Lauren Nagel tarafından
Flight Stand itki test standlarımız, 1 ila 1.000 Hz arasındaki herhangi bir çözünürlükte veri dışa aktarmanıza olanak tanır. Bu, birçok test ve analiz imkanını açan güçlü bir özelliktir.
Peki, 1.000 Hz'de örneklenen veriler nasıl görünür? Ve 10 Hz, 100 Hz ile 1.000 Hz arasındaki gerçek fark nedir?
Bu makalede, bu çözünürlüklerin her birinde ölçülen verilerle mümkün olan farklı hassasiyet ve analiz seviyelerini göstereceğiz.
İçindekiler:
- Yüksek bir örnekleme hızına ihtiyacınız var mı?
- Uygulamaya göre örnekleme hızı
- 10, 100 ve 1.000 Hz'de veri karşılaştırması
- Tork ve akım dalgalanmaları
- Titreşim
- Motor ve ESC tepki süresi
Yüksek bir örnekleme hızına ihtiyacınız var mı?
Dinamik test ölçülen değerlerin nispeten hızlı değiştiği bir testtir. İvmelenme testleri, titreşim ölçümü ve tork dalgalanması ölçümü dinamik testlere örnektir. Matematiksel olarak bunlar, ölçülen değerin zamana bağlı olarak değiştiği ve ortalama bir değerin yeterli olmadığı testlerdir.
Bu sonuçlara ulaşmak için dinamik test, ölçülen sinyalin frekansının iki katı olan minimum bir örnekleme hızı gerektirir. Bu Nyquist frekansı olarak bilinir ve aliasing'den kaçınmak ve ölçülen sinyalin doğru şekilde temsil edilmesini sağlamak için gerekli minimum örnekleme hızıdır.
Statik test ölçülen değerlerin yavaşça değiştiği bir testtir. Statik test yaparken daha az gereksinim vardır: ölçüm senkronizasyonu o kadar zorlayıcı değildir, daha yüksek zaman sabitli filtreler kullanılabilir ve örnekleme hızı daha düşük olabilir.
Gerçek zamanlı test, ölçülen değerlerle ilişkili zaman damgalarının, devre kartında analog ölçümlerin alındığı zaman damgalarıyla tam olarak eşleştiği bir testi ifade eder.
Filtreleme, özellikle de düşük geçiren filtreleme, sinyalden yüksek frekanslı verileri çıkarmak için kullanılan bir tekniktir. Bir itki ölçüm testinde, düşük geçiren bir filtre titreşimi, transistörlerin hızlı anahtarlanmasından kaynaklanan akımdaki gürültüyü veya tork dalgalanmasını çıkarabilir. Dinamik bir testi ölçmek için yüksek bir örnekleme hızı yeterli değildir. Veriye uygulanan düşük geçiren filtre, filtrenin önemli verileri çıkarmaması için en az örnekleme hızının iki katı bir kesme frekansına sahip olmalıdır.
Yüksek hızlı test hakkında daha fazla bilgi edinmek için Veri Ölçümünde Dinamik Test makalemize göz atın.
Uygulamaya göre örnekleme hızı
Elde edebileceğiniz bilgi miktarı, veri toplamanızın örnekleme hızına bağlıdır.
Farklı örnekleme hızlarında analiz edebileceğiniz şeylere dair birkaç örnek:
- 10 Hz
- Kararlı durum, statik ölçümler
- İtki, tork, RPM, voltaj ve akımın genel gelişimini gözlemleyin
- 100 Hz
- Giriş değişikliklerine karşı büyük motor tepkilerini karakterize edin
- Eğilimleri ve dalgalanmaları görselleştirin
- 1.000 Hz
- Tork dalgalanması
- Akım analizi
- Titreşim analizi
- Tepki süresi analizi
10, 100 ve 1.000 Hz'de Veri Karşılaştırması
Farklı çözünürlüklerdeki veriler arasındaki farkları göstermek için 1.000 Hz'de basit bir ivmelenme testi (0 ila 1436 µs) gerçekleştirdik, ardından Flight Stand yazılımını kullanarak verileri 10, 100 ve 1.000 Hz'de yeniden örnekledik ve dışa aktardık.
Aşağıdaki grafiklere ölçülen değişkenleri yerleştirdik ve üç farklı çözünürlükteki davranışlarını gösterdik. Not: PWM ve RPM değerleri, bu iki parametrenin gelişimini gösterirken aşağıdaki eksenlere sığacak şekilde ayarlandı.
