Después de definir la estructura y el sistema de propulsión, el siguiente subsistema crítico en cualquier UAV es la energía.
El sistema de energía determina cómo se almacena, distribuye y acondiciona la energía en toda la plataforma.
En la ingeniería UAV, muchos problemas de estabilidad, confiabilidad y de "software" en realidad son problemas del sistema de energía disfrazados.
El rol del sistema de energía en un UAV
Como se discutió en Entendiendo la arquitectura UAV: subsistemas e integración, el sistema de energía interactúa directamente con:
- la propulsión, incluyendo los motores y los ESCs
- la electrónica de control de vuelo
- los sistemas de comunicación
- las cargas útiles y los sensores
Si la entrega de energía es inestable, todos los demás subsistemas se ven afectados.
Baterías: almacenamiento de energía y limitaciones
La mayoría de los UAV dependen de baterías basadas en litio debido a su alta densidad de energía.
Los parámetros clave de batería incluyen:
- el voltaje, o cantidad de celdas
- la capacidad, medida en mAh o Ah
- la clasificación de descarga, también conocida como clasificación C
- la resistencia interna
La selección de batería siempre es un compromiso entre:
- el peso
- la resistencia (endurance)
- la capacidad de corriente pico
- los márgenes de seguridad
Sobredimensionar aumenta el peso; subdimensionar causa caída de voltaje e inestabilidad.
Distribución y regulación de energía
El sistema de distribución de energía asegura que la energía llegue a cada subsistema de forma segura y confiable.
Esto incluye:
- las placas de distribución de energía, también conocidas como PDBs
- el cableado y los conectores
- los reguladores de voltaje, incluyendo los BECs y los convertidores DC-DC
Diferentes subsistemas a menudo requieren diferentes niveles de voltaje, y una mala regulación puede llevar a:
- caídas de voltaje (brownouts)
- ruido de sensor
- interrupciones de comunicación
Una energía limpia es un prerrequisito para un control de vuelo estable.
Ruido eléctrico e interferencia
El ruido eléctrico es uno de los desafíos más subestimados en los sistemas UAV.
Las fuentes comunes de ruido incluyen:
- la conmutación del ESC
- las líneas de motor de alta corriente
- una mala conexión a tierra
- un filtrado inadecuado
El ruido puede propagarse hacia:
- los sensores IMU
- los receptores GNSS
- los enlaces de comunicación por radio
Gestionar el ruido requiere un ruteo, filtrado y separación cuidadosos, no un ajuste de software.
El diseño del sistema de energía como un problema a nivel de sistema
Los sistemas de energía no se pueden diseñar de forma aislada.
Cada decisión de energía afecta:
- la eficiencia del motor
- el comportamiento térmico
- la estabilidad de la controladora de vuelo
- la confiabilidad general del sistema
Por eso los ingenieros experimentados tratan la arquitectura de energía como una disciplina de diseño central, no como algo secundario.
Errores comunes del sistema de energía
Los errores típicos de principiantes incluyen:
- subestimar la demanda de corriente pico
- mezclar cargas ruidosas y sensibles sin aislamiento
- una mala selección de conectores y cables
- confiar en los diseños de energía predeterminados
Estos errores a menudo se manifiestan como fallas intermitentes o difíciles de diagnosticar.
¿Qué sigue?
Con el almacenamiento y la distribución de energía definidos, el siguiente subsistema a analizar es el control.
En el siguiente artículo, exploraremos:
Sistemas de control de vuelo UAV: sensores, controladores y lógica de firmware
Esto conectará la estabilidad eléctrica con el rendimiento de control y el comportamiento del sistema.
