Journal of KIISE (정보과학회 논문지)

Korean Institute of Information Scientists and Engineers (한국정보과학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Development of a Motor Speed Controller of Drones Considering Voltage Drop of Battery

배터리 전압 강하를 고려한 드론 모터 속도 제어기 개발

  • Received : 2017.01.13
  • Accepted : 2017.04.03
  • Published : 2017.06.15
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Recently, we have frequently encountered flying drones with the growth of drone industry. However, it is difficult for a driver to stabilize the motor speed of drones, since the voltage of a Lithium polymer battery used in drones may suddenly drop or rise when its power is exhausted. The instability of the motor speed precludes the drone from maintaining a flight altitude, so that the fuselage of a drone performs ascending and descending repeatedly. For solving this problem, existing techniques either add a compensator considering voltage drop of battery or change the control model. Since these techniques use hardware-implemented modules or depend on motor type and experimental results, there is a problem that new suitable modules should be implemented in accordance with the used motor of the fuselage. For solving this problem, in this paper, we implement a motor speed controller in the firmware of drones by considering voltage drop of battery to enhance drone flight stability.

최근 드론 산업의 발전으로 일상생활 중에서도 드론을 비행하는 모습을 자주 관찰할 수 있다. 이러한 드론에 주로 사용되는 리튬폴리머 배터리는 사용 시간이 흐름에 따라 배터리의 전압 강하가 일어나 동일한 드론 조종 신호에도 드론 모터의 속도가 불안정해지는 문제점이 발생한다. 드론 모터 속도의 불안정은 고도 유지를 불가능하게 하여 드론 기체가 상승과 하강을 반복하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 기존의 방법은 배터리 방전에 따른 보상기를 추가하거나 시스템 제어 모델을 변경하였다. 하지만 이러한 기법은 하드웨어로 구현된 모듈을 사용하거나 모터 종류 및 실험 결과에 종속적으로 구현되기 때문에 드론 기체에 사용되는 모터에 맞게 새로운 모듈이 구현되어야하는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 드론의 펌웨어에 배터리 전압 강하를 고려하는 모터 속도 제어기를 구현하여 드론의 비행 안정성을 확보한다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 중소기업청

References

  1. S. H. Chae, S. P. Hong, "The Opportunity and Risk Analysis of Commercial Drones," Proc. of KICS Summer Conference 2015, Vol. 57, pp. 736-737, 2015. (in Korean)
  2. K. M. Lee, W. Y. Kim, "Improvement of Safety Management Standard According to Increase of Unmanned flight vehicle (drone)," Proc. of the Aviation Management Society of Korea Autumn Conference, pp. 75-75, 2015. (in Korean)
  3. S. Fred, "How reliable does a delivery drone have to be?," Proc. of 2016 Annual Reliability and Maintainability Symposium, pp. 1-5, 2016.
  4. E. R. Magsino, C. M. Dollosa, S. Gavinio, G. Hermoso, N. Laco, L. A. Roberto, "Stabilizing Quadrotor Altitude and Attitude through Speed and Torque Control of BLDC Motors," Proc. of 2014 13th International Conference on Control, Automation, Robotics & Vision, pp. 438-443, 2014.
  5. T. Y. Jeong, S. K. Jeong, "Comparison Analysis on Efficiency and Operating Characteristic between Induction and BLDC Motor according to the Load Variation Based on Battery Power Source for Electric Propulsion System of Small Ships," Journal of the Korea Society for Power System Engineering, Vol. 15, No. 2, pp. 78-83, Apr. 2011 (in Korean) https://doi.org/10.9726/KSPSE.2011.15.2.078
  6. G. H. Cha, I. Sim, S. G. Hone, J. H. Jung, J. Y. Kim, "A Study of Method and Algorithm for Stable Flight of Drone," Journal of Satellite, Information and Communications, Vol. 10, No. 3, pp. 32-37, Sep. 2015. (in Korean)
  7. B. Kim, M. Kwak, Y. Lee, J. Jung, K. Lee, "A Method for Improving HEV Motor System Efficiency Considering Battery Voltage Variation," Proc. of KSAE autumn Conference, pp. 2923-2928, 2010. (in Korean)
  8. M. K. Song, J. W. No, W. B. Jin, M. J. Jeong, "Control of Quadro Copter Having Four Rotor," Proc. of 2014 29th ICROS Annual Conference, pp. 504-505, 2014. (in Korean)
  9. All-in-one smart drone BLUEBEE, [Online]. Available:http://www.rgblab.kr/