В прошлом материале мы разобрались как выбрать полетный контроллер для FPV-дрона. Полетник — штука крайне важная, но с ней одной дрон никуда не полетит. Чтобы крутить моторы, полетнику в пару нужен регулятор оборотов моторов, то есть ESC. Разберемся с тем как его выбрать и как он вообще устроен.
Принцип работы регулятора оборотов моторов (ESC)
Регулятор оборотов моторов (ESC) — это печатная плата с установленными на ней компонентами, которая регулирует обороты моторов. Другими словами эта плата не просто пропускает через себя ток от аккумулятора и отдает его на припаянные к ней моторы, но и “говорит” им крутится быстрее или медленнее.
Основных компонентов на ESC два — микроконтроллер и полевой транзистор (MOSFET). ESC получает питание напрямую с аккумулятора дрона, а сигналы управления — с полетного контроллера. Вот как это работает:
Раз. Пилот почесал за ухом и решил посадить беззаботно летящий дрон носом в землю. Для этого он резко дернул стик питча на пульте вверх.
Два. Полетный контроллер получает команду с радиоприемника, обрабатывает ее и отдает регулятору оборотов моторов (ESC): “Хозяин хочет воткнуть дрон в планету. Понизить обороты на 30% на моторах 4 и 2, повысить обороты на 30% на моторах 3 и 1. Исполнять! ”
Три. С помощью собственного контроллера, теперь уже сам ESC командует установленным на плате полевым транзисторам (MOSFET) начать пропускать через себя не столько тока с так называемого драйвера затвора, а вот столько (ставит другое значение). Для технарей: меняется только длина импульса подачи тока (применяется ШИМ), а вольтаж остается неизменным.
Четыре. Через транзисторы ток уходит на конкретный мотор. Два передних мотора получают меньше тока — и теперь вращаются медленнее, два задних получают больше тока — и начинают крутится быстрее. Дрон успешно втыкается в землю, пилот доволен.
Прошивки ESC: BlHeli_S, BlueJay, BlHeli_32, AM32
У любой электроники чуть сложнее чайника есть прошивка. ESC не является исключением. Прошивки регуляторов имеют давнюю славную историю, поскольку и сами микросхемы для регулировки оборотов электрических моторов появились гораздо раньше, чем мир узнал слово "квадрокоптер". Регуляторы оборотов есть и у радиоуправляемых машинок, и у лодок, и у самолетов и бог весть у чего еще. Перекочевав на дроны, регуляторы поначалу работали на древних прошивках SimonK. Но дрон совершенно не умеет вести себя хорошо без очень и очень частой коррекции оборотов каждого мотора, это не лодка и не самолет. А потому для "коптерных" регулей стали разрабатываться свои прошивки, которые, вместе с новым "железом", позволили поднять количество изменений показателей (частоту обновления) в десятки, сотни и даже тысячи раз. Пропустим рассказ об эволюции этих алгоритмов и поговорим о том, что актуально на день сегодняшний.
BlHeli_S и BlueJay
Старая добрая прошивка для работы со старыми добрыми 8-битными контроллерами в ESC. Разработка новых прошивок уже не ведется, но эстафетную палочку перенял open-source проект BlueJay, который развивает одноименную прошивку на 100% совместимую с регулями BlHeli_S.
99% недорогих регуляторов работает на прошивке BlHeli_S, а значит и на BlueJay. Прошить актуальную версию прошивки BlueJay можно самостоятельно через простой онлайн-конфигуратор (esc-configurator.com)
BlHeli_32
Прошивка под 32-битные контроллеры в дорогих ESC. Кстати, дорогие они не только из-за более сложной компонентной базы, но и по той причине, что BlHeli_32 это не open-source проект. Он поддерживается частной компанией, а значит производители, проектирующие регуляторы на Bl32 платят разработчику лицензионные отчисления. Возможно именно благодаря финансированию, прошивка неумолимо развивается, выходят новые фичи, которые напрямую влияют на производительность ESC. Относительно более выдающихся летных характеристик дронов на регуляторах BlHeli_32 не существует единого мнения. Одни считают, что Bl32 сетапы ведут себя более собранно и быстрее отзываются на команды стиков с пульта. Другие опытные пилоты считают подобные заявления чушью и говорят прямо: никакой разницы с Bl_S нет, все это самовнушение.
AM32
Новая и почти неизвестная широким массам прошивка с открытым исходным кодом для регуляторов на 32-битных процессорах. Однако, количество моделей с прошивкой AM32 быстро растет. Уже сейчас такие регуляторы показывают себя вполне достойно и их можно рассматривать в качестве альтернативы “старикам”.
