En omfattande guide till drone -motorstyrningslösningar

 

I en drones kärnkontrollsystem spelar motordrivningsalgoritmen en avgörande roll -och endast i flygstabilitet och lyhördhet, men också i uthållighet, ljudnivåer och övergripande kostnadsstruktur . De två aktuella mainstream -metoderna - FOC (Field Oriented Control) och traditionella kvadratvågkontroll (sexstegskommitté) - har olika fokuser i olika nivåer av drone -plattformar {{{{} 5} -kontroll och analyser av 5} -kontroller) och den här artikeln) Anpassningslogik för dessa två lösningar från fyra dimensioner: princip, prestanda, tillämpning och utvecklingstrend .

 

FOC -kontroll: strävan efter ultimat precision och effektivitet

FOC (fältorienterad kontroll) uppnår exakt elektromagnetisk vridmomentkontroll genom att omvandla trefasström till magnetfältkomponenter (i _ d och i _ q) i ett rektangulärt koordinatsystem . dess kärna fördelar är:

· Sine Wave Drive: Den nuvarande vågformen är jämnare och den harmoniska distorsionen är mindre än 5%;

· Bred hastighetsförhållandet: Stöd 1: 1000 hastighetsreglering, täckning från låghastighetshoppning till hög hastighet plötsligt flygning;

· Extremt lågt vridmomentfluktuation: Vridmomentutgången är mer linjär och flygningen är mer stabil;

· Snabbt svar: En kontrollslinga på upp till 50μs möjliggör snabba vridmomentjusteringar .

 

Square Wave Control: Enkel, snabb, kostnadseffektiv

Square Wave Control använder en fast 120 graders kommutationsstrategi och förlitar sig huvudsakligen på hallsensorer för att bestämma rotorpositionen . Kontrollmetoden är mer direkt men har begränsad noggrannhet:

· Trapezoidal vågexcitation: nuvarande harmonisk distorsionshastighet är så hög som 20-30%;

· Begränsat hastighetsområde: Det gemensamma förhållandet är 1:50;

· Vridmoment Rippel: Märkbar vibration eller plötsliga förändringar under svävare eller riktningsskift .

· Hårdvarans enkelhet: Ingen kodare behövs, vilket resulterar i låg beräkningsbelastning och reducerad kostnad .

 

Genom att ta en viss modell av konsumentkvalitetsdrone (med FOC) och plattform på startnivå (med Square Wave) som exempel är de viktigaste indikatorerna följande:

Metrisk	FOC-lösning (avancerad)	Square Wave Solution (Basic)
Hover stabilitet	±0.1 m	±0.5 m
Batterilivslängd	46 minuter	22 minuter
Bullernivå	55dB	68dB
Vindstörningssvarstid	8 ms	35 ms
Motortemperaturökning	+18grad	+32grad
Kostnad per motor	$25	$8

 

 

Olika typer av UAV: er har olika krav för kraftsystem, så det finns också uppenbara skillnader i valet av kontrollstrategier .

 

Konsumentdrönare: strävan efter stabilitet och tystnad

Varumärken som DJI och Autel antar vanligtvis FOC -lösningar:

· Högprecisionshovering: FOC kan minska svårigheten med PID-parameterjustering och förbättra positioneringsstabiliteten;

· Bättre batteritid: Högeffektiv enhet kan förbättra energianvändningshastigheten för hela maskinen med 8-12%;

· Silent Flight: Sine Wave Drive minskar högfrekvensbrus med 6-10 db .

 

FPV -racingdrönare: Prioritering av Burst Power

I produkter som strävar efter hastighet och styrbarhet, som flygande drönare, är fyrkantig vågkontroll mer kostnadseffektivt:

· Snabbt svar: Svarfördröjningen vid full effekt är endast 0,2 ms;

· Lätt: eliminera komponenter som kodare minskar signifikant systemvikt .

· Kostnadsfördel: Den totala drivsystemets budget kan komprimeras till en tredjedel av FOC .

 

Industriella drönare: Stabilitet och precision först

I uppgifter som jordbrukssprutning, inspektion och kartläggning krävs extremt hög kontrollnoggrannhet och FOC är nästan standard:

· Stark anti-störning: Motorutgången är mer stabil och kan undertrycka ledande vibrationer betydligt;

· Längre livslängd: Minska mekanisk chock och öka livets liv med 3 till 5 gånger;

· Exakt variabel kontroll: Hastighetsregleringsnoggrannheten kan styras inom ± 5 rpm .

 

Hybridkontroll dyker upp som en ny trend

Vissa tillverkare har introducerat mekanismer för flygstatus för att uppnå realtidsbyte av olika kontrollmetoder:

· Aktivera FOC under kryssning för att förbättra energieffektiviteten;

· Byt till fyrkantig vågkontroll för att frigöra omedelbart vridmoment under snabb acceleration/riktningsändring;

· Omfattande test visar uthållighetsförbättringar på cirka 9% samtidigt som man behåller mer än 85% av manövrerbarheten .

 

Sensorless FOC penetrerar snabbt mellanklassmarknaden

Med hjälp av nya observatörsalgoritmer (såsom glidlägeobservatör, flödesuppskattning) har kontrollnoggrannheten för sensorlöst FOC förbättrats avsevärt:

· Felet för hastighetsuppskattning reduceras till mindre än 0,5%;

· Att starta vridmomentet med nollhastighet kan nå upp till 30% av det nominella vridmomentet .

· Kostnaden per axel har sjunkit till $ 12, vilket är lämpligt för de flesta Mid-Range UAV-projekt .

 

Hårdvaruinnovation fortsätter att driva uppgraderingar

· GAN -kraftanordningar: Öka PWM -frekvensen till 200 kHz och minska den nuvarande krusningen med 60%;

· Integrerad drivrutin IC: som TI DRV -serie, som integrerar föraren och MCU för att förenkla designen och minska kostnaderna med 40%.

 

Oavsett om du prioriterar FOC: s precision och effektivitet eller enkelhet och kostnadseffektivitet för kvadratvågkontroll, hittar de alla sin plats i olika marknadsdimensioner . nuvarande trender visar:

· Den avancerade UAV-marknaden har i princip uppnått full täckning av FOC;

· Mellanklassmarknaden migrerar snabbt till sensorfritt FOC;

· Square Wave Control koncentrerar sig gradvis på specifika applikationer som leksaker och racing .

 

Det sista valet bör fortfarande återgå till själva produkten: Vilken typ av noggrannhet behöver du? Vilken kostnad kan du acceptera? Har du tydliga krav för batteritid och motorliv?

 

När motorstyrningsstrategier utvecklas och hårdvarufunktioner går vidare, är hybridlösningar som kombinerar FOC och kvadratvågkontroll beredda att bli industristandarden .