Un guide complet des solutions de contrôle des moteurs de drones

 

Dans le système de contrôle de base d'un drone, l'algorithme de conduite motrice joue un rôle crucial non uniquement dans la stabilité et la réactivité des vols, mais aussi dans l'endurance, les niveaux de bruit et la structure globale des coûts . Les deux méthodes de contrôle traditionnelles actuelles - FOC (Control orienté sur le terrain) et le contrôle traditionnel des ondes carrées (commutation à six étapes) - ont des objectifs différents dans les différents niveaux de plates-formes de drones {. Logique de ces deux solutions de quatre dimensions: principe, performance, application et tendance de développement .

 

Contrôle FOC: poursuite de la précision et de l'efficacité ultimes

FOC (contrôle orienté sur le terrain) atteint un contrôle de couple électromagnétique précis en convertissant le courant triphasé en composants de champ magnétique (i _ d et i _ q) dans un système de coordonnées rectangulaires . Ses avantages principaux sont:

· Entraînement à l'onde sinusoïdale: la forme d'onde actuelle est plus lisse et la distorsion harmonique est inférieure à 5%;

· Ratio de vitesse large: prend en charge la régulation de 1: 1000 vitesse, couvrant de la volonté à basse vitesse au vol soudain à grande vitesse;

· Fluctuation de couple extrêmement faible: La sortie du couple est plus linéaire et le vol est plus stable;

· Réponse rapide: une boucle de contrôle allant jusqu'à 50 μs permet des ajustements de couple rapide .

 

Contrôle des vagues carrées: simple, rapide, rentable

Square Wave Control utilise une stratégie de commutation fixe à 120 degrés et s'appuie principalement sur des capteurs de hall pour déterminer la position du rotor . La méthode de contrôle est plus directe mais a une précision limitée:

· Excitation des ondes trapézoïdales: le taux de distorsion harmonique actuel est aussi élevé que 20-30%;

· Plage de vitesse limitée: le rapport commun est de 1:50;

· Ripple de couple: vibration notable ou changements soudains pendant les décalages de survol ou directionnels .

· Simplicité matérielle: aucun encodeur n'est nécessaire, ce qui entraîne une faible charge de calcul et un coût réduit .

 

En prenant un certain modèle de drone de qualité grand public (en utilisant FOC) et une plate-forme d'entrée de gamme (en utilisant Square Wave) comme exemples, les indicateurs clés sont les suivants:

Métrique	Solution focage (haut de gamme)	Solution d'onde carrée (base)
Stabilité en volants	±0.1 m	±0.5 m
Durée de vie de la batterie	46 minutes	22 minutes
Niveau de bruit	55 dB	68 dB
Temps de réponse des troubles du vent	8 ms	35 ms
Élévation de la température du moteur	+18degré	+32degré
Coût par moteur	$25	$8

 

 

Différents types d'UAV ont des exigences différentes pour les systèmes d'alimentation, il existe donc également des différences évidentes dans le choix des stratégies de contrôle .

 

Drones de consommation: poursuite de la stabilité et du silence

Des marques telles que DJI et Autel adoptent généralement des solutions FOC:

· Volant de haute précision: FOC peut réduire la difficulté de l'ajustement des paramètres PID et améliorer la stabilité du positionnement;

· Une meilleure durée de vie de la batterie: le lecteur à haute efficacité peut améliorer le taux d'utilisation d'énergie de toute la machine par 8-12%;

· Flight silencieux: le lecteur d'onde sinusoïdal réduit le bruit à haute fréquence par 6-10 db .

 

FPV Racing Drones: hiérarchiser la puissance d'éclatement

Dans les produits qui poursuivent la vitesse et la contrôlabilité, comme les drones volants, le contrôle des vagues carrées est plus rentable:

· Réponse rapide: le retard de réponse à la sortie de sortie complète n'est que de 0,2 ms;

· Léger: l'élimination des composants comme les encodeurs réduit considérablement le poids du système .

· Avantage des coûts: le budget global du système d'entraînement peut être comprimé à un tiers de foc .

 

Drones industriels: stabilité et précision d'abord

Dans les tâches telles que la pulvérisation agricole, l'inspection et la cartographie, une précision de contrôle extrêmement élevée est nécessaire et FOC est presque standard:

· Fort anti-perturbation: la sortie du moteur est plus stable et peut supprimer considérablement les vibrations conductrices;

· Life plus longue: réduire le choc mécanique et augmenter la durée de vie de 3 à 5 fois;

· Contrôle variable précis: La précision de la régulation de la vitesse peut être contrôlée dans ± 5rpm .

 

Le contrôle hybride émerge comme une nouvelle tendance

Certains fabricants ont introduit des mécanismes de reconnaissance du statut de vol pour réaliser la commutation en temps réel de différentes méthodes de contrôle:

· Activer FOC pendant la croisière pour améliorer l'efficacité énergétique;

· Passez à la commande d'onde carrée pour libérer le couple instantané pendant le changement rapide d'accélération / de direction;

· Les tests complets montrent des améliorations d'endurance d'environ 9% tout en conservant plus de 85% de la manœuvre .

 

FOCless sans capteur pénètre rapidement le marché de la gamme

À l'aide de nouveaux algorithmes d'observateurs (tels que l'observateur de mode coulissant, l'estimation du flux), la précision de contrôle du FOC sans sensor a été considérablement améliorée:

· L'erreur d'estimation de la vitesse est réduite à moins de 0,5%;

· Le couple de démarrage à zéro peut atteindre jusqu'à 30% du couple nominal .

· Le coût par axe est tombé à 12 $, ce qui convient à la plupart des projets d'UAV de milieu de gamme .

 

L'innovation matérielle continue de conduire des mises à niveau

· Dispositifs d'alimentation GAn: augmenter la fréquence PWM à 200 kHz et réduire l'ondulation de courant de 60%;

· IC de pilote intégré: tels que la série TI DRV, qui intègre le pilote et le MCU pour simplifier la conception et réduire les coûts de 40% .

 

Que vous priorisez la précision et l'efficacité de FOC ou la simplicité et la rentabilité du contrôle des vagues carrées, ils trouvent tous leur place dans différentes dimensions du marché . Les tendances actuelles montrent:

· Le marché des drones haut de gamme a essentiellement atteint une couverture complète de FOC;

· Le marché de milieu de gamme migre rapidement vers un FOC sans capteur;

· Le contrôle des vagues carré se concentre progressivement sur des applications spécifiques telles que les jouets et les courses .

 

La sélection finale devrait toujours revenir au produit lui-même: de quel type de précision avez-vous besoin? Quel coût pouvez-vous accepter? Avez-vous des exigences claires pour la durée de vie de la batterie et la durée de vie du moteur?

 

À mesure que les stratégies de contrôle des moteurs évoluent et que les capacités matérielles avancent, les solutions hybrides combinant le contrôle FOC et les ondes carrées sont en cours pour devenir la norme de l'industrie .