转载——解读无人机第一篇解读无人机的驱动--电调

放飞心情 · 发表于 2016-2-22 09:51:02

本帖最后由放飞心情于 2016-2-22 09:51 编辑

导言：无人机能够在空中飞行，全靠螺旋桨或者涡扇来牵引带动，驱动它们旋转的动力都是来自发动机或电动机，那么既然是电动机就需要驱动控制器来控制电动机的转速和功率大小，这样才能使飞机平稳的在空中飞行。那驱动电动机的是什么呢？

大家好，我是羽飞，本期为大家带来的解读是无人机的动力核心，电调。

电调是电子调速器的简称，英文Electronic Speed Control，简称ESC，针对电机不同，可分为有刷电调和无刷电调，他根据控制信号调节电动机的转速，但是现在的无刷电调所拥有的功能远不止这一个调速的功能。

这样吧，我们从最早的电调谈起吧，最早的电调可不是像现在的电调一样，最早全是有刷电调，说道这你可能要问了，什么是有刷电调，和现在的无刷电调有什么区别。事实上这差别呀可大了去了，有刷电调和无刷电调都是根据电机来说的，现在电机的转子，就是能转动的部分全是磁铁块，线圈是定子不转动的，因为这中间没有碳刷，这就是无刷电机。而有刷电机呢，顾名思义就是有碳刷，所以就是有刷电机，像我们平常小孩子玩的一二十块钱的遥控车用的电机就是有刷电机。电调就是根据这两种电机而命名的有刷电调和无刷电调。从专业的角度来讲呢就是有刷电调就是输出时直流电，无刷电调输出是三相交流电。直流电就是我们电池里存储的电，有正负极之分，我们家用220V的，用于手机充电器或者电脑的电源都是交流电。交流电就是带有一定的频率，通俗讲就是一根线上正负、正负的来回交换着；直流电就是正极是正极，负极是负极。

交流直流弄清楚了，那么什么又是“三相电”呢？理论讲三相交流电是电的一种传输形式，简称三相电，是由3个频率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流电势组成的电源。通俗的讲，就是我们家用的三项交流电，除了电压、频率、驱动角不同，其他都一样，现在对于三相电和直流电都了解了吧。接下来我们说正题。

有刷电调就工作原理就是通过接收机或者飞控输出的PWM信号经过内部单片机处理然后输出驱动调节信号调节MOS驱动管，让MOS管调节输出的电压高低，并且为了加大输出功率，单片机发出的信号时带有一定开关性，也致MOS管使输出的电压也带有一定频率，通俗的讲就是开、关、开、关的控制，这种频率非常的高，这就是为什么现在我们用的手机充电器为什么比以前的小，而且还轻，功率却比之前的还大的原因了。频率越高，它单位时间内传输递的能量就越多，所以输出带有一定的开关频率会加大电调的功率。这就是有刷电调的原理。其次，在这些基本功能之外，后期的有刷电调还具有电池低压保护等辅助功能。

无刷电调原理与有刷电调类似也是通过单片机控制MOS管调节的输出电压而实现的电机调速的，但与有刷电调最大的区别就是它内置我们常说的逆变器功能，输出的是三相交流电，频率是8000HZ，我们正常的家用电频率是50HZ，相比家用电是不是高多了。正是因为他频率高，所以无刷电机功率才大了，线圈缠绕只有几匝（圈数）而不会短路。但是这么小的一个电调它的逆变器又是什么样的呢？让我来给你解答。

无刷电调，输入的是直流电，通过一个滤波电容稳定电压。然后分成俩两路，一路是电调的BEC使用，BEC是给接收机与电调自身单片机供电使用的，输出至接收机的电源线就是信号线上的红线和黑线，另一路是介入MOS管使用，在这里，电调上电，单片机开始启动，驱动MOS管震动，使电机发出滴滴滴的声音。启动后待命，有些电调带有油门校准功能，在进入待命前会监测油门位置是在高还是低还是中间，高的话进入电调行程校准，中间的话开始发出报警信号，电机会滴滴的响，低的话会进入正常工作状态。一切准备就绪后，电调内的单片机会根据PWM信号线上的信号决定输出电压的大小和频率的高低以及驱动方向和进角多少来驱动电机的转速，转向。这就是无刷电调原理。在驱动电机运转的时候，电调内共有3组MOS管工作，每组2个极，一个控制正极输出，一个控制负极输出，当正极输出时，负极不输出，负极输出时，正极不输出，这样子也就形成了交流电，同样，三组都是这样工作的，它们的频率是8000HZ。讲到这，无刷电调也相当于一个工厂里电机上使用的变频器或者调速器。

