Improving Quadrotor Reliability and Performance Using Switched Reluctance Machines

par Marcin Biczyski

Projet de thèse en Génie électrique

Sous la direction de Guillaume Krebs et de Rabia Sehab.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay en cotutelle avec l'Université de Cranfield , dans le cadre de École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Génie électrique et électronique de Paris (laboratoire) , S2ET - Systèmes et Energie Embarqués pour les Transports (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 12-09-2018 .


  • Résumé

    Les multirotors sans pilote sont de plus en plus utilisés pour des applications militaires et civiles. Une question importante qui limite potentiellement leur applicabilité est la fiabilité, car les aéronefs sont des systèmes essentiels à la sécurité. Les multirotors sont instables en boucle ouverte, de sorte que le maintien du contrôle du véhicule repose sur le système d'actionneur, qui est le moteur d'un véhicule multirotor. C'est pourquoi la fiabilité du système de propulsion du moteur est extrêmement importante. Les deux principaux avantages des véhicules multirotors à pas fixe sont leur simplicité mécanique et leur faible coût. La plupart des embarcations utilisent des moteurs sans balais pour l'entraînement du moteur, habituellement des moteurs à aimants permanents. Cependant, les machines à réluctance commutée (SRM) offrent une plus grande fiabilité que les alternatives avec l'avantage supplémentaire d'un coût moindre et d'une efficacité élevée. Les inconvénients sont qu'ils ont une densité de puissance plus faible (important pour les applications sensibles au poids) et ont également une ondulation de couple plus élevée. L'objectif du projet est donc d'améliorer la fiabilité et les performances des systèmes de véhicules aériens multirotors en utilisant des MRS pour le système de propulsion et de déterminer les implications pour la conception et le fonctionnement des véhicules multirotors qui utilisent des MRS. Les objectifs sont les suivants 1) Analyser les exigences relatives aux MRS pour l'utilisation sur divers véhicules à plusieurs rotors. 2) Améliorer et optimiser la conception et le contrôle des MRS destinés aux véhicules à plusieurs rotors. 3) Concevoir et analyser un véhicule multirotor actionné par des MEV.

  • Titre traduit

    Improving Quadrotor Reliability and Performance Using Switched Reluctance Machines


  • Résumé

    Unmanned multirotors are increasingly being used for military and civil applications. An important issue that potentially limits their applicability is reliability because aircraft are safety critical systems. Multirotors are open loop unstable, hence maintaining control of the vehicle relies on the actuator system; this being the motors for a multi-rotor vehicle. Hence the reliability of the motor propulsion system is extremely important. The two main advantages of fixed pitch multirotor vehicles are their mechanical simplicity and low cost. Most craft use brushless motors for the motor drive, usually permanent magnet motors. However, Switched Reluctance Machines (SRM) offer higher reliability than the alternatives with the added advantage of lower cost and high efficiency. The disadvantages are that they have a lower power density (important for weight sensitive applications) and also have higher torque ripple. The project aim is thus to improve the reliability and performance of multi-rotor air vehicle systems by using SRMs for the propulsion system and determine the implication for the design and operation of multirotor vehicles that use SRMs. The objectives are 1) Analyze requirements for SRMs for use application to various multirotor vehicles 2) Improve and optimize design and control of SRMs for application to multirotor vehicles 3) Design and analyze a multirotor vehicle actuated by SRMs.