無人機(jī)動力測試臺-自動化測試系統(tǒng)拉力、扭矩、電壓、電流、轉(zhuǎn)速和效率
無人機(jī)動力測試臺是優(yōu)化設(shè)計無人機(jī)動力系統(tǒng)的最佳工具，而對待測項目進(jìn)行精準(zhǔn)地自動化測試不僅可以為用戶節(jié)省寶貴的時間，更為無人機(jī)動力系統(tǒng)的升級換代提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。在本文中，我們將介紹使用動力測試臺測試無人機(jī)動力系統(tǒng)的7種方法，以及如何自動化測試這些項目：
步進(jìn)測試。
掃頻/斜坡測試。
耐力測試。
閉環(huán)控制/恒推力測試。
90%建立時間測試。
飛行回放測試。
正弦測試和線性調(diào)頻信號測試。
步進(jìn)測試
什么是步進(jìn)測試？
步進(jìn)測試使您的動力系統(tǒng)以規(guī)則或不規(guī)則模式通過一系列步進(jìn)信號進(jìn)行測試。例如，您可以將油門設(shè)置為從 25% 開始，然后以 5% 的間隔增加到 50%（25%、30%、35%、40%、45%、50%）。
在這些“步進(jìn)”中的每一個測量點，都有一個自定義時間點，即當(dāng)系統(tǒng)保持油門穩(wěn)定并使系統(tǒng)在捕獲數(shù)據(jù)樣本之前穩(wěn)定下來的時間點。
為什么要進(jìn)行步進(jìn)測試？
執(zhí)行步進(jìn)測試的原因有很多，因為它是可用的更簡單的測試之一。
首先，步進(jìn)測試易于重復(fù)實施，并且可以根據(jù)需要以完全相同的方式多次運(yùn)行。這使得比較動力系統(tǒng)的不同配置變得容易直觀，因為每次的數(shù)據(jù)收集點都是相同的。
它對于查看系統(tǒng)在不同工作點的性能也很有幫助。55% 油門與 60% 油門的效率如何比較？80% 與 85% 油門時的功耗又是多少？
步進(jìn)測試可以幫助您通過簡單的協(xié)議回答這些問題。
如何運(yùn)行步進(jìn)測試？
設(shè)計步進(jìn)測試需要您確定要了解的目標(biāo)測試點。您想查看整個信號輸入范圍還是專注于飛行的某個特定階段？
確定這一點后，您可以將這些目標(biāo)點輸入到測試腳本中，如 RCbenchmark 軟件中提供的腳本（圖 2）。設(shè)置最小值、最大值、步數(shù)和步長之間的建立時間。
您的步驟可以手動輸入或從電子表格導(dǎo)入。
掃描/斜坡測試
什么是掃描/斜坡測試？
在掃描測試（又名斜坡測試）期間，當(dāng)您的動力系統(tǒng)從一個油門值到另一個油門值平穩(wěn)上升時，數(shù)據(jù)會連續(xù)記錄。 與步進(jìn)測試不同，測試期間沒有中間?？奎c，只是在兩個測點之間的過渡期間連續(xù)采集數(shù)據(jù)。
例如，您可以將起始值設(shè)置為 40% 油門，將最大值設(shè)置為 80% 油門，并在油門增加期間持續(xù)收集數(shù)據(jù)。
為什么要進(jìn)行掃描/斜坡測試？
掃描/斜坡測試允許您測試兩個油門值之間的全范圍ESC工作點。它相當(dāng)于具有無限步數(shù)的步進(jìn)測試，因此其中一個優(yōu)點是您不必手動輸入步進(jìn)測試值。
相比其他測試目標(biāo)，斜波測試對于動力系統(tǒng)的油門曲線分析和觀察信號混疊效應(yīng)非常有幫助。
一個需要考慮的因素是測試的數(shù)據(jù)點數(shù)量不是固定的。比對實驗仍然是很有可能實現(xiàn)的，但每次測試的數(shù)據(jù)不會像其他測試(如步進(jìn)測試)那樣以精確的試驗值排列。
此外，生成的數(shù)據(jù)文件可能會變得非常大，從而使數(shù)據(jù)分析更具挑戰(zhàn)性。
如何運(yùn)行掃描/斜坡測試？
在RCbenchmark軟件中，有一個預(yù)先編寫的掃描測試腳本，允許用戶輸入自己的自定義值。用戶輸入最小起始值、最大峰值以及兩者之間轉(zhuǎn)換的所需時間，以控制掃描速度。
需要記住的一件事是，掃描必須足夠慢地執(zhí)行，以盡量減少螺旋槳的加速扭矩，以免影響讀數(shù)。如果斜坡足夠慢，這種影響可以忽略不計。