Örnekleme hızı yükseldikçe, her bir değişkenin gelişimine ve değişimine dair çok daha ayrıntılı bir resim görebiliyoruz.
Her bir çözünürlükte mümkün olan farklı analiz seviyelerini göstermek için verilere birkaç farklı açıdan bakabiliriz.
Tork ve Akım Dalgalanmaları
Öncelikle, tork akımla doğrudan ilişkili olduğundan, bu verilerdeki tork ve akım dalgalanmalarına bakacağız.
Başlangıç olarak, 10 Hz'de bu iki değişkendeki büyük dalgalanmaları görebiliyoruz. Akımda iki büyük sıçrama ve torkta bir büyük sıçrama olduğu görülüyor. Tork, yaklaşık 3,9 saniyelik işaret etrafında tam olarak 4 Nm civarında zirve yapıyor. Akım da 3,9 saniyelik işaret etrafında 6 A'nın hemen altında zirve yapıyor, ardından yaklaşık 4,4 saniyede tekrar 10 A çizgisini kıl payı geçiyor. Bu çözünürlükte veriler, tork ve akım arasında bir ilişki olabileceğini gösteriyor, ancak bu pek belirgin değil.
100 Hz'de, tork ve akımın benzer bir dalga formuna sahip olduğunu ve benzer bir frekansta dalgalandığını görebilirsiniz. Tork, 3,68 saniyede yaklaşık 5,5 Nm'de zirve yapıyor ve bir tork sıçramasına benzemeye başlıyor. Akım, 4,46 saniyede 10 A'nın hemen üzerinde zirve yapıyor.
1.000 Hz'de, tork ve itkinin birlikte gelişimini gerçekten görmeye başlayabiliyoruz. Tork, 3,670 saniyede 6 Nm'nin hemen üzerinde zirve yapıyor ve artık bunun bir tork sıçraması olduğu açıkça görülüyor. Akım, 4,410 saniyede yaklaşık 10,7 A'da zirve yapıyor. Bu çözünürlükte, hangi tork zirvelerinin akım zirveleriyle ilişkili olduğunu ve hangilerinin olmadığını belirleyebiliriz.
Bu analizde, motorun ivmelenmeye başladığı testin başında bir tork sıçraması da dahil olmak üzere birkaç tork zirvesini ortaya çıkardık. Motorun duran bir konumdan dönmeye başlaması için gereken ekstra çaba nedeniyle bu tork sıçraması meydana gelir. Tork sıçraması çok kısadır ve yalnızca yüksek bir örnekleme hızıyla görülebilir.
Gerçek maksimum tork (6 Nm'den fazla), 10 Hz testi sırasında ölçülen değerden (yaklaşık 4 Nm) çok daha yüksekti; bu %40'lık bir farktır. Bu, tasarımcılar için bilinmesi gereken önemli bir durumdur, çünkü itki sistemine binen yük tahmin edilenden çok daha fazla olabilir.
Akım zirveleriyle ilişkili olmayan diğer tork zirveleri, itki sistemindeki hizalama hatalarının veya verimsizliklerin göstergesi olabilir ve daha fazla inceleme gerektirebilir.
Bu tür bir analiz, tasarımınızdaki zayıf noktaları belirlemek için hayati önem taşıyabilir.
Daha Fazla Okuma: Tork Nasıl Ölçülür ve Neden Ölçmelisiniz
Titreşim
Titreşim, itki sistemlerini test ederken önemli bir değişkendir, çünkü aracın yapısının güvenliğini ve bileşenlerinin ömrünü etkileyebilir.
İvmelenmedeki dalgalanmalar olarak ölçülen titreşimi nicelleştirmenin bir yolu Fourier Dönüşümü (FT) analiziyle ölçmektir. Bu tekniğin bir sınırlaması, Nyquist sınırının doğru ölçüm için minimum örnekleme hızının verilen frekansın 2 katı olmasını gerektirmesidir. Bu nedenle, yüksek frekansta ölçülen verilerle başlamak önemlidir.
Örneğin, 50 Hz'lik bir veri ölçümü, 25 Hz ve daha düşük bir frekansta meydana gelen olayları ölçmenize olanak tanır. Aynı şekilde 1.000 Hz için yalnızca 500 Hz'den daha düşük frekanslarda meydana gelen olayları ölçebilirsiniz.
