بقلم Dominic Robillard وLauren Nagel
جهاز اختبار قوة الدفع هي أداة رائعة لاختبار محركاتك من نوع بدون فرش وإبرامك.
يمكنها أن توفر عليك الوقت بطرق عديدة، ومنها الاختبار المؤتمت.
الاختبار المؤتمت يعني الضغط على «بدء» ومراقبة الاختبار وهو يعمل بشكل مستقل مع ورود البيانات.
نتناول في هذا المقال 7 طرق لاختبار محركك من نوع بدون فرش باستخدام أجهزة اختبار قوة الدفع الخاصة بنا، بالإضافة إلى كيفية أتمتة هذه الاختبارات.
أفضل 7 اختبارات لمحركات التيار المباشر بدون فرش:
- اختبار الخطوة
- اختبار المسح / المنحدر
- اختبار التحمل
- اختبار التحكم في الحلقة المغلقة / الدفع الثابت
- اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90%
- اختبار إعادة تشغيل الرحلة
- الاختبار الجيبي واختبار إشارة الزقزقة
إعداد الاختبار
يشير هذا المقال إلى اثنين من برامجنا التي تتوافق مع أجهزة اختبار قوة الدفع الخاصة بنا:
- برنامج RCbenchmark - معدل أخذ العينات يصل إلى 50 هرتز، ومتوافق مع سيريز 1585 وسيريز 1780
- برنامج فلايت ستاند - معدل أخذ العينات يصل إلى 1,000 هرتز، ومتوافق مع فلايت ستاند 15/ 50/ 150
استُخدمت منصة اختبار سيريز 1585 لجمع البيانات المعروضة في مقاطع الفيديو في هذا المقال.
الشكل 1: اختبار أنظمة الدفع في النفق الهوائي
1. اختبار الخطوة
ما هو اختبار الخطوة؟
يمر اختبار الخطوة بنظام الدفع الخاص بك عبر سلسلة من خطوات الإشارة بنمط منتظم أو غير منتظم. على سبيل المثال، يمكنك ضبط الخانق ليبدأ عند 25% ثم يزداد بزيادات قدرها 5% حتى يصل إلى 50% (25%، 30%، 35%، 40%، 45%، 50%).
عند كل «خطوة» من هذه الخطوات، يكون هناك زمن استقرار محدد يحافظ فيه النظام على ثبات الخانق للسماح للنظام بالاستقرار قبل التقاط عينة البيانات.
لماذا يُجرى اختبار الخطوة؟
هناك عدة أسباب لإجراء اختبار الخطوة، إذ يُعد أحد أبسط الاختبارات المتاحة.
أولًا، يمكن تكرار اختبار الخطوة بسهولة وتشغيله بنفس الطريقة تمامًا عدة مرات حسب الحاجة. وهذا يسهّل مقارنة التكوينات المختلفة لنظام الدفع الخاص بك، لأن نقاط جمع البيانات هي نفسها في كل مرة.
كما أنه مفيد للنظر في أداء النظام عند نقاط تشغيل مختلفة. كيف يُقارن الكفاءة عند خانق 55% مقابل خانق 60%؟ وما هو استهلاك الطاقة عند خانق 80% مقابل 85%؟
يمكن لاختبار الخطوة أن يساعدك في الإجابة عن هذه الأسئلة باستخدام بروتوكول بسيط.
للمزيد من القراءة: لماذا يجب عليك اختبار محركاتك وإبرامك
كيفية إجراء اختبار الخطوة
يتطلب تصميم اختبار الخطوة تحديد نقاط التشغيل التي تريد معرفتها. هل تريد النظر في النطاق الكامل لمدخلات الإشارة أم تركز على مرحلة معينة من الطيران؟
بمجرد تحديد ذلك، يمكنك إدخال هذه النقاط في نص اختبار، مثل ذلك المتوفر في برنامج RCbenchmark (الشكل 2). اضبط القيمة الدنيا، والقيمة القصوى، وعدد الخطوات، وزمن الاستقرار بين الخطوات.
يمكن إدخال خطواتك يدويًا أو استيرادها من جدول بيانات.
الشكل 2: نص اختبار مؤتمت لاختبار الخطوة
2. اختبار المسح / المنحدر
ما هو اختبار المسح / المنحدر؟
خلال اختبار المسح (المعروف أيضًا باختبار المنحدر)، يتم تسجيل البيانات باستمرار بينما يمر نظام الدفع الخاص بك بانتقال سلس من قيمة خانق إلى أخرى.
على عكس اختبار الخطوة، لا توجد توقفات في الطريق، بل جمع مستمر للبيانات أثناء الانتقال بين النقاط.
