) signal from the flight controller.

단계(S420)에서, 모터 속도 제어 장치는 상기 PWM 신호에 대한 듀티 사이클을 계산할 수 있다.In step S420, the motor speed control device may calculate a duty cycle for the PWM signal.

단계(S430)에서, 모터 속도 제어 장치는 배터리에서 측정된 전압/전류 값을 수신할 수 있다.In step S430, the motor speed control device may receive the voltage/current value measured from the battery.

단계(S440)에서, 모터 속도 제어 장치는 상기 측정된 전압/전류 값을 고려해서 상기 계산된 듀티 사이클을 보정할 수 있다.In step S440, the motor speed control device may correct the calculated duty cycle in consideration of the measured voltage/current value.

단계(S450)에서, 모터 속도 제어 장치는 상기 복수 개의 모터에 상기 보정된 듀티 사이클을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.In step S450, the motor speed control device may include transmitting the corrected duty cycle to the plurality of motors.

일실시예에 따르면, 상기 단계(S440)는, 측정된 전압 값과 기준 전압 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 듀티 사이클을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the step S440 may include comparing the measured voltage value with a reference voltage value and correcting a duty cycle according to the comparison result.

일실시예에 따르면, 상기 단계(S440)는, 배터리의 전압 및 전류 값을 수신하여 상기 전압 값이 미리 정해진 기준 전압 값보다 큰 경우, 보정된 전압 및 전류 값을 생성하고, 전류 값의 오차를 반영한 PI 제어를 수행하여 듀티 사이클을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step (S440), when receiving the voltage and current values of the battery, when the voltage value is greater than a predetermined reference voltage value, generates a corrected voltage and current value, and the error of the current value And correcting the duty cycle by performing the reflected PI control.

일실시예에 따르면, 상기 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법은, 상기 무인 비행체의 전자 변속기에 펌웨어 형태로 설치될 수 있다.According to one embodiment, the method for controlling the motor speed of the unmanned aerial vehicle may be installed in the form of a firmware in an electronic transmission of the unmanned aerial vehicle.

도 5는 일실시에에 따른 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법에서 실제 듀티 사이클을 계산하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of calculating an actual duty cycle in a method for controlling a motor speed of an unmanned aerial vehicle according to an embodiment.

일반적으로 실제 듀티 계산 과정에서는 듀티 계산 과정에서 계산된 듀티 값을 모터에 적용하기 위한 듀티 값으로 보정하며 이 때 전압 값과 전류 값도 함께 고려하여 보정할 수 있다. 하지만 배터리 전압 강하를 고려하지 않기 때문에 전압, 전류 값은 계속해서 변화가 일어나며 그 결과, 실제 듀티 값도 계속해서 변하게 된다. 따라서 배터리 전압 강하를 고려한 실제 듀티 계산이 필요하다.In general, in the actual duty calculation process, the duty value calculated in the duty calculation process is corrected to a duty value to be applied to the motor. At this time, the voltage value and the current value can also be considered and corrected. However, since the voltage drop of the battery is not taken into consideration, the voltage and current values constantly change, and as a result, the actual duty value also changes continuously. Therefore, it is necessary to calculate the actual duty in consideration of the battery voltage drop.

도 5를 참조하면, 단계(S510)에서, 모터 속도 제어 장치는 배터리에서 측정된 전압/전류 값을 수신할 수 있다.Referring to FIG. 5, in step S510, the motor speed control device may receive the voltage/current value measured in the battery.

단계(S520)에서, 모터 속도 제어 장치는 배터리에서 측정된 전압 값과 미리 정해진 기준 전압 값을 비교할 수 있다. 여기서 기준전압은 무인 비행체의 비행 상태에서 전압에 따른 모터의 속도 변동의 범위 중에서 안정적인 동작이 가능한 범위의 전압이며, 안정 범위는 배터리 종류나 셀(cell)의 개수에 따라 달라질 수 있다.In step S520, the motor speed control device may compare the voltage value measured at the battery with a predetermined reference voltage value. Here, the reference voltage is a voltage in a range in which stable operation can be performed among a range of a speed change of a motor according to a voltage in a flying state of an unmanned aerial vehicle, and the stable range may vary according to a battery type or the number of cells.

단계(S530)에서, 배터리에서 측정된 전압 값이 미리 정해진 기준 전압 값보다 큰 경우, 모터 속도 제어 장치는 전압 /전류 값을 보정할 수 있다.In step S530, when the voltage value measured in the battery is greater than a predetermined reference voltage value, the motor speed control device may correct the voltage/current value.

단계(S540)에서, 모터 속도 제어 장치는 전류 값의 오차 계산을 수행한다.In step S540, the motor speed control device performs error calculation of the current value.

일실시예에 따르면, 현재 전압 값이 비행 안정성을 보장하는 기준 전압 값보다 높으면 기준 전압에 해당하는 전압 값과 전류 값을 듀티 계산에 사용할 수 있다. 모터 속도 제어 장치는 이 계산된 듀티 값을 기준으로 전류 값의 오차를 반영한 PI 제어를 수행하여 P제어 값과 I제어 값을 얻을 수 있다.According to an embodiment, when the current voltage value is higher than the reference voltage value that ensures flight stability, a voltage value and a current value corresponding to the reference voltage may be used for duty calculation. The motor speed control device can obtain the P control value and the I control value by performing PI control reflecting the error of the current value based on the calculated duty value.

단계(S550)에서, 모터 속도 제어 장치는 계산된 듀티 사이클을 보정할 수 있다.In step S550, the motor speed control device may correct the calculated duty cycle.

