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當期雜誌

作者:陳正大、葉信典、呂錦河、梁家銘大型商用多旋翼無人機系統設計開發技術

無人飛行載具（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）在過去10年間快速的蓬勃發展，除了原先的玩家群具有相當的專業飛行經驗以及組裝知識外，現在自動飛行的飛行控制器以及結構簡單的多旋翼型無人機，讓許多嚮往著遨遊天空的玩家以及藝術工作者可以輕鬆上手，而專業的探勘以及測繪也可以透過轉換專業的模組進行作業，讓原本二維的作業變成三維，具有更大廣度的應用，另外也因為農業人口趨向老齡化結構，植保無人機的輔助也讓其在農業應用上佔有一席之地。未來無人機的發展，更是著重在大型無人機大酬載的新發展應用，本文將針對大型商業多旋翼無人機設計及其應用進行介紹。

作者:洪翊軒、陳瑄易、吳建勳、李鎧麟、張軒墉、楊博丞、張日陽、葉信典任務型無人機之混合電能控制器設計與電力整合

目前市場上販售之無人機機身輕盈且飛行時間短，多用於拍照及攝影，其電力以使用鋰電池為主。此次與工研院機械所合作發展之無人機，可供用於探勘、噴灑農藥等需長時間執行任務之飛行，因此選用鋰電池及引擎發電機進行複合電能輸出。而為了充分發揮複合式電能之最佳效益，本研究發展規則庫控制與模糊控制兩種方法，能依照目前無人機飛行狀態決定複合電能輸出比。控制器以數位訊號處理器實現而成，搭配電壓與電流感測電路能進行異常運轉監控。搭配次系統與系統整合測試，完成無人機之混合電能控制與電力系統發展。

作者:蔡明發、彭文陽、陳譽元、林正軒、葉信典三相交流感應馬達之建模與線上轉矩速度特性模擬分析

交流感應馬達因比永磁馬達有更強健、低成本的特性，因此廣泛地應用在馬達驅動系統中，尤其在較大功率電動車與牽引車的應用上，感應馬達的重要性將逐年增加。在這些應用中，需要分析馬達的轉矩速度特性，使得在適當的速度範圍內產生足夠的轉矩以驅動馬達帶動車體，因此精確的感應馬達模型與建構，在研究感應馬達轉矩速度特性暨其模擬與分析，是非常有用與重要的。

我們建立了一個三相交流感應馬達之相變數模型，以電磁、機電與機械三部份來推導感應馬達的數學方程式，並利用PSIM模擬軟體工具建立該感應馬達的相變數模型方塊，給予輸入信號的頻率與負載轉矩分析，驗證了該模型轉速穩態響應的正確性。所建模型並和PSIM內建與MATLAB/Simulink內建之感應馬達模型相比較，所得到三者的轉速與電流響應一樣，驗證了所建模型其暫態響應的正確性。所建模型的特色有二：一是三相定子輸入端是採用電路元件建立的，可以和馬達變頻驅動電路連接，以便做馬達驅動控制的整合模擬；二是負載轉矩輸入端是以數學函數元件建立的，可以數學函數的形式加入負載轉矩。

我們並提出一個以線上計算方式得出一個待測感應馬達的轉矩速度曲線。利用所建模型，以傳統的直流測試、無載測試與堵轉測試方法進行該待測馬達的參數量測，用所得參數及感應馬達在穩態的轉矩方程式，以線上計算方式即可得出該待測感應馬達的轉矩速度曲線。並用所建模型，仿照動力計的方法，在馬達模型的轉矩輸入端加一斜坡負載轉矩，得出施加負載後的轉矩速度曲線圖。比較仿照動力計的方法和線上計算方法，兩者所得到的轉矩速度曲線相差不大，說明所提線上計算量測感應馬達轉矩速度曲線方法的可行性。

作者:陳以恩、楊士進、葉信典、林正軒無人機永磁同步電機之無感測器磁場導向控制高速改善及測試

本文目標為使用無感測器之磁場導向控制(Field-oriented Control, FOC)演算法驅動無人機用之3 kw表面貼磁式永磁同步馬達，並應用磁場導向控制取代目前較普遍應用於無人機馬達之六步方波驅動演算法，以提升能源效率、降低噪音及提升動態響應。然而，無人機馬達的高極對數特性使得馬達會在高電器轉速下運轉，而在高電器轉速的狀況下，電壓耦合現象及運算延遲的問題會較顯著的對馬達運轉造成負面影響。因此，本文將針對此問題進行改善，並進行實驗測試，比較其改善效果。本文將分為以下四個部分介紹：(1)磁場導向控制原理與方波驅動比較。(2)無感測器位置估測原理介紹。(3)高速問題及其改善方法。(4)實驗及結果分析。最後，將針對整體提升效果進行評估及總結。

作者:陳以恩、黃靖倫、葉信典、楊士進無人機直流無刷馬達無感測器驅動開發及測試

本文為開發大功率無人機馬達(42極4kw外轉子BLDC)應用之驅動系統，搭配以六步方波PWM無感測器驅動之演算法，使得馬達順利在空載及滿載的情形下，由Duty 0加速至100 %而不出現失步的情形，並試圖將其運用在工研院機械所開發之商用無人機上。本文主要分為四個階段：(1)建置實驗平台(2)無感測器演算法撰寫(3)空載Duty 0-100 %加速測試 (4)滿載(40吋扇葉) Duty 0-100 %加速測試。本測試改善文獻[1]所提出演算法之系統動態響應，並在實際的無人機上進行測試。針對Duty0~100 %不失步之目標，實際測試所開發之無感測器演算法，並針對無人機馬達運轉結果優化其演算法。

作者:葉信典、陳正大、梁家銘、陳冠樺、崔虎軒高負載無人機電源管理監測技術

本文針對大型六軸多旋翼無人機系統在電推槳模組配置進行說明，並介紹整機功耗監測系統架構與實測數據，透過此狀態監測模組可在調機測試時協助分析起飛、懸停、側傾抗風、巡航等情況下，整機最大、最小與平均功耗，藉由整機重量與平均功耗計算出旋翼無人機力效比，透過力效比可計算出準確的續航時間，而旋翼無人機搭配不同種類電池，其放電特性也會影響到飛控參數調整，預期本監測技術可輔助提升調機後的系統穩定性。
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