على سبيل المثال، يمكنك ضبط قيمتك الابتدائية عند خانق 40% وقيمتك القصوى عند خانق 80%، وجمع البيانات باستمرار أثناء الزيادة.
لماذا يُجرى اختبار المسح / المنحدر؟
يسمح لك اختبار المسح / المنحدر باختبار نطاق كامل من نقاط تشغيل وحدة التحكم الإلكترونية (ESC) بين قيمتين. وهو ما يعادل اختبار الخطوة بعدد لا نهائي من الخطوات، لذا فإن إحدى مزاياه هي أنك لا تحتاج إلى إدخال الخطوات يدويًا.
من بين الأهداف النهائية الأخرى، يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتحليل منحنى الخانق ومراقبة تأثيرات تداخل الإشارة.
أحد الاعتبارات هو أن عدد نقاط البيانات للاختبار ليس ثابتًا. ولا يزال من الممكن جدًا مقارنة التجارب، لكن البيانات من الاختبارات المختلفة لن تتطابق عند قيم دقيقة كما هو الحال في الاختبارات الأخرى مثل اختبار الخطوة.
بالإضافة إلى ذلك، قد تصبح ملفات البيانات الناتجة كبيرة جدًا، مما يجعل التحليل أكثر صعوبة.
كيفية إجراء اختبار المسح / المنحدر
في برنامج RCbenchmark، يوجد نص اختبار مسح مكتوب مسبقًا يتيح للمستخدمين إدخال قيمهم المخصصة. يدخل المستخدم قيمة بداية دنيا، وقيمة ذروة قصوى، بالإضافة إلى الوقت المطلوب للانتقال بينهما، والذي يتحكم في سرعة المسح.
من المهم أن تضع في اعتبارك أن المسح يجب أن يُجرى ببطء كافٍ لتقليل عزم تسارع الإبرام حتى لا يؤثر ذلك على القراءات. إذا كان المنحدر بطيئًا بما يكفي، فسيكون هذا التأثير ضئيلًا.�
3. اختبار التحمل
ما هو اختبار التحمل؟
تشمل فئة اختبار التحمل أي اختبارات ذات مدة طويلة والهدف النهائي منها هو اختبار حدود نظام الدفع أو المكونات الموجودة بداخله.
بعض الأمثلة:
- اختبار التحمل الحراري - اختبار أداء المحرك لعدة ساعات في بيئة دافئة.
- اختبار تحمل المحامل - تحديد عدد ساعات الاستخدام التي يمكن للمحمل تحملها قبل تعرضه للتآكل.
- اختبار تحمل التجليد - اختبار أداء الإبرام بمرور الوقت في بيئة باردة ورطبة.
للمزيد من القراءة: الاختبار الساكن مقابل الديناميكي لمكونات الطائرات المسيّرة
لماذا يُجرى اختبار التحمل؟
اختبار التحمل مفيد في مراحل عديدة من عملية التصميم. يمكن أن يساعدك في اختيار أفضل المكونات وإنشاء وثائق فنية دقيقة.
اختبار التحمل عامل كبير أيضًا في السلامة والموثوقية. يمكن أن يساعد في اعتماد الطائرة المسيّرة من خلال إثبات العمر الافتراضي للمكونات وحدود التشغيل الآمنة للطائرة.
اختبار التحمل مفيد أيضًا لإنشاء جدول صيانة للطائرة المسيّرة، إذ يمكن أن يخبرك متى ستحتاج المكونات إلى إعادة ضبط.
كيفية إجراء اختبار التحمل
يمكن استخدام أي نمط خانق لاختبار التحمل، مثل الخطوة والمسح والجيبي وإعادة تشغيل الرحلة، إلخ. تعتمد معايير الاختبار بشكل كبير على أهدافك كمصمم.
بعض الأمثلة:
- اختبار التحمل الحراري - قم بتشغيل نظام الدفع الخاص بك لفترة طويلة عند خانق ثابت في بيئة دافئة. راقب التغيرات في أداء المحرك بمرور الوقت.
- اختبار تحمل المحامل - قم بتشغيل نظام الدفع الخاص بك عبر سلسلة متكررة من الخطوات في ظروف STP. راقب عدد ساعات التشغيل التي يتحملها المحمل قبل ظهور علامات التآكل.
- اختبار تحمل التجليد - قم بتشغيل نظام الدفع الخاص بك عبر إشارة سلسة متكررة في بيئة باردة ورطبة. راقب التغيرات في أداء الإبرام مع تراكم الجليد.
يمكن لبرنامج RCbenchmark أن يساعدك في تصميم اختبارات التحمل الخاصة بك باستخدام النص المكتوب مسبقًا «تسلسل الخطوات المخصص» (الشكل 3). ينشئ المستخدم تسلسل اختبار من خلال تحديد عدد الخطوات وقيمة الخانق عند كل خطوة ومدة كل خطوة.
