В статье автор описывает и анализирует протокол связи между двигателем и контроллером, так как двигатель является одним из главных исполнительных механизмов на борту дрона.
Ключевые слова : двигатель, объект управления, электропривод.
Наиболее распространенный электродвигатель, используемый в летательных аппартах, является бесщеточным, и для управления им требуется бесщеточный ESC. ESC (англ. «Electronic Speed Control») — это составляющая любой радиоуправляемой модели на электротяге. Регулятор оборотов (или «регулятор скорости», или «контроллер», он же в простонародье «регуль») отвечает за плавное, без лишних скачков управление двигателем.
Основными протоколами для управления этими ESC являются PWM, One-Shot и DShot. Кроме того, некоторые из них включают возможность настройки через внешнее приложение для ПК под названием BLHeli Suite или BLHeli32 Suite.
ШИМ — Это наиболее распространенные ESC для некоптерных приложений, и исторически они были первыми бесколлекторными ESC, приведен на рисунке 1. PWM ESC используют периодический входной импульс шириной обычно от 1000 мкс до 2000 мкс для нулевой и полной мощности соответственно. Частота кадров этих импульсов обычно составляет от 50 Гц до 490 Гц. Более высокая частота кадров позволяет быстрее отправлять управляющие реакции на двигатель, если ESC поддерживает такую частоту кадров.
Частота кадров контролируется параметром RC_SPEED для всех моторов с протоколом PWM на коптере и вездеходе и параметром SERVO_RATE для регуляторов PWM для обычных моторов, движущихся вперед на самолете. Q_RC_SPEED управляет этим для ШИМ-протокола VTOL esc/двигателей в QuadPlane.
Рис. 1. ШИМ
Еще более быстрый протокол ШИМ — OneShot125 (иногда сокра-щается до OneShot). Если у ESC есть такая возможность, то ширина им-пульса делится на коэффициент 8 для еще более быстрой передачи данных от автопилота к ESC, поскольку команды поступают в ESC в 8 раз быстрее при любой заданной частоте кадров. Кроме того, допускается возможность увеличения частоты кадров до 490 Гц.
DShot — это цифровой протокол ESC. В отличие от традиционного ШИМ с сервоприводом, он обеспечивает быструю цифровую связь с высоким разрешением. Это открывает двери для более точного управления транспортным средством. Это особенно полезно в мультикоптерах и квадропланах.
DShot доступен с различными скоростями цифровой связи, а также в версии, поддерживающей телеметрию ESC через управляющее входное соединение (некоторые ESC предлагают отчеты о телеметрии через отдельное последовательное соединение):
DShot150 на скорости 150 кбод (рекомендуется для больших самоле-тов с длинными сигнальными проводами)
DShot300 на скорости 300 кбод
DShot600 на скорости 600 кбод (рекомендуется)
DShot1200 на скорости 1200 кбод
Двунаправленный DShot со скоростью 150, 300, 600 и 1200 кбод на поддерживаемой прошивке (включая телеметрию)
Ключевые преимущества протокола DShot ESC: все значения, отправляемые в ESC, защищены контрольной суммой; разница в часах между ESC и автопилотом не влияет на летные характеристики; нет необходи-мости делать какую-либо калибровку диапазона дроссельной заслонки ESC, поддерживаются очень высокие частоты кадров протокола.
Для более крупных летательных аппаратов с более длинными кабелями, использующими протокол DShot ESC, рекомендуется использовать самую низкую скорость передачи данных, DShot150, так как это самый надежный протокол (более низкие скорости передачи менее чувствительны к помехам в кабелях). Более высокие скорости могут быть более восприимчивы к шуму, но также связывают выделенный канал прямого доступа к памяти на более короткий период, что может быть полезно для по-летных контроллеров с большим количеством совместного использования прямого доступа к памяти.
Выбор протокола. Протокол управления ESC выбирается параметром MOT_PWM_TYPE на коптерах и роверах или QuadPlanes для двигателей, выполняющих функции коптера. На плоскости все остальные моторы используют нормальный (ШИМ) протокол.
Частоту, с которой отправляются импульсы DShot, можно перена-строить.На коптере со стандартной частотой цикла планировщика 400 Гц это работает на частоте около 1,4 кГц. Однако вывод довольно нерегулярный — чтобы получить более регулярный вывод можно перенастроить отправку импульсов со скоростью, кратной циклической частоте планировщика. Таким образом, если установлено значение 2, импульсы будут отправляться с частотой 800 Гц, значение 3 — с частотой 1,2 кГц и так далее. Разница заключается в очень, очень равномерной мощности, которая может принести пользу коптерам, нуждающимся в более жестком управлении двигателем (например, небольшим гонщикам). Не рекомендуется отправлять импульсы с частотой менее 1 кГц из-за сообщений о том, что он иногда пропускает кадры на некоторых контроллерах полета, аналогичным образом отправка с более высокой частотой может привести к повышению надежности и более быстрому восстановлению после пропущенных импульсов, где это необходимо, за счет некоторого процессорного времени. Очень высокие частоты можно использовать только для более высоких скоростей DShot, поскольку в противном случае импульсы могут перекрываться — например, максимальная скорость, которую теоретически может поддерживать DShot150, составляет 4 кГц.
Команды DShot. На некоторых регуляторах поддерживаются команды DShot. Они позволяют полетному контроллеру управлять такими функ-циями, как: светодиоды ESC, звуковые сигналы и направление вращения двигателя. Чтобы использовать команды DShot, должен быть установлен на тип используемого ESC. Функции уведомления (например, светодиоды NTF_LED_TYPES и зуммер NTF_BUZZ_TYPES) могут быть настроены для включения DShot в качестве типа вывода.
Литература:
- Башарин, А. В. Управление электроприводами / А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. —: Энергоиздат, 1982. — 470 c.
- Бекишев, Р. Ф. Электропривод / Р. Ф. Бекишев, Ю. Н. Деменьтев. — М.: Энергия, 2016. — 320 с.
- Кацман, М. М. Электрические машины / М. М. Кацман, В. Л. Ерман, И. П. Ильин. —: Энергия, 2020. — 463 c.
- Уразбахтин, Р. Р. беспилотные летательные аппараты на солнечных батареях / Р. Р. Уразбахтин. — Санкт-Петербург: 2016. — 253 c.
- Терехов, В. М. Система управления электроприводов / В. М. Терехов, О. И. Осипов. —: Академия, 2005. — 301 c.
