Что такое регулятор скорости дрона и как он работает?

Так же, как пропеллеры, двигатели и полетный контроллер дрона, еще один компонент играет огромную роль, позволяя пилотам дронов легко маневрировать этими летательными аппаратами: электронные регуляторы скорости. Эти маленькие печатные платы, более известные как ESC, были в центре внимания последних достижений в технологии дронов. Что такое ESC и почему он такой важный компонент дронов? Как именно это работает?

Фон о бесщеточных двигателях

В то время как в некоторых игрушечных дронах и мини-дронах по-прежнему используются недорогие щеточные двигатели, в подавляющем большинстве производимых в настоящее время дронов потребительского и профессионального уровня используются бесщеточные двигатели. Преимущества бесщеточных двигателей заключаются в том, что они более эффективны, менее шумны и долговечны из-за меньшего износа. Бесщеточные двигатели также могут быть меньше и легче, что является огромным преимуществом для новых беспилотных летательных аппаратов с ультрапортативной конструкцией.

В отличие от щеточного двигателя, который полагается на контакт ротора с источником питания для создания магнитного поля, приводящего в движение непрерывное вращение, бесщеточный двигатель полагается на серию катушек вдоль центральный статор. Этот статор окружает ротор с рядом постоянных магнитов. Количество катушек в бесщеточном двигателе может варьироваться в зависимости от конструкции, но принцип работы остается тем же.

Ток подается на каждую катушку по одной (или нескольким) за раз, таким образом создавая магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться. Чтобы поддерживать это вращение, подача тока переключается на следующую катушку в серии. Прелесть этого процесса в том, что на скорость вращения двигателя может напрямую влиять скорость, с которой источник тока переключается с одной катушки на другую. Таким образом, регулируя переключение сигналов, можно заставить двигатель и пропеллер дрона вращаться с точно такой же скоростью, которая необходима для выполнения команд, подаваемых пилотом.

Что делает ESC?

Из нашего анализа пропеллеров дрона мы определили, что переменная скорость вращения пропеллеров позволяет дрону создавать подъемную силу и двигаться в любом направлении. Очевидно, это определяется командами, которые дрон получает от пульта дистанционного управления, которым управляет пилот дрона. Но что передаёт эти команды двигателю дрона? Здесь на помощь приходит ESC.

Электронный регулятор скорости (ESC) — это электронная схема, которая действует как интерфейс между командами пилота и отдельными двигателями дрона. На рынке есть несколько типов ESC, но для бесщеточных двигателей требуется 3-фазный ESC. Их легко отличить по наличию трех паяльных площадок, которые предназначены для подключения к трем фазам двигателя бесщеточного двигателя.

Несмотря на их относительную простоту, щеточные двигатели также должны управляться ESC. Помимо наличия только двух паяльных площадок для двух выводов щеточного двигателя, двухфазный ESC работает за счет изменения напряжения, подаваемого на двигатель. Поскольку ротор щеточного двигателя полагается только на контакт, который он устанавливает с двумя выводами ESC, ему не нужна функция переключения тока. За исключением немного более простой реализации, ESC для щеточного двигателя не сильно отличается от ESC для бесщеточного двигателя.

Важные параметры ESC

Если вы хотите купить дроны в готовом виде, например, обычные, продаваемые DJI или Parrot, то вам, вероятно, не придется беспокоиться о характеристиках регулятора скорости. Эти дроны оснащены встроенными регуляторами скорости, которые были специально разработаны для работы с двигателями и батареями дрона. Однако, если вы собираете свой дрон своими руками, то вот пара характеристик, на которые следует обратить внимание при выборе регулятора скорости.

1. Сравнение 8-битных и 32-битных

Большинство дронов, продаваемых сегодня, оснащены 32-битными регуляторами скорости, так как они быстро стали нормой благодаря протоколам, которые позволяют быстрее реагировать. 32-битные регуляторы скорости также обладают преимуществом телеметрии, которая позволяет им передавать данные о частоте вращения, скорости измерения амплитуды и температуре. Эти данные затем могут быть отображены на HUD пилота, если программное обеспечение позволяет.

Однако 8-битные ESC продолжают изобиловать, особенно в недорогих приложениях. Некоторые пользователи утверждали, что разницу в производительности между 8-битными и 32-битными ESC едва ли можно заметить.

2. Индивидуальные и 4-в-1

ESC могут быть либо индивидуально подключены к каждому двигателю дрона, либо представлять собой интегрированный блок 4-в-1, который управляет всеми четырьмя двигателями квадрокоптера. В эпоху современных дронов индивидуальные ESC стали гораздо реже. Интегрированные ESC имеют то преимущество, что они содержат меньше компонентов, а это означает, что меньше точек отказа. Они также легче, а меньшее количество необходимых проводов означает, что внутренняя схема дрона выглядит немного чище.