يمكن تكرار التسلسل عدة مرات حسب الحاجة. يتم تسجيل عينة بيانات في منتصف كل خطوة في تسلسل الاختبار.
الشكل 3: نص قابل للتعديل لاختبار التحمل
4. اختبار التحكم في الحلقة المغلقة / الدفع الثابت
ما هو اختبار التحكم في الحلقة المغلقة / الدفع الثابت؟
خلال اختبار التحكم في الحلقة المغلقة، المعروف أيضًا باختبار الدفع الثابت، يقرأ النظام باستمرار بيانات المستشعر ويضبط الخانق للوصول إلى دفع/طاقة/دوران ثابت، حسبما يحدده المستخدم.
من الأمثلة على التحكم الثابت في الحلقة وحدة التحكم PID، التي تستشعر الخطأ بين القيمة المستهدفة والقيمة المقاسة، ثم تطبق تصحيحًا بناءً على التحكم التناسبي مع تعديلات تكاملية وتفاضلية.
لماذا يُجرى اختبار التحكم في الحلقة المغلقة؟
يتم تكوين اختبار التحكم في الحلقة المغلقة بحيث يظل المتغير المطلوب ثابتًا، حتى مع تغير مجالات أخرى من النظام.
على سبيل المثال، مع استنفاد بطارية LiPo وانخفاض الجهد، سيتم ضبط الخانق للحفاظ على الدفع/الطاقة/الدوران الذي تم برمجته.
هذا مفيد في العديد من السيناريوهات، مثل عندما تقوم بتصميم رحلة أو اختبار بطاريتك أو اختبار تحمل النظام.
كيفية إجراء اختبار التحكم في الحلقة المغلقة
يتطلب إجراء اختبار التحكم في الحلقة المغلقة باستخدام برنامج RCbenchmark نصًا مخصصًا، والذي يمكنك إنشاؤه داخل البرنامج باستخدام لغة Javascript القياسية.
سيتعين تعديل النص لتحقيق أهدافك المحددة. التحدي الرئيسي هو ضمان عدم تعويض النظام بسرعة كبيرة أو بشكل مفرط، مما سيؤدي إلى تذبذب النظام حول قيمتك المستهدفة، لذا يلزم بعض الضبط.
5. اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90%
ما هو اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90%؟
يقيس اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90% المدة التي يستغرقها نظام الدفع للوصول إلى 90% من قيمة الدوران النهائية بعد إدخال خطوة. هذه طريقة لقياس زمن رد فعل الطائرة المسيّرة، على سبيل المثال.
إنه اختبار ديناميكي ينبغي إجراؤه بمعدل أخذ عينات مرتفع لضمان قراءة دقيقة.
لماذا يُجرى اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90%؟
يسمح اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90% للمصممين ومهندسي التحكم بقياس زمن رد فعل نظام الدفع ككل - وحدة التحكم الإلكترونية والمحرك والإبرام معًا. هذا مفيد لدراسة أداء الطائرة المسيّرة ومرونتها، على سبيل المثال مدى سرعة تعافيها من اضطراب مثل دفقة رياح.
كيفية إجراء اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90%؟
من السهل إجراء هذا الاختبار لأنه مبرمج مسبقًا في برنامج RCbenchmark. يرسل النص إشارة إدخال خطوة إلى نظام الدفع الخاص بك، مما يجعله ينتقل من خانق 0 إلى 100%. وفي الوقت نفسه، يسجل زمن رد الفعل المطلوب للوصول إلى 90% من الدوران النهائي.
يتم أيضًا تسجيل التسارع لتقديم تقدير لمنحدر التسارع مباشرة بعد إدخال الخطوة. يتم تضمين هذه البيانات كعمود إضافي في ملف .CSV الناتج. 
الشكل 4: نص اختبار زمن الاستقرار بنسبة 90%
6. اختبار إعادة تشغيل الرحلة
ما هو اختبار إعادة تشغيل الرحلة؟
اختبار إعادة تشغيل الرحلة هو طريقة لإعادة إنشاء رحلة سابقة في المختبر باستخدام نظام الدفع الخاص بك. يمكنك إجراء هذا الاختبار باستخدام بيانات الخانق المخزنة في كمبيوتر الطيران الموجود على متن طائرتك من رحلة سابقة.
لماذا يُجرى اختبار إعادة تشغيل الرحلة؟
هذا النوع من الاختبار مفيد لأنه يتيح لك رؤية أداء نظام الدفع الخاص بك في مراحل مختلفة من رحلتك. يمكنك تحديد المراحل التي تستهلك أكبر قدر من الطاقة وأيها هي الأكثر كفاءة.