일실시예에 따르면, 모터 속도 제어 장치는 최종적으로 PI 제어 결과 값으로 듀티 값을 보정하여 실제 모터에 적용되는 듀티 사이클을 계산한다. 이러한 과정을 거쳐 생성된 듀티 사이클은 모터에 적용되어 배터리 전압 강하에 따른 모터의 속도 변동 범위를 줄여주어 무인 비행체의 안정적인 비행을 가능하게 할 수 있다.According to one embodiment, the motor speed control device finally calculates the duty cycle applied to the actual motor by correcting the duty value with the PI control result value. The duty cycle generated through this process can be applied to the motor to reduce the range of speed change of the motor according to the voltage drop of the battery, thereby enabling stable flight of the unmanned aerial vehicle.

일실시예에 따르면, 배터리 전압 강하에 따른 무인 비행체의 모터 속도 변동 문제를 해결하기 위해서 모터 속도 제어 장치를 전자변속기 펌웨어 상에 구현하였다. 실험 결과, 현저한 모터 속도 변화량의 개선을 이루어 무인 비행체의 보다 나은 비행 안정성을 확보할 수 있다.According to an embodiment, a motor speed control device is implemented on the electronic transmission firmware to solve the problem of a motor speed variation of an unmanned aerial vehicle due to a drop in battery voltage. As a result of the experiment, a significant improvement in the amount of motor speed can be achieved to ensure better flight stability of the unmanned aerial vehicle.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and/or combinations of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors (micro signal processors), microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and/or data may be interpreted by a processing device or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

220: 전자 변속기
221: 인터페이스부
222: 마이크로프로세서부
220: electronic transmission
221: interface
222: microprocessor section

Claims (8)

복수 개의 모터를 포함하는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)의 모터 속도 제어 장치에 있어서,
비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하고 상기 복수 개의 모터에 듀티 사이클을 전달하는 인터페이스부; 및
상기 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 값를 이용해서 듀티 사이클을 계산하고, 배터리의 전압을 고려해서 상기 듀티 사이클을 보정하는 마이크로프로세서부
를 포함하고
상기 마이크로프로세서부는,
상기 듀티 사이클의 보정은 배터리에서 측정된 전압 및 전류 값을 수신하여 상기 전압이 미리 정해진 기준전압보다 큰 경우, 보정된 전압 및 전류 값을 생성하고, 전류 값의 오차를 반영한 PID 제어를 수행하여 보정하고
상기 보정된 듀티 사이클을 통해 실제 모터에 적용되는 상기 듀티 사이클을 계산하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치.
In an unmanned aerial vehicle (UAV) motor speed control device comprising a plurality of motors,
An interface unit receiving a PWM (Pulse Width Modulation) signal from the flight controller and transmitting a duty cycle to the plurality of motors; And
A microprocessor unit that calculates a duty cycle using the pulse width modulation (PWM) signal value and corrects the duty cycle in consideration of a battery voltage.
And includes
The microprocessor unit,
Correction of the duty cycle is performed by receiving the measured voltage and current values from the battery and generating corrected voltage and current values when the voltage is greater than a predetermined reference voltage, and performing PID control reflecting the error of the current values to perform correction. and
A motor speed control device for an unmanned aerial vehicle, characterized in that the duty cycle applied to an actual motor is calculated through the corrected duty cycle.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치는,
상기 무인 비행체의 전자 변속기에 펌웨어 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 모터 속도 제어 장치.
According to claim 1,
The motor speed control device of the unmanned aerial vehicle,
Motor speed control device for an unmanned aerial vehicle, characterized in that it is installed in the form of a firmware in the electronic transmission of the unmanned aerial vehicle.
복수 개의 모터를 포함하는 무인 비행체(Unmanned Aerial Vehicle: UAV)의 모터 속도를 제어하는 방법에 있어서,
비행 제어기로부터 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 수신하는 단계;
상기 PWM 신호에 대한 듀티 사이클을 계산하는 단계;
배터리에서 측정된 전압/전류 값을 수신하는 단계;
상기 측정된 전압/전류 값을 고려해서 상기 계산된 듀티 사이클을 보정하는 단계;
상기 보정된 듀티 사이클을 통해 실제 모터에 적용되는 듀티 사이클을 계산하는 단계; 및
상기 복수 개의 모터에 상기 보정된 듀티 사이클을 전달하는 단계
를 포함하고,
상기 듀티 사이클을 보정하는 단계는,
상기 배터리의 전압 및 전류 값을 수신하여 상기 전압 값이 미리 정해진 기준 전압 값보다 큰 경우, 보정된 전압 및 전류 값을 생성하고, 전류 값의 오차를 반영한 PID 제어를 수행하여 듀티 사이클을 보정하는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법.
In a method for controlling the motor speed of an unmanned aerial vehicle (UAV) comprising a plurality of motors,
Receiving a PWM (Pulse Width Modulation) signal from the flight controller;
Calculating a duty cycle for the PWM signal;
Receiving a measured voltage/current value at the battery;
Correcting the calculated duty cycle in consideration of the measured voltage/current value;
Calculating a duty cycle applied to the actual motor through the corrected duty cycle; And
Transferring the corrected duty cycle to the plurality of motors
Including,
Compensating the duty cycle,
When the voltage and current values of the battery are received and the voltage value is greater than a predetermined reference voltage value, generating a corrected voltage and current value and correcting a duty cycle by performing PID control reflecting an error of the current value A method for controlling the motor speed of an unmanned aerial vehicle.
삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법은,
상기 무인 비행체의 전자 변속기에 펌웨어 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 무인 비행체의 모터 속도 제어 방법.
The method of claim 5,
The motor speed control method of the unmanned aerial vehicle,
Method for controlling the motor speed of an unmanned aerial vehicle, characterized in that it is installed in the form of a firmware in the electronic transmission of the unmanned aerial vehicle.
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