Panduan Komprehensif untuk Solusi Kontrol Motor Drone

 

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 adaptation Logika dari dua solusi ini dari empat dimensi: prinsip, kinerja, aplikasi dan tren pengembangan .

 

Kontrol FOC: Mengejar Presisi dan Efisiensi Utama

FOC (kontrol berorientasi bidang) mencapai kontrol torsi elektromagnetik yang tepat dengan mengubah arus tiga fase menjadi komponen medan magnet (i _ D dan i _ Q) dalam sistem koordinat persegi panjang . Keuntungan intinya adalah:

· Drive Gelombang Sine: Bentuk gelombang saat ini lebih halus dan distorsi harmonik kurang dari 5%;

· Rasio Kecepatan Lebar: Mendukung Regulasi Kecepatan 1: 1000, Menutupi dari Layak Kecepatan Rendah ke Penerbangan Suding Berkecepatan Tinggi;

· Fluktuasi torsi yang sangat rendah: Output torsi lebih linier dan penerbangan lebih stabil;

· Respons Cepat: Loop kontrol hingga 50μs memungkinkan penyesuaian torsi cepat .

 

Kontrol gelombang persegi: sederhana, cepat, hemat biaya

Kontrol gelombang persegi menggunakan strategi pergantian 120 derajat tetap dan terutama bergantung pada sensor aula untuk menentukan posisi rotor . Metode kontrol lebih langsung tetapi memiliki akurasi terbatas:

· Eksitasi gelombang trapesium: laju distorsi harmonik saat ini setinggi 20-30%;

· Rentang kecepatan terbatas: Rasio umum adalah 1:50;

· Torsi riak: getaran nyata atau perubahan mendadak selama hover atau pergeseran arah .

· Kesederhanaan perangkat keras: Tidak diperlukan enkoder, menghasilkan beban komputasi yang rendah dan biaya yang dikurangi .

 

Mengambil model drone tingkat konsumen tertentu (menggunakan FOC) dan platform entry-level (menggunakan gelombang persegi) sebagai contoh, indikator utama adalah sebagai berikut:

Metrik	Solusi fokus (high-end)	Solusi gelombang persegi (dasar)
Stabilitas melayang	±0.1 m	±0.5 m
Masa pakai baterai	46 menit	22 menit
Tingkat kebisingan	55db	68db
Waktu respons gangguan angin	8 ms	35 ms
Kenaikan suhu motor	+18derajat	+32derajat
Biaya per-motorik	$25	$8

 

 

Berbagai jenis UAV memiliki persyaratan yang berbeda untuk sistem daya, sehingga ada juga perbedaan yang jelas dalam pilihan strategi kontrol .

 

Drone Konsumen: Mengejar Stabilitas dan Keheningan

Merek -merek seperti DJI dan Autel umumnya mengadopsi solusi FOC:

· Hovering presisi tinggi: FOC dapat mengurangi kesulitan penyesuaian parameter PID dan meningkatkan stabilitas penentuan posisi;

· Masa pakai baterai yang lebih baik: drive efisiensi tinggi dapat meningkatkan laju pemanfaatan energi seluruh mesin dengan 8-12%;

· Penerbangan Silent: Drive Gelombang Sine Mengurangi Noise Frekuensi Tinggi oleh 6-10 db .

 

Drone balap FPV: memprioritaskan kekuatan burst

Dalam produk yang mengejar kecepatan dan kemampuan kontrol, seperti drone terbang, kontrol gelombang persegi lebih hemat biaya:

· Tanggapan cepat: Penundaan respons pada output daya penuh hanya 0,2 ms;

· Ringan: Menghilangkan komponen seperti encoder secara signifikan mengurangi berat sistem .

· Keuntungan Biaya: Anggaran sistem drive keseluruhan dapat dikompres ke sepertiga foc .

 

Drone Industri: Stabilitas dan Presisi Pertama

Dalam tugas -tugas seperti penyemprotan pertanian, inspeksi dan pemetaan, akurasi kontrol yang sangat tinggi diperlukan, dan FOC hampir standar:

· Anti-gangguan yang kuat: Output motor lebih stabil dan dapat secara signifikan menekan getaran konduktif;

· Kehidupan yang lebih lama: Mengurangi guncangan mekanis dan meningkatkan kehidupan bantalan 3 hingga 5 kali;

· Kontrol variabel yang tepat: Akurasi regulasi kecepatan dapat dikontrol dalam ± 5rpm .

 

Kontrol hibrida muncul sebagai tren baru

Beberapa produsen telah memperkenalkan mekanisme pengenalan status penerbangan untuk mencapai pergantian metode kontrol yang berbeda:

· Mengaktifkan FOC selama pelayaran untuk meningkatkan efisiensi energi;

· Beralih ke kontrol gelombang persegi untuk melepaskan torsi instan selama perubahan akselerasi/arah cepat;

· Pengujian komprehensif menunjukkan peningkatan daya tahan sekitar 9% sambil mempertahankan lebih dari 85% dari kemampuan manuver .

 

Fokus tanpa sensor dengan cepat menembus pasar kelas menengah

Dengan bantuan algoritma pengamat baru (seperti pengamat mode geser, estimasi fluks), akurasi kontrol fokus tanpa sensor telah meningkat secara signifikan:

· Kesalahan estimasi kecepatan dikurangi menjadi kurang dari 0,5%;

· Mulai torsi dengan kecepatan nol dapat mencapai hingga 30% dari torsi terukur .

· Biaya per sumbu telah turun menjadi $ 12, yang cocok untuk sebagian besar proyek UAV kelas menengah .

 

Inovasi perangkat keras terus mendorong peningkatan

· Perangkat Daya GaN: Meningkatkan frekuensi PWM menjadi 200kHz dan mengurangi riak saat ini sebesar 60%;

· IC driver terintegrasi: seperti seri Ti DRV, yang mengintegrasikan driver dan MCU untuk menyederhanakan desain dan mengurangi biaya sebesar 40%.

 

Apakah Anda memprioritaskan ketepatan dan efisiensi FOC atau kesederhanaan dan efektivitas biaya kontrol gelombang persegi, mereka semua menemukan tempat mereka dalam dimensi pasar yang berbeda . tren saat ini menunjukkan:

· Pasar UAV kelas atas pada dasarnya telah mencapai cakupan penuh FOC;

· Pasar kelas menengah dengan cepat bermigrasi ke fokus tanpa sensor;

· Kontrol gelombang persegi secara bertahap berkonsentrasi pada aplikasi spesifik seperti mainan dan balap .

 

Pilihan akhir masih harus kembali ke produk itu sendiri: akurasi seperti apa yang Anda butuhkan? Biaya berapa yang bisa Anda terima? Apakah Anda memiliki persyaratan yang jelas untuk masa pakai baterai dan masa pakai motorik?

 

Saat strategi kontrol motor berkembang dan kemampuan perangkat keras maju, solusi hybrid menggabungkan fokus dan kontrol gelombang persegi siap menjadi standar industri .