طريقة الاختبار هذه هي واحدة من أكثر الطرق دقة لإعادة إنتاج عمليات الطيران، خاصة عند دمجها مع اختبار النفق الهوائي. وهي مفيدة بشكل خاص لتقدير عمر البطارية. يمكن أن يؤدي الوصول إلى هذه المعلومات إلى تغييرات في تصميم طائرتك المسيّرة أو إجراءات طيرانك أو كليهما.
للمزيد من القراءة: كيفية حساب وقياس دفع الإبرام
كيفية إجراء اختبار إعادة تشغيل الرحلة؟
الخطوة الأولى هي تصدير بيانات الخانق من رحلة إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بك. يمكنك بعد ذلك استيراد الملف إلى برنامج فلايت ستاند كملف .CSV لإنشاء نص اختبار مخصص. إذا كنت تستخدم برنامج RCbenchmark، فستحتاج إلى كتابة نص مخصص.
بمجرد توصيل نظام الدفع الخاص بك بجهاز اختبار قوة الدفع، سيقوم البرنامج بإعادة تشغيل نقاط الخانق عبر نظامك. ستتمكن من رؤية كيف يتغير الدفع وعزم الدوران والدوران والطاقة والمزيد في الوقت الفعلي.
7. الاختبار الجيبي واختبار إشارة الزقزقة
ما هما الاختباران الجيبي وإشارة الزقزقة؟
خلال الاختبار الجيبي، يتم التحكم في نظام الدفع بإشارة موجة جيبية سلسة، مما يجبر المحرك على تغيير سرعته باستمرار. يمر النظام عبر طيف كامل من نقاط الخانق مع تسجيل البيانات باستمرار.
خلال اختبار إشارة الزقزقة، يتم إرسال إشارة موجة جيبية سلسة إلى نظام الدفع، ولكن الآن يتغير التردد تدريجيًا بمرور الوقت (الشكل 5). قد يزداد تردد الإشارة أو ينخفض، لكن سعة الإشارة تظل ثابتة.
الشكل 5: هيكل إشارة الزقزقة (المصدر: Wikiwand)
لماذا يُجرى اختبار جيبي أو اختبار إشارة الزقزقة؟
يسمح لك الاختبار الجيبي برؤية أداء نظامك عبر طيف كامل من نقاط التشغيل. التسجيل المستمر مشابه لاختبار المسح، والنمط مفيد لاختبار التحمل.
يسمح اختبار الزقزقة للمستخدم باختبار النطاق الكامل لتغيرات سرعة وحدة التحكم الإلكترونية (ESC). يمكن أن يخبرك هذا بمدى سرعة استجابة وحدة التحكم الإلكترونية لتغيرات الخانق وإلى أي مدى.
يتيح لك مراقبة استقرار النظام أثناء تعرضه لتردد أعلى من الأوامر، وغالبًا ما يكون أحد الاختبارات التي يجريها المهندسون للتحقق من أن نظام التحكم مستقر عند جميع الترددات.
كيفية إجراء اختبار جيبِيّ أو اختبار إشارة زقزقة؟
بالنسبة للاختبارات الجيبية، لدينا نص برمجي مكتوب مسبقًا لإنشاء دالة جيبية في مخرج ESC: https://cdn-docs.rcbenchmark.com/scripts/sinewave.js. ويمكن استخدامه مع برنامج RCbenchmark.
يتطلب إجراء اختبار إشارة الزقزقة كتابة نص برمجي مخصص، ويُعد النص البرمجي الجيبي أعلاه نقطة انطلاق جيدة.
لاحظ أن معدل التحديث محدود ببروتوكول ESC ومعدل اتصال USB. لهذا السبب، لا نوصي بتعيين تردد موجة جيبية أعلى من 10 هرتز باستخدام برنامج RCbenchmark.
ملخص
تلعب اختبارات المحرك التيار المباشر بدون فرشاة المؤتمتة التي تمت مناقشتها في هذا المقال دورًا مهمًا في تحسين أنظمة الدفع. يمكن أن تساعدك البيانات في تحديد المجالات العملية للتحسين في نظامك.
إذا كنت ترغب في إجراء هذه الاختبارات في مختبرك الخاص، فجرب سيريز 1585 للطائرات المسيّرة الصغيرة، وفلايت ستاند 15 للطائرات المسيّرة المتوسطة، وفلايت ستاند 50 للطائرات المسيّرة الكبيرة، وفلايت ستاند 150 للطائرات المسيّرة الكبيرة جدًا ومركبات eVTOL.
كما هو الحال دائمًا، يتم توفير برامجنا القوية مجانًا.
نحن نبحث دائمًا عن طرق للتحسين وتلبية احتياجات عملائنا. هل هناك أي اختبارات فاتتنا؟ أخبرنا في التعليقات.