耐久性測試
什么是耐久性測試？
耐久性測試類別包括任何持續(xù)時間較長的測試，以及測試動力系統(tǒng)或其內(nèi)部組件極限的最終目標(biāo)。
舉幾個例子：
熱耐久性測試 - 在溫暖的環(huán)境中測試電機(jī)數(shù)小時的性能。
軸承耐久性測試 - 確定軸承在磨損之前可以承受多少小時的使用。
結(jié)冰耐久性測試 - 在寒冷潮濕的環(huán)境中測試螺旋槳性能。
為什么要進(jìn)行耐久性測試？
耐久性測試在設(shè)計過程的許多階段都很有用。它可以幫助您選擇最佳組件并創(chuàng)建準(zhǔn)確的技術(shù)文檔。
耐久性測試也是安全性和可靠性的一個重要因素。它可以通過展示組件的使用壽命和飛機(jī)的安全運(yùn)行限制來幫助無人機(jī)認(rèn)證。
耐久性測試對于制定無人機(jī)維護(hù)計劃也很有用，因為它可以告訴您什么組件在何時需要調(diào)整。
如何進(jìn)行耐力測試？
任何油門模式都可用于耐久性測試，例如步進(jìn)、后掠、正弦、飛行回放等。測試的參數(shù)在很大程度上取決于您作為設(shè)計師的目標(biāo)。
舉幾個例子：
熱耐久性測試 - 在溫暖的環(huán)境中以恒定油門長時間運(yùn)行推進(jìn)系統(tǒng)。觀察電機(jī)性能隨時間的變化。
軸承耐久性測試 - 在 STP 條件下通過一系列重復(fù)的步驟運(yùn)行您的推進(jìn)系統(tǒng)。觀察軸承在出現(xiàn)磨損跡象之前運(yùn)行了多少小時。
結(jié)冰耐久性測試 - 在寒冷潮濕的環(huán)境中通過平穩(wěn)的重復(fù)信號運(yùn)行推進(jìn)系統(tǒng)。觀察結(jié)冰時螺旋槳性能的變化。
RCbenchmark 軟件可以幫助您使用預(yù)先編寫的腳本“自定義步驟序列”（圖 3）設(shè)計耐久性測試。用戶通過定義步驟數(shù)、每個步驟的限制值以及每個步驟的持續(xù)時間來創(chuàng)建測試序列。
該序列可以根據(jù)需要重復(fù)多次。數(shù)據(jù)樣本記錄在測試序列中每個步驟的中間。
閉環(huán)控制/恒推力測試
什么是閉環(huán)控制/恒推力測試？
在閉環(huán)控制測試（又稱恒定推力測試）期間，系統(tǒng)不斷讀取傳感器數(shù)據(jù)并調(diào)整油門以達(dá)到用戶定義的恒定推力/功率/RPM。
恒定回路控制的一個例子是PID控制器，它檢測目標(biāo)和測量值之間的誤差，然后應(yīng)用基于比例控制的校正，并進(jìn)行積分和微分調(diào)整。
為什么要進(jìn)行閉環(huán)控制測試？
配置閉環(huán)控制測試，以便即使系統(tǒng)的其他區(qū)域發(fā)生變化，所需的變量也保持不變。
例如，當(dāng)鋰聚合物電池耗盡并且電壓下降時，將調(diào)整油門以保持編程的推力/功率/RPM。
這在許多情況下都很有用，例如在設(shè)計飛行、測試電池或測試系統(tǒng)耐久性時。
如何運(yùn)行閉環(huán)控制測試？
使用 RCbenchmark 軟件運(yùn)行閉環(huán)控制測試需要一個自定義腳本，該腳本可以使用標(biāo)準(zhǔn)Javascript在軟件內(nèi)創(chuàng)建。下面是一個閉環(huán)測試的示例腳本，可幫助您入門。
必須修改腳本才能實現(xiàn)您的特定目標(biāo)。主要挑戰(zhàn)是確保系統(tǒng)不會補(bǔ)償太快或太多，這將導(dǎo)致系統(tǒng)圍繞目標(biāo)值振蕩，因此需要進(jìn)行一些調(diào)整。
90%建立時間測試
什么是90%建立時間測試？
90% 建立時間測試測量動力系統(tǒng)在步進(jìn)輸入后達(dá)到其最終 RPM 值的 90% 所需的時間。例如，這是一種測量無人機(jī)反應(yīng)時間的方法。
這是一項動態(tài)測試，應(yīng)以高采樣率執(zhí)行，以確保讀數(shù)準(zhǔn)確。
為什么要進(jìn)行90%建立時間測試？
