Вичерпний посібник для рішень управління двигуном безпілотників

 

In a drone's core control system, the motor drive algorithm plays a crucial role-not only in flight stability and responsiveness, but also in endurance, noise levels, and overall cost structure. The two current mainstream control methods - FOC (field oriented control) and traditional square wave control (six-step commutation) - have different focuses in different levels of drone platforms. This article will analyze the differences and Логіка адаптації цих двох рішень з чотирьох вимірів: принцип, продуктивність, тенденція застосування та розробки .

 

Контроль у фокусі: прагнення до кінцевої точності та ефективності

FOC (орієнтоване поле контроль) досягає точного електромагнітного управління крутним моментом, перетворюючи трифазний струм у компоненти магнітного поля (i _ d і i _ Q) у прямокутній системі координат ..

· Синова хвильова привод: форма поточної хвилі більш плавна, а гармонійне спотворення менше 5%;

· Широке співвідношення швидкості: підтримує регулювання швидкості 1: 1000, що охоплює низькошвидкісне наведення до швидкісного раптового польоту;

· Надзвичайно низький крутний момент: вихід крутного моменту є більш лінійним, а політ є більш стабільним;

· Швидка реакція: цикл управління до 50 мкс дозволяє швидкі коригування крутного моменту .

 

Контроль квадратних хвиль: простий, швидкий, економічно вигідний

Квадратна хвиля використовує фіксовану стратегію комутації на 120 градусів і в основному покладається на датчики Холла, щоб визначити положення ротора . Метод управління є більш прямим, але має обмежену точність:

· Травозаїдальне збудження хвилі: Швидкість спотворення гармоніки струму настільки ж висока, як 20-30%;

· Обмежений діапазон швидкості: Загальне співвідношення становить 1:50;

· Пульс крутного моменту: помітна вібрація або раптові зміни під час наведення або спрямованих змін .

· Простота обладнання: Немає кодера, що призводить до низького обчислювального навантаження та зниження вартості .

 

Взявши певну модель безпілотника споживачів (за допомогою FOC) та платформи початкового рівня (використовуючи квадратну хвилю) як приклади, ключові показники такі:

Метричний	Фоок рішення (високий клас)	Розчин квадратної хвилі (базовий)
Наведення стабільності	±0.1 m	±0.5 m
Час роботи акумулятора	46 хвилин	22 хвилини
Рівень шуму	55 дБ	68 дб
Час реакції на порушення вітру	8 мс	35 мс
Підвищення температури двигуна	+18ступінь	+32ступінь
Вартість на мотор	$25	$8

 

 

Різні типи БПЛА мають різні вимоги до систем електроенергії, тому є також очевидні відмінності у виборі стратегій управління .

 

Споживчі безпілотники: прагнення до стабільності та тиші

Такі бренди, як DJI та Autel, як правило, приймають рішення:

· Високоточне наведення: FOC може зменшити складність коригування параметрів PID та покращити стабільність позиціонування;

· Кращий час акумулятора: високоефективна привід може покращити швидкість використання енергії всієї машини на 8-12%;

· Мовчазний політ: синусовий привід зменшує високий частотний шум на 6-10 db .

 

FPV Racing Drones: пріоритетність вибуху

У продуктах, які переслідують швидкість та керованість, такі як літаючі безпілотники, управління квадратними хвилями є більш рентабельним:

· Швидка реакція: затримка відповіді при повній потужності становить лише 0,2 мс;

· Легка: Усунення компонентів, таких як кодери, значно знижує системну вагу .

· Перевага витрат: Загальний бюджет системи приводу може бути стиснутий до третини FOC .

 

Промислові безпілотники: стабільність та точність спочатку

У таких завданнях, як сільськогосподарське обприскування, огляд та картографування, необхідна надзвичайно висока точність контролю, а FOC майже стандартна:

· Сильна антидисттурність: вихідний вихід є більш стабільним і може значно придушити електропровідну вібрацію;

· Більш довге життя: зменшити механічний шок і збільшити термін експлуатації на 3 - 5 разів;

· Точне управління змінною: Точність регулювання швидкості можна керувати в межах ± 5 об /.

 

Гібридний контроль виникає як нова тенденція

Деякі виробники запровадили механізми розпізнавання статусу польоту для досягнення перемикання різних методів управління:

· Увімкнути FOC під час круїзу для підвищення енергоефективності;

· Перейдіть на управління квадратною хвилею, щоб звільнити миттєвий крутний момент під час швидкої зміни прискорення/напрямку;

· Комплексне тестування показує поліпшення витривалості приблизно на 9%, зберігаючи більше 85% маневренності .}

 

Без сенсорного фокусу швидко проникає на ринок середнього класу

За допомогою нових алгоритмів спостерігача (наприклад, спостерігач режиму ковзання, оцінка потоку), точність контрольної точності без сенсорного фокусу значно вдосконалювалася:

· Помилка оцінки швидкості зменшується до менше 0,5%;

· Початковий крутний момент з нульовою швидкістю може досягати до 30% від номінального крутного моменту .

· Вартість за осі знизилася до 12 доларів, що підходить для більшості проектів БПЛА середнього діапазону .

 

Апаратні інновації продовжують керувати оновленнями

· Пристрої живлення GAN: збільшуйте частоту ШІМ до 200 кГц і зменшують пульсацію струму на 60%;

· Інтегрований драйвер IC: наприклад, серія TI DRV, який інтегрує драйвер та MCU для спрощення дизайну та зменшення витрат на 40%.

 

Незалежно від того, чи ви надаєте пріоритет точності та ефективності FOC, чи простоті та економічній ефективності управління квадратними хвилями, всі вони знаходять своє місце в різних розмірах ринку . Поточні тенденції показують:

· Високий клас БПЛА в основному досяг повноцінного покриття FOC;

· Ринок середнього діапазону швидко переміщується до без сенсорного фокусу;

· Квадратне управління хвилями поступово концентрується на конкретних додатках, таких як іграшки та гонки .

 

Заключний вибір все -таки повинен повернутися до самого продукту: Яка точність вам потрібна? Яку вартість ви можете прийняти? Чи є у вас чіткі вимоги до терміну експлуатації акумулятора та терміну експлуатації?

 

По мірі розвитку стратегій управління двигуном та апаратних можливостей, гібридні рішення, що поєднують FOC та управління квадратними хвилями, готові стати стандартом галузі .