AUTONOMOUS VTOL DRONE: TECHNOLOGIES AND ANALYSES FOR CONDITION MONITORING OF EXTERNAL ROTOR BLDC MOTORS
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3082411Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Formål: Denne avhandlingen undersøker tilstandsovervåking av ekstern-rotor børsteløse DC-motorer som brukes i autonome VTOL-droner. Målet var å bygge og teste en prototyp for tilstandsovervåking på Notus-plattformen som for øyeblikket brukes av Aviant. Hovedfokuset var å velge og teste sensorer som er egnet for overvåking av helseindikatorer for komponenter av avgjørende betydning, med særlig vekt på de ekstern-rotor børsteløse DC-motorene som brukes til å kontrollere dronen under multirotor-flyging.
Metoder og komponenter: Flere forskjellige typer sensorer ble testet, inkludert akselerometre, berøringsløse temperatursensorer og Hall-effekt-sensorer. En kombinasjon av rotasjonsfrekvens, temperatur og strømmålinger ble testet for overvåking av viktige helseindikatorer som lagerslitasje og propellfeil.
Resultater: Denne avhandlingen viser til at eksternrotor børsteløse DC-motorer for droner gir flere utfordringer med å overvåke helsen gjennom spektralanalyse av motorstrøm. Ved å kjenne hastigheten, temperaturen og signaturstrømmen til motoren, viser både tids- og frekvensdomenefunksjoner endringer for ulik slitasje på motor og propell. Temperaturen har stor innvirkning på tidsdomenefunksjonene, men andre parametere som en vekt som er ute av sentrum på propellen kan spores gjennom disse funksjonene hvis temperaturen på motoren holdes stabil.
Konklusjon: Denne avhandlingen gir informasjon for droneprodusenter som ønsker å forbedre påliteligheten og ytelsen samtidig som vedlikeholdskostnadene og nedetiden reduseres ved hjelp av effektive tilstandsovervåkingsteknikker. Ved å implementere disse teknikkene kan produsentene oppdage tidlige advarselssignaler om forestående feil og iverksette tiltak før katastrofal svikt oppstår. Samlet sett konkluderer denne avhandlingen med at effektiv tilstandsovervåking er fremtiden for dronevedlikehold, men mer forskning er nødvendig før metoden er klar for bruk i industrien. Purpose: This thesis investigates the condition monitoring of external rotor brushless DC motors used in autonomous VTOL drones. The objective was to build and test a prototype for condition monitoring on the Notus platform currently in use by Aviant. The main focus was on selecting and testing sensors suitable for monitoring health indicators of mission-critical components, with a particular emphasis on the external rotor brushless DC motors used to control the drone while in Multi Rotor flight.
Methods and components: Several different types of sensors were tested, including accelerometers, contactless temperature sensors, and Hall effect sensors. A combination of rotational frequency, temperature, and current measurements was tested for monitoring key health indicators such as bearing wear, and propeller faults.
Results: This thesis found that external rotor brushless DC motors for drones offer several challenges in monitoring health through motor current spectral analysis. Knowing the speed, temperature, and motor current signature, both time and frequency domain features show changes for different motor and propeller wear. The temperature has a large influence on the time domain features, but other parameters like an off-center weight on the propeller can be tracked through these features if the temperature of the motor is held steady.
Conclusion: This thesis provides information for drone manufacturers looking to improve reliability and performance while reducing maintenance costs and downtime through effective condition monitoring techniques. By implementing these techniques, manufacturers can detect early warning signs of impending failure and take corrective action before catastrophic failure occurs. Overall, this thesis concludes that effective condition monitoring is the future of drone maintenance, but more research is needed before the method is ready for industry use.