90%的建立時間測試允許設(shè)計師和控制工程師量化整個動力系統(tǒng)的反應(yīng)時間 - ESC，電機(jī)和螺旋槳一起。這對于研究無人機(jī)的性能和彈性很有幫助，例如了解無人機(jī)從風(fēng)爆等干擾中完全恢復(fù)的速度。
如何運(yùn)行90%建立時間測試？
該測試易于運(yùn)行，因為它已在RCbenchmark軟件中預(yù)先編程。該腳本向推進(jìn)系統(tǒng)提供階躍輸入信號，使其從 0% 油門變?yōu)?100%。它同時記錄達(dá)到最終RPM的90%所需的反應(yīng)時間。
還會記錄加速度，以提供緊跟在步進(jìn)輸入之后的加速度斜率的估計值。此數(shù)據(jù)作為額外列包含在輸出.CSV文件中。
飛行回放測試
什么是飛行回放測試？
飛行回放測試是一種使用動力系統(tǒng)在實驗室中復(fù)現(xiàn)現(xiàn)歷史飛行過程的方法。您可以使用先前存儲在機(jī)載飛行計算機(jī)中飛行數(shù)據(jù)的油門數(shù)據(jù)來執(zhí)行此測試。
為什么要進(jìn)行飛行回放測試？
這種類型的測試很有用，因為它可以讓您了解動力系統(tǒng)在不同飛行階段的性能。您可以確定哪些階段消耗的功耗最大，哪些階段飛行效率最高。
這種測試方法是重現(xiàn)飛行操作的最準(zhǔn)確方法之一，尤其是與風(fēng)洞測試結(jié)合使用時。它對于估算電池壽命特別有用。
如何運(yùn)行飛行回放測試？
第一步是將油門數(shù)據(jù)從無人機(jī)中導(dǎo)出到您的計算機(jī)上。然后，您可以將該文件作為.CSV 文件以創(chuàng)建自定義測試腳本。如果使用 RCbenchmark 軟件，則需要編寫自定義腳本。
將動力系統(tǒng)連接到測試臺硬件后，軟件將通過系統(tǒng)回放油門數(shù)據(jù)點。您將能夠?qū)崟r查看拉力、扭矩、RPM、功率等的變化情況。
正弦波測試和線性調(diào)頻信號測試
什么是正弦波和線性調(diào)頻信號測試？
在正弦波測試期間，動力系統(tǒng)由平滑的正弦波信號控制，迫使電機(jī)不斷改變速度。該系統(tǒng)在連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的同時，會經(jīng)歷一系列節(jié)流點。
在線性調(diào)頻信號測試期間，平滑的正弦波信號被發(fā)送到動力系統(tǒng)，但現(xiàn)在頻率隨著時間的推移逐漸變化（圖 5）。信號頻率可能會增加或減少，但信號的幅度保持不變。
為什么要進(jìn)行正弦測試或線性調(diào)頻信號測試？
正弦測試允許您在整個工作點范圍內(nèi)查看系統(tǒng)的性能。連續(xù)記錄類似于掃描測試，該模式對于耐久性測試很有用。 線性調(diào)頻測試允許用戶測試ESC的完整速度變化范圍。這可以告訴您 ESC 對油門變化的響應(yīng)速度和程度。 它允許您在經(jīng)歷更高頻率的命令時觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性，并且通常是工程師執(zhí)行的測試之一，以驗證控制系統(tǒng)在所有頻率下是否穩(wěn)定。
如何運(yùn)行正弦測試或線性調(diào)頻信號測試？
對于正弦測試，我們有一個預(yù)先編寫的腳本，用于在ESC輸出中生成正弦函數(shù)：https://cdn-docs.rcbenchmark.com/scripts/sinewave.js。這可以與RCbenchmark軟件一起使用。
執(zhí)行線性調(diào)頻信號測試需要您編寫自定義腳本，上面的正弦腳本是一個很好的起點。
請注意，更新速率受 ESC 協(xié)議和 USB 通信速率的限制。因此，我們不建議使用 RCbenchmark 軟件將正弦波頻率設(shè)置為 10 Hz 以上。
總結(jié)
本文討論的無人機(jī)動力測試臺自動測試項目在優(yōu)化動力系統(tǒng)方面發(fā)揮了重要作用，通過這些數(shù)據(jù)可以幫助您更全面、更精準(zhǔn)和更有效地優(yōu)化革新無人機(jī)的動力系統(tǒng)。
