يعد التحكم الكهربائي الموجه بالمجال (FOC) في المركبات الجوية غير المأهولة (UAV) طريقة متقدمة للتحكم في المحركات، ومناسبة بشكل خاص للتحكم في المحركات المعقدة مثل تلك المستخدمة في الطائرات بدون طيار.
أولا: التعريف والمبدأ
FOC ، والمعروف أيضًا باسم التحكم في المتجه (VC)، هو طريقة للتحكم في المحرك تتحكم بدقة في اتجاه وحجم المجال المغناطيسي للمحرك لتحقيق التحكم الدقيق في عزم دوران المحرك وسرعته وموقعه. الفكرة الأساسية هي معادلة محرك التيار المتردد بمحرك التيار المستمر، وحساب متجه المجال المغناطيسي للمحرك من خلال نموذج رياضي، ثم ضبط جهد خرج العاكس للحفاظ على متجه المجال المغناطيسي للمحرك متسقًا مع متجه المجال المغناطيسي المحدد، وبالتالي تحقيق التحكم في المحرك.
II. الخصائص والمزايا
1. الكفاءة: يمكن لـ FOC جعل المحرك يعمل في أفضل حالة للمجال المغناطيسي، مما يقلل الخسائر ويحسن الكفاءة.
2. انخفاض الضوضاء: يمكن لـ FOC تقليل نبضات عزم دوران المحرك وخفض الضوضاء.
3. استجابة ديناميكية سريعة: يمكن لـ FOC الاستجابة بسرعة لأوامر السرعة وعزم الدوران، مما يحسن سرعة الاستجابة الديناميكية.
4. دقة التحكم العالية: يمكن لـ FOC تحقيق التحكم الدقيق في عزم دوران المحرك وسرعته وموقعه.
5. تطبيق واسع: يتم استخدام FOC على نطاق واسع في المركبات ذات الطاقة الجديدة، والروبوتات، والتصنيع الذكي، والطائرات بدون طيار، وغيرها من المجالات.
III. الفرق بين نظام التحكم الإلكتروني بالسرعة (ESC)
ESC هي طريقة بسيطة للتحكم في المحرك، تُستخدم عادةً للتحكم في المحركات البسيطة مثل محركات التيار المستمر بدون فرشاة (BLDC) ومحركات الطائرات النموذجية. إنها تضبط التيار بين مراحل المحرك للتحكم في معلمات مثل سرعة المحرك وعزم دورانه، ولكن دقة التحكم والاستقرار منخفضان نسبيًا. من ناحية أخرى، FOC هي طريقة متقدمة للتحكم في المحرك، تُستخدم عادةً للتحكم في المحركات المعقدة مثل محركات التزامن المغناطيسية الدائمة (PMSM) والمحركات الحثية، بدقة عالية وكفاءة عالية واستقرار عالي.
رابعا: التطبيقات في الطائرات بدون طيار
في مجال الطائرات بدون طيار، فإن تطبيق أساليب التحكم FOC يمكن أن يحقق المزايا التالية:
1. تحسين القدرة على التحمل: يعمل FOC على تشغيل المحرك بكفاءة أكبر، مما يمكن أن يزيد من قدرة الطائرة بدون طيار على التحمل.
2. تعديل الموقف والتحكم المستقر: الاستجابة الديناميكية السريعة لـ FOC مفيدة لتعديل الموقف والتحكم المستقر في الطائرة بدون طيار.
3. الاستجابة لحالات الطوارئ: محركات الطائرات بدون طيار المنظمة بواسطة FOC هي أكثر سلاسة وأكثر استقرارًا من تلك المنظمة بواسطة ESC، ويمكنها الاستجابة بسرعة لحالات الطوارئ.
V. FOC بدون مستشعر وFOC المستند إلى المستشعر
التحكم الموجه بالمجال بدون مستشعر (FOC) والتحكم الموجه بالمجال بدون مستشعر (FOC) القائم على المستشعر (FOC) هما طريقتان مختلفتان للتحكم في المحرك. يستخدم التحكم الموجه بالمجال القائم على المستشعر مستشعرات المجال المغناطيسي لقياس قوة واتجاه المجال المغناطيسي للمحرك لتحقيق التحكم في المحرك بدقة واستقرار أعلى، ولكن بتكلفة أعلى. لا يتطلب التحكم الموجه بالمجال بدون مستشعر مستشعرات المجال المغناطيسي، ويستنتج حالة تشغيل المحرك من خلال الخوارزميات، ويضبط خرج التحكم بناءً على النتائج المستنتجة، وهو مناسب للتطبيقات الحساسة للتكلفة.
سادسا. الخاتمة
التحكم في المجال الكهربائي للطائرات بدون طيار هو طريقة متقدمة للتحكم في المحرك بكفاءة عالية وضوضاء منخفضة واستجابة ديناميكية سريعة ودقة تحكم عالية، تُستخدم على نطاق واسع في التحكم في المحركات المعقدة مثل الطائرات بدون طيار. من خلال التحكم في المجال الكهربائي، يمكن للطائرات بدون طيار تحقيق قدرة تحمل أطول ورحلة أكثر استقرارًا وتحكمًا أكثر دقة، مما يوفر دعمًا فنيًا قويًا لتطوير الطائرات بدون طيار.