Протокол коммуникации с полетным контроллером
Вернемся к алгоритмам. Полетный контроллер передает команды на регулятор, которые тот исполняет. Это общение происходит по определенному протоколу. Хорошей аналогией является протокол Wi-Fi: “ 802.11 ac” быстрее, чем “802.11 n”, а “ 802.11 ax” еще быстрее. В современных ESC стандартом де-факто является протокол DShot в трех вариациях: Dshot 150/300/600. Чем выше цифра на конце, тем быстрее происходит обмен данными. Отдельные флагманские модели уже освоили протокол Dshot2400. Но на самом деле даже Dshot300 будет более чем достаточно, если вы не обладаете реакцией пилота реактивного истребителя.
Допустимое входное напряжение
Аккумуляторы для дронов разных размеров отличаются прежде всего емкостью и числом ячеек: 1S, 3S, 4S, 6S и так далее. В свою очередь, каждый регулятор имеет ограничение по входному напряжению, которое напрямую зависит от числа ячеек. Например, заряженный до упора аккумулятор 6S (шесть ячеек) имеет выходное напряжение 25.2V, а 1S (одна ячейка) батарейка — только 4.2V.
Чем больше расчетная мощность моторов, тем более высокое напряжение им необходимо для работы на предельных значениях. Вот почему крохотные комнатные вупы летают на 1S батарейках, а фристайл-пятерки сейчас все сплошь на 6S. Это означает, что и подходящий под размер коптера регулятор должен быть маркирован соответствующе. К примеру, типичный современный ESC типоразмера 30x30 мм обычно имеет рейтинг 3-6S.
Пиковый ток
Еще одним важным параметром ESC является поддерживаемая им сила тока. Очевидно, что мотор потребляет ток разной силы в зависимости от того на каком проценте газа он работает в данную милисекунду. На токопотребление оказывает влияние и установленный на мотор пропеллер. Вот простой пример: мотор T-motor Velox V3 2207 1950 kv с установленным пропеллером T-motor T5147-3 на 40% газа ест всего 9 ампер. А вот на 100% газа потребление вырастает до 45А. Откуда брать эти данные? Как правило, приличные производители моторов публикуют таблицы тестов своих изделий с разными пропеллерами.
Если регулятор с завода рассчитан на "икс ампер", а мотор кушает "икс+10 ампер" или даже "икс+15 ампер", то при газе “стик до упора” регуль может просто-напросто сгореть. На ESC часто указывают постоянный ток, то есть тот, что регулятор может переваривать всегда, и пиковый ток — предельное значение, которое плата может выдержать 10 секунд.
Типоразмер
Размеры регуляторов в FPV принято измерять не их физическими размерами, а схемой отверстий. Самый распространенный типоразмер — это 30x30 мм, то есть четыре отверстия под болты рамы дрона с расстоянием 30 мм друг от друга. Регуляторы такого размера типичны для дрона-пятерки, а вместе с ним для семерки и десятки. Дроны типоразмера 4 и 3.5 дюйма в основном используют монтажные отверстия 20x20 мм, а значит и регулятор в них должен стоять именно такой. Очевидно, что полетный контроллер также должен иметь идентичную схему отверстий, что и ESC, чтобы обе ключевые микросхемы можно было составить в сендвич или, как принято говорить в FPV, стек.
Как читать спецификации ESC
Закрепим материал на примере типичного спек-листа типичного регулятора.
Регулятор из примера работает на прошивке BlHeli_32, поддерживает аккумуляторы от 3 до 8S, постоянный ток 55А, пиковый ток 65А на 10 сек. и телеметрию. Его монтажные отверстия 30x30 мм, то есть он подойдет для любой 5 или 7-дюймовой рамы. Все просто!
Производители ESC
Рекомендации по выбору регуля-рабочей лошадки практически такие же как и в случае с полетными контроллерами. Старайтесь избегать откровенного low-end треша а ля Aocoda, HAKRC, LANRC и прочих JHEMCU. Спокойно можно рассматривать бюджетные изделия на прошивке BlHeli_S от SpeedyBee, GepRC, HGLRC, AxisFlying, SkyStars.
Топовые регуляторы всегда идут с прошивкой BlHeli_32. Если уж вы готовы потратить деньги на технологическое совершенство, то в первую очередь обратите внимание на ESC от Foxeer, T-motor, Holybro, Hobbywing.
Стек или stack
Мы разобрали два ключевых электронных компонента дрона — полетный контроллер и регулятор оборотов моторов. Как Бонни и Клайд, они трудятся вместе, чтобы подарить вам тот самый ultimate flying experience. Очевидно, что производителям выгодно поставлять их вместе, а покупателям — приобретать сразу комплект. И такие комплекты есть на рынке в изобилии под простым названием: стек или stack. Это набор из 100% совместимых друг с другом полетников и регулей. Сейчас, в 2024 году бал правят именно стеки. Практически любой производитель, замеченный в производстве полетников/регуляторов делает и стеки. Выбирать их стоит абсолютно по тем же принципам, что и отдельные компоненты. Ниже представлена галерея из разных достойных стеков, хорошо зарекомендовавших себя у пилотов. Следующий материал будет посвящен всему, что касается моторов, пропеллеров и KV. Наслаждайтесь полетами!
Отправить автору на пару рам Quadmula Siren F5 Split