Aşağıdaki grafik, Konfigürasyon 1 ve Konfigürasyon 2 olarak adlandırılan iki farklı itki sisteminden alınan veriler üzerinde gerçekleştirilen bir DFT analizinin sonuçlarını göstermektedir. Her iki sistemle de 30 saniye boyunca yaklaşık 3180 RPM'de, yani 53 Hz'ye eşdeğer sabit itki testi gerçekleştirilmiştir. Üstteki grafik itki sonuçlarını, alttaki grafik ise tork sonuçlarını göstermektedir.
Bu sonuçlarda görebildiklerimiz şunlardır:
- Zirvelerin genliğinde gösterildiği gibi, Konfigürasyon 2'deki itki spektrumunda Konfigürasyon 1'e kıyasla 4,5 kat daha fazla, tork spektrumunda ise 3,7 kat daha fazla değişim vardır.
- Konfigürasyonlar genelinde 1., 2., 3. ve 4. harmoniklerde (53, 106, 159 ve 213 Hz) görünür titreşim vardır.
- 106 Hz'deki zirve, pervanenin itki test standının yapısına çarptığı yeri göstermektedir.
Kaynağı daha kolay tanımlanamayan birkaç titreşim zirvesi daha vardır.
Bunlar birkaç başka kaynağa atfedilebilir ve daha fazla analizle doğrulanabilir:
- Gelen havanın türbülansı
- Güç kaynağının AC giriş frekansı
- Pervane deformasyonu
- Rotorun düzgün dengelenmemesi
- Motor montaj vidalarının hizalanmaması
- Tutarsız ESC çıkışı
- Yapısal etkileşim (basınç değişiklikleri nedeniyle)
Daha Fazla Okuma: İtki Testlerinde Titreşimi Azaltmak
Motor ve ESC'nin Dinamik Tepkisi
Motor ve ESC'nin hızı mükemmel şekilde sabit değildir ve dalgalanmalar yüksek örnekleme hızlarında ölçülen verilerde görünür durumdadır. 1.000 Hz'de tepki sürelerine ve dinamik tepkilerine bakabiliriz.
Motor için, kontrolün hassas zamanlaması sayesinde itki test standı, motorun tepki süresini ve dinamik tepkisini karakterize edebilir.
Örnek olarak, örnekleme hızı artırıldığında görünür hale gelen negatif tork vardır. Aşağıdaki ivmelenme eğrilerinde, 50 Hz'de yaklaşık 3,64 saniyelik işaret etrafında 1,6 Nm civarında negatif bir tork zirvesinin görünür hale geldiğini görebiliyoruz. 1.000 Hz'de bunun aslında 2 zirve olduğunu ve daha büyük olanının yaklaşık 2,2 Nm'de zirve yaptığını görebiliyoruz.
Bu tür bir analiz, hızlı bir şekilde yüksek miktarda akım çeken transistörler kullanan ESC'leri karakterize etmek için de yararlı olabilir. Tepki süresini değiştirmek ve akım sıçramalarını en aza indirmek için kablo uzunluğunu veya kullanılan kapasitörleri değiştirmeye karar verebilirsiniz. 1.000 Hz'de ölçülen veriler, bu değişikliklerin yarattığı tepki süresi farkını gösterebilir.
Ek olarak, çoğu ESC 50 Hz'den daha yüksek bir frekans kullandığından, sağlanan akımdaki değişimleri ve ardından hız ve itki gibi parametrelerdeki değişiklikleri görmek için daha yüksek bir örnekleme hızı gereklidir.
Özet
Özetle, 1.000 Hz'de toplanan veriler, motorlarınız, pervaneleriniz, ESC'leriniz ve genel sisteminiz üzerinde derinlemesine analiz için birçok imkan sunar.
Bu makalede, 1.000 Hz'de toplanan verilerin tork ve akım dalgalanmalarını, sistem titreşimini ve tepki süresini incelemeye nasıl yardımcı olabileceğine baktık. Bu bilgiler, tasarımınızda iyileştirmeler yapmak üzere sisteminizin performansını daha iyi ve daha hassas bir şekilde anlamanıza yardımcı olabilir.
Drone performansını nasıl geliştireceğiniz hakkında daha fazla bilgi için Drone Yapımı ve Optimizasyonu Hakkında e-Kitabımıza göz atın.
Motorlarınızı, pervanelerinizi ve ESC'lerinizi 1.000 Hz'de test etmeye başlamak isterseniz, itki test standlarımıza göz atın:
- Flight Stand 15 (15 kgf / 8 Nm)
- Flight Stand 50 (50 kgf / 30 Nm)
- Flight Stand 150 (150 kgf / 150 Nm)
- Flight Stand 500 (500 kgf itki / 1500 Nm)