除了这些基本的功能呢，电调还有电池低压保护功能以及监测电池电压功能，最早的无刷电调都支持双电池模式，也就是现在的锂聚合物电池和以前的镍氢电池。通过遥控油门杆根据电机的提示音可以修改供电模式以及电调的进角和刹车灯功能，刚刚讲到进角和刹车功能，那么什么又是进角和刹车功能呢，听我来给你慢慢讲，上面我们讲到家用三相交流电相位角120度，这就是家用电的进角，现在的电调提供高中低三个进角，如果负载比较重就用高进角，如果负载轻就用中或低进角，进角为0或者负数的时候，马达较为省电，但是无力，有进角的马达较为有力，但耗电。

像我们最早航拍的前辈们，由于电机的KV值较低，经常在飞行过中遇到电机堵转情况，或者启动不顺等情况，这就是因为电调设置的进角问题。电调刹车功能并不是给飞机刹车，而是给电机降速使用的，例如，我们把油门推到最大，然后快速把油门拉到最低，电机还有靠惯性转动，这就是刹车没有开启，开启刹车后，油门拉到最低，电机会迅速停止转动，用手转动电机时感觉有一股阻力存在，转动特别沉，这就是刹车在开启状态。同时讲了这些，还有一项，那就是在电调通电的时候，电机会响是怎么一回事呢？事实上，电机响是电调在作怪，我们都知道，喇叭内部有一层线圈，后边有一块磁铁，给线圈通电，带有一定震动频率的电，线圈产生磁场，与后边的磁铁产生震动，用这种震动带动的纸膜震动，通过纸膜震动带动空气产生了响声，同样的道理，电调是给电机通电，并且也是带有一定的频率，让电机内部的线圈产生交替变换的磁场而带电机转子震动，电机转子通过震动带动空气产生响声，这就是电机为什么会发出响声的奥妙了，有兴趣的话可以将电机作为一个喇叭使用，从小音响的喇叭上扯下来两根线，接在电机任意的两根线上，放首音乐，电机就会发出清脆的音乐声。呵呵，是不是很有趣。目前市面上所有的电调通讯接口信号均是PWM信号，那么什么又是PWM信号呢？PWM就是脉冲宽度调制的英文缩写，方波高电平时间跟周期比例叫占空比，例如1秒高电平1秒低电平的PWM波占空比是50%。

举个最简单的例子，就像一个灯泡，亮-熄熄熄-亮-熄熄熄-亮---依次交替，如果要加大油门就是亮亮-熄熄熄-亮亮-熄熄熄--这样循环，这只是个例子，它们都是在一定的周期时间内完成的通断动作，依靠这个时间来传递的信号。电调就是由接收机或飞控产生PWM信号，然后再驱动电机工作。

关于电调使用方面，还有就是直升机版的电调不能用于多轴使用，因为直升机版的电调有换缓启动项，缓启动是什么呢？最简单的例子：在一瞬间内将油门推高，电机会经过两道三秒才能达到正常转速，多轴的电调就是你推油门，它就很跟手，不会有延时启动现象。另外，大部分直升机电调在油门大于百分之10之后会逐渐加速，不管油门在什么位置，它会一直加到最大油门，然后保持百分之百的油门输出，除非油门杆落到百分之10以内才会减速，这就是定速功能，为什么不能用于多轴呢？因为多轴全靠电机转速来调节的机身平衡，而直升机靠的是机械结构，改变的螺距。多轴靠的调电机转速，如果机身发生了倾斜，电机不能够及时的加速上去，很有可能导致坠机的悲剧发生，或者定速电调一旦启动，直接就是最大油门，无法操控。电调有很多种，一定要根据自己的需要去选择使用。