Komplexní příručka k řešení řízení motoru dronů

 

V systému kontroly jádra dronů hraje algoritmus motorového pohonu klíčovou roli, nejen v letové stabilitě a citlivosti, ale také v vytrvalosti, hladinách hluku a celkové struktuře nákladů. Dvě současné metody řízení hlavního proudu - FOC (ovládání orientované na pole) a tradiční kontrola vln (šestistupňová komutace) - mají různé zaměření v různých úrovních platforem dronů. Tento článek bude analyzovat rozdíly a adaptační logiku těchto dvou řešení ze čtyř dimenzí: princip, výkon, aplikační a vývojový trend.

 

Kontrola Foc: Snaha o maximální přesnost a efektivitu

FOC (orientovaná na pole) dosahuje přesné kontroly elektromagnetického točivého momentu přeměnou třífázového proudu na komponenty magnetického pole (I _ d a i {}} q) v obdélníkovém souřadném systému. Jeho hlavní výhody jsou:

· Sinusová vlna: proudový průběh je plynulejší a harmonické zkreslení je menší než 5%;

· Poměr široké rychlosti: podporuje regulaci rychlosti 1: 1000, pokrývající od nízkorychlostního vznášení k vysokorychlostnímu náhlému letu;

· Extrémně nízký kolísání točivého momentu: výstup točivého momentu je lineární a let je stabilnější;

· Rychlá odezva: Kontrolní smyčka až 50 μs umožňuje rychlé úpravy točivého momentu.

 

Square Wave Control: Jednoduché, rychlé, nákladově efektivní

Řízení čtvercové vlny používá pevnou 120 stupňovou komutační strategii a pro stanovení polohy rotoru se hlavně spoléhá na senzory Hall. Metoda řízení je přímější, ale má omezenou přesnost:

· Excitace trapezoidní vlny: aktuální rychlost harmonického zkreslení je stejně vysoká jako 20-30%;

· Omezený rozsah rychlosti: Společný poměr je 1:50;

· Zvlnění točivého momentu: znatelné vibrace nebo náhlé změny během vznášejících se nebo směrových posunů.

· Hardwarová jednoduchost: Není zapotřebí žádný kodér, což má za následek nízké výpočetní zatížení a snížené náklady.

 

Klíčové ukazatele jsou následující model spotřebitelského robota (pomocí FOC) a platformy vstupní úrovně (pomocí čtvercové vlny), klíčové ukazatele jsou následující:

Metrický	FOC Solution (High-End)	Řešení čtvercové vlny (základní)
Umístěte stabilitu	±0.1 m	±0.5 m
Životnost baterie	46 minut	22 minut
Úroveň hluku	55db	68 db
Doba odezvy na rušení větru	8 ms	35 ms
Zvýšení teploty motoru	+18stupeň	+32stupeň
Permotorské náklady	$25	$8

 

 

Různé typy UAV mají různé požadavky na energetické systémy, takže existují také zřejmé rozdíly ve výběru kontrolních strategií.

 

Spotřebitelské drony: Snaha o stabilitu a ticho

Značky jako DJI a AUTEL obvykle přijímají řešení FOC:

· Vznášející se s vysokou přesností: FOC může snížit obtížnost nastavení parametrů PID a zlepšit stabilitu polohování;

· Lepší životnost baterie: vysoce účinná pohon může zlepšit rychlost využití energie celého stroje 8-12%;

· Tichý let: Sine Wave Drive snižuje vysokofrekvenční šum o 6-10 db.

 

FPV Racing Drones: Prioritizace výbuchu

U produktů, které sledují rychlost a ovladatelnost, jako jsou létající drony, je kontrola čtvercové vlny nákladově efektivnější:

· Rychlá odezva: zpoždění odezvy při plném výkonu je pouze 0. 2ms;

· Lehký: Eliminace komponent, jako jsou kodéry, výrazně snižuje hmotnost systému.

· Nákladová výhoda: Celkový rozpočet systému pohonu může být komprimován na jednu třetinu FOC.

 

Průmyslové drony: Nejprve stabilita a přesnost

V úkolech, jako je zemědělský postřik, inspekce a mapování, je vyžadována extrémně vysoká přesnost kontroly a FOC je téměř standardní:

· Silná anti-rozrušení: motorový výstup je stabilnější a může výrazně potlačit vodivé vibrace;

· Delší životnost: Snižte mechanický šok a zvyšte životnost ložiska 3 až 5krát;

· Přesná kontrola proměnné: Přesnost regulace rychlosti lze ovládat v rámci ± 5 ot / min.

 

Hybridní kontrola se objevuje jako nový trend

Někteří výrobci zavedli mechanismy rozpoznávání stavu letu k dosažení přepínání různých metod kontroly v reálném čase:

· Umožnit FOC během plavby ke zlepšení energetické účinnosti;

· Přepněte na řízení čtvercové vlny a uvolní okamžitý točivý moment během rychlé změny zrychlení/směru;

· Komplexní testování ukazuje vylepšení vytrvalosti přibližně o 9% při zachování více než 85% manévrovatelnosti.

 

FOC bez senzorů rychle proniká na trh středního rozsahu

S pomocí nových algoritmů Observeru (jako je pozorovatel s posuvným režimem, odhad toku), byla přesnost FOC bez senzoru významně zlepšena:

· Chyba odhadu rychlosti je snížena na méně než 0. 5%;

· Počáteční točivý moment při nulové rychlosti může dosáhnout až 30% jmenovitého točivého momentu.

· Náklady na osu klesly na 12 USD, což je vhodné pro většinu projektů UAV středního rozsahu.

 

Inovace hardwaru nadále zvyšují upgrady

· Power zařízení GAN: Zvyšte frekvenci PWM na 200 kHz a snižujte proudový zvlnění o 60%;

· Integrovaný ovladač IC: například série Ti DRV, která integruje ovladač a MCU, aby zjednodušil design a snížil náklady o 40%.

 

Ať už upřednostňujete přesnost a efektivitu FOC nebo jednoduchost a nákladovou efektivitu kontroly čtvercové vlny, všichni nacházejí své místo v různých tržních dimenzích. Aktuální trendy ukazují:

· Trh s špičkovým UAV v zásadě dosáhl plného pokrytí FOC;

· Trh středního rozsahu rychle migruje na FOC bez senzorů;

· Řízení čtvercové vlny se postupně zaměřuje na specifické aplikace, jako jsou hračky a závody.

 

Konečný výběr by se měl stále vrátit k samotnému produktu: jakou přesnost potřebujete? Jaké náklady můžete přijmout? Máte jasné požadavky na výdrž baterie a životnost motoru?

 

Jak se vyvíjejí strategie řízení motorů a hardwarové funkce postupují, hybridní řešení kombinující FOC a kontrolu čtvercových vln jsou připraveny stát se průmyslovým standardem.