드론 모터 제어 솔루션에 대한 포괄적 인 안내서

 

드론의 핵심 제어 시스템에서 모터 드라이브 알고리즘은 비행 안정성과 응답 성뿐만 아니라 지구력, 소음 수준 및 전반적인 비용 구조에서만 중요한 역할을합니다. FOC (Field Oriented Control) 및 기존 정사각형 웨이브 제어 (6 단계 정류)의 현재 주류 제어 방법은 드론 플랫폼의 수준에서 다른 초점을 갖습니다. 이 기사는 원칙, 성능, 응용 프로그램 및 개발 추세의 네 가지 차원 에서이 두 솔루션의 차이점과 적응 논리를 분석합니다.

 

초점 제어 : 궁극적 인 정밀도와 효율성 추구

FOC (Field-Oriented Control)는 직사각형 좌표계에서 3 상 전류를 자기장 구성 요소 (I _ D 및 I _ Q)로 변환하여 정확한 전자기 토크 제어를 달성합니다. 핵심 장점은 다음과 같습니다.

· 사인파 드라이브 : 현재 파형은 더 매끄럽고 고조파 왜곡은 5%미만입니다.

· 넓은 속도 비율 : 저속 호버링에서 고속 갑작스런 비행에 이르기까지 1 : 1000 속도 조절을 지원합니다.

· 토크 변동이 매우 낮습니다. 토크 출력이 선형적이고 비행이 더 안정적입니다.

· 빠른 응답 : 최대 50μs의 제어 루프는 빠른 토크 조정을 가능하게합니다.

 

제곱파 제어 : 단순하고 빠르며 비용 효율적입니다

Square Wave Control은 고정 된 120도 정류 전략을 사용하며 주로 홀 센서에 의존하여 로터 위치를 결정합니다. 제어 방법은 더 직접적이지만 정확도는 제한적입니다.

· 사다리꼴 파동 여기 : 현재 고조파 왜곡 속도는 20-30%만큼 높습니다.

· 제한 속도 범위 : 공통 비율은 1:50입니다.

· 토크 리플 : 호버 또는 방향 교대 중 눈에 띄는 진동 또는 갑작스런 변화.

· 하드웨어 단순성 : 인코더가 필요하지 않아 계산 부하가 낮고 비용이 줄어 듭니다.

 

소비자 등급 드론 (FOC 사용) 및 엔트리 레벨 플랫폼 (Square Wave 사용)의 특정 모델을 예로 들어, 주요 지표는 다음과 같습니다.

메트릭	초점 솔루션 (고급)	사각형 웨이브 솔루션 (기본)
호버 안정성	±0.1 m	±0.5 m
배터리 수명	46 분	22 분
소음 수준	55dB	68dB
바람 교란 응답 시간	8ms	35ms
운동 온도 상승	+18도	+32도
운동 당 비용	$25	$8

 

 

다른 유형의 UAV마다 전력 시스템에 대한 요구 사항이 다르므로 제어 전략 선택에 명백한 차이가 있습니다.

 

소비자 드론 : 안정성과 침묵 추구

DJI 및 Autel과 같은 브랜드는 일반적으로 FOC 솔루션을 채택합니다.

· 고정밀 호버링 : FOC는 PID 매개 변수 조정의 어려움을 줄이고 포지셔닝 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

· 배터리 수명 향상 : 고효율 구동은 전체 기계의 에너지 활용 속도를 8-12%로 향상시킬 수 있습니다.

· 사일런트 비행 : 사인 웨이브 드라이브는 고주파 노이즈를 6-10 db로 줄입니다.

 

FPV 레이싱 드론 : 버스트 파워 우선 순위

플라잉 드론과 같은 속도와 제어 가능성을 추구하는 제품에서는 Square Wave Control이 더 비용 효율적입니다.

· 빠른 응답 : 전체 출력에서의 응답 지연은 0. 2ms입니다.

· Lightweight : 인코더와 같은 구성 요소를 제거하면 시스템 가중치가 크게 줄어 듭니다.

· 비용 우위 : 전체 드라이브 시스템 예산은 FOC의 3 분의 1로 압축 할 수 있습니다.

 

산업용 드론 : 안정성과 정밀도는 먼저

농업 분무, 검사 및 매핑과 같은 작업에서는 매우 높은 제어 정확도가 필요하며 FOC는 거의 표준입니다.

· 강한 방지 방지 : 모터 출력이 더 안정적이며 전도성 진동을 크게 억제 할 수 있습니다.

· 더 긴 수명 : 기계적 충격을 줄이고 베어링 수명을 3 ~ 5 배 증가시킵니다.

· 정확한 가변 제어 : 속도 조절 정확도는 ± 5rpm 이내에 제어 할 수 있습니다.

 

하이브리드 제어는 새로운 트렌드로 등장하고 있습니다

일부 제조업체는 다양한 제어 방법의 실시간 전환을 달성하기 위해 비행 상태 인식 메커니즘을 도입했습니다.

· 순항하는 동안 FOC를 활성화하여 에너지 효율을 향상시킵니다.

· 신속한 가속\/방향 변경 중에 인스턴트 토크를 방출하기 위해 제곱파 제어로 전환합니다.

· 포괄적 인 테스트는 약 9%의 지구력 향상을 보여 주면서 기동성의 85% 이상을 유지합니다.

 

감각없는 초점은 미드 레인지 시장에 빠르게 침투합니다

새로운 옵저버 알고리즘 (예 : 슬라이딩 모드 관찰자, 플럭스 추정)의 도움으로 감각없는 초점의 제어 정확도가 크게 향상되었습니다.

· 속도 추정 오차는 0. 5%보다 작습니다.

· 제로 속도로 토크 시동 토크는 정격 토크의 최대 30%에 도달 할 수 있습니다.

· 축당 비용은 12 달러로 떨어졌으며, 이는 대부분의 중간 범위 UAV 프로젝트에 적합합니다.

 

하드웨어 혁신은 계속 업그레이드를 추구하고 있습니다

· GAN 전원 장치 : PWM 주파수를 200kHz로 증가시키고 전류 잔물결을 60%줄입니다.

· 통합 드라이버 IC : TI DRV 시리즈와 같은 DRIVER 및 MCU를 통합하여 설계를 단순화하고 비용을 40%줄입니다.

 

FOC의 정밀도와 효율성 또는 Square Wave Control의 단순성 및 비용 효율성을 우선시하든 모두 다른 시장 차원에서 자신의 위치를 찾고 있습니다. 현재 트렌드 쇼 :

· 고급 UAV 시장은 기본적으로 FOC의 전체 커버리지를 달성했습니다.

· 미드 레인지 시장은 감각없는 초점으로 빠르게 이동하고 있습니다.

· Square Wave Control은 장난감 및 경주와 같은 특정 응용 분야에 점차 집중하고 있습니다.

 

최종 선택은 여전히 제품 자체로 돌아와야합니다. 어떤 정확도가 필요합니까? 당신은 어떤 비용을 받아 들일 수 있습니까? 배터리 수명 및 운동 수명에 대한 명확한 요구 사항이 있습니까?

 

모터 제어 전략이 발전하고 하드웨어 기능이 발전함에 따라, 초점과 제곱파 제어를 결합한 하이브리드 솔루션이 산업 표준이 될 준비가되어 있습니다.