Experimentele quadcopter behoudt controle met enkel één propeller

Een team van Chinese wetenschappers heeft een revolutionair controle-algoritme ontwikkeld dat een drone met vier propellers in staat stelt om gecontroleerd en bestuurbaar te blijven vliegen, zelfs na het uitvallen van één, twee of zelfs drie van de vier motoren. Deze studie is bijzonder relevant voor de ontwikkeling van drones die veilig boven mensen en bebouwing kunnen worden ingezet.

Controller met fouttolerantie

Het onderzoek introduceert een methode voor ‘fault-tolerant control‘ (FTC) bij quadcopters die geconfronteerd worden met het falen van één, twee aangrenzende, twee tegenover elkaar liggende of zelfs drie rotors. De overgebleven propellers nemen onmiddellijk de functie van de uitgevallen motoren over. Ondanks dat de drone hevig gaat tollen, blijft deze controleerbaar.

De correcte werking van het FTC-algoritme is eerst via een simulatie gedemonstreerd. Vervolgens is het algoritme getest tijdens buitenvluchten met een Pixhawk-uitgeruste quadcopter. Deze tests toonden aan dat een quadcopter in staat is om een rotorstoring te overwinnen met behulp van de voorgestelde controller en zijn missie kan voortzetten, zelfs als twee of drie rotors uitvallen, zonder dat specifieke informatie over de rotordefecten of een controlleromschakeling nodig is.

‘In je eentje pingpongen’

Professor Quan Quan van de Beihang University, die het onderzoek leidde, legt uit dat het algoritme een enkele werkende propeller in staat stelt om alle lift van de drone te genereren nadat deze begint te tollen. Dit is te vergelijken met een tafeltennisspeler die in staat is om te serveren, snel naar de andere kant te rennen en de bal behendig terug te slaan, waardoor hij in feite alleen speelt.

Deze technologische ontwikkeling heeft aanzienlijke implicaties voor de veiligheid en betrouwbaarheid van dronevluchten. Het vermogen om een gecontroleerde landing uit te voeren na motoruitval vermindert aanzienlijk het risico op ongelukken, wat essentieel is voor zowel commerciële als recreatieve dronegebruikers. Met deze technologie kunnen drones betrouwbaarder taken uitvoeren in uitdagende omgevingen waar motorfalen een reëel risico vormt.

Toepassing

Hoewel het onderzoek al in 2022 werd gepubliceerd, kreeg het pas recentelijk internationale aandacht. De onderzoekers hebben de algoritmes openbaar gemaakt op Github, zodat technisch onderlegde personen ermee kunnen experimenteren.

Vergelijkbare technologie wordt overigens al toegepast in commerciële drones. De ‘Three Propeller Emergency Landing’-functie van de DJI M300/350 RTK zorgt ervoor dat de drone gecontroleerd blijft vliegen zodra één motor uitvalt. Maar bij de uitval van twee of meer propellers stort de drone onherroepelijk naar beneden.

(via Helicomicro)