Крупные бренды дронов, такие как DJI, теперь используют System-on-a- Чиповые решения, которые объединяют регуляторы скорости с полетным контроллером и блоком управления питанием в одной микросхеме. Это позволило DJI разрабатывать более легкие и компактные дроны. Это также упростило ремонт неисправных дронов, поскольку гораздо проще заменить весь модуль, чем устранять неполадки отдельных компонентов.

3. Синусоидальные волны против прямоугольных

Несколько лет назад DJI произвела большой фурор, выпустив обновленный Mavic Pro Platinum. Это произошло всего через несколько месяцев после выпуска оригинального Mavic Pro. Согласно DJI, Mavic Pro Platinum может похвастаться более длительным временем полета и меньшим шумом за счет внесения изменений в ESC и пропеллеры Mavic Pro..

Что именно улучшено в ESC Mavic Pro Platinum? Вместо алгоритма переключения, который полагался на пошаговую функцию, новый ESC переключался между сигналами в последовательности, которая больше напоминала синусоидальную волну. Результатом этого изменения стал двигатель, который стал немного более эффективным, поскольку переключение с одной катушки на другую происходит плавно и больше не смещается. Уменьшение «стоп-гоу» также привело к тому, что двигатели стали немного тише.

4. Сила тока

Текущий рейтинг регулятора скорости указывает, какой ток он может выдержать. Однако для этого рейтинга есть небольшое пространство для маневра, так как большинство регуляторов скорости могут обеспечивать «импульсное» питание. Например, ESC номиналом 25 A может выдерживать ток до 35 A, но только в течение примерно десяти секунд.

Выбирая ESC, вы должны принять во внимание требования к потребляемому току: ваш мотор. Это также связано с тем, насколько велики пропеллеры вашего дрона, поскольку для более крупных пропеллеров, естественно, потребуется более высокий ток. Двигатели для дронов, разработанные для более высоких оборотов, например те, которые обычно используются гоночными дронами, могут быть очень требовательными с точки зрения потребляемого тока.

5. Напряжение

Номинальное напряжение вашего ESC зависит исключительно от типа используемой вами батареи. Большинство ESC рассчитаны на 3-элементные или 4-элементные батареи, что подходит для большинства доступных сегодня потребительских дронов. Если вам нравятся гонки на дронах, то вы, вероятно, поплыли на территории 5-элементных или 6-элементных батарей. Более высокое выходное напряжение этих батарей потребует дополнительных специальных регуляторов скорости. Высоковольтные батареи или батареи с большим количеством ячеек могут генерировать больше энергии даже при низком потреблении тока, что позволяет гоночным дронам летать намного быстрее.

Динамическое торможение

Это не стандартная функция для большинства регуляторов скорости, но это то, к чему стремились многие производители дронов. Динамическое торможение работает за счет использования движения, создаваемого оставшимся импульсом, для создания обратного напряжения. В дронах эта функция активируется, когда дрон замедляется до зависания. При переключении в режим генератора остаточное вращение ротора генерирует ток, который заряжает аккумулятор дрона на небольшую величину.

Это одна из функций, которые позволили дронам иметь более продолжительное время полета без необходимо обновить батареи. По мере того, как дроны становятся все более и более ценными в различных коммерческих приложениях, производители дронов начали уделять повышенное внимание тому, как долго их дроны могут летать на одной зарядке аккумулятора. Обновление батарей — не всегда вариант, поскольку обычно это приводит к увеличению веса или размера. Предлагая различные инновационные решения, такие как динамическое торможение и синусоидальные двигатели, производители дронов могут решить постоянную проблему с дронами без ущерба для других факторов производительности.

Заключительные мысли

ESC — лишь одна из многих частей дрона, которые работают вместе, чтобы сделать его гибким и простым в использовании летающим устройством, которое мы узнали.. По сути, он действует как реле между контроллером полета дрона и двигателями, эффективно преобразуя команды пилота в фактическое движение.

Обычным пилотам дронов, вероятно, не нужно будет знать, какой ESC использовать, поскольку он должен уже быть встроенным компонентом большинства беспилотных летательных аппаратов потребительского класса. Для тех, кто любит возиться с самодельными дронами, фундаментальные знания о том, как работают регуляторы скорости, и их лучших функциях, будут способствовать точной настройке работы их дронов. Выбор правильного ESC может быть очень важным для приложений дронов, которые ориентированы на быстрое реагирование и для сохранения компактности и легкости вашего дрона.

Оцените статью
futurei.ru
Добавить комментарий