30 a speed controller esc описание. Несколько слов про приемники, бесколлекторные моторы, ESC и подключение всего этого добра

Регуляторы оборотов — в англоязычном сообществе называются — Electric Speed Controller (электронный контроллер скорости) или сокращенно — ESC. Основная задача ESC – передача энергии от аккумулятора к бесколлекторному мотору. Потребность в их применении возникла вследствие некоторых особенностей БК — мотора. Вкратце говоря, аккумулятор отдает постоянный ток, а бесколлекторный мотор принимает трехфазный переменный ток.

Принцип работы

Связь с остальными компонентами мультикоптера.

На вход ESC подается напряжение с аккумулятора и сигналы от полетного контроллера, а на выход регулятор отдает управляющее напряжение для привода. Соответственно регулятор должен обеспечивать:

1. Совместимость с полетным контроллером.
2. Максимальный ток для мотора (рассчитывается из спецификаций мотора и пропеллера) плюс 20 – 30%.
3. Потребление тока меньше, чем ток, отдаваемый аккумулятором поделенный на количество ESC.

*Простейшая схема подключения.

Какие регуляторы бывают?

BEC и UBEC

Дополнительно к основной функции, регуляторы оборотов могут так же передавать питание к другим узлам дрона: полетному контроллеру, сервоприводам и так далее. Это достигается внедрением в регулятор блока исключения батареи — Battery Eliminator Circuit (далее как — BEC).

Использование BEC значительно упрощает конструкцию дрона, однако такая схема обладает рядом минусов. Блок исключения батареи может перегреваться при больших перепадах напряжения и больших нагрузках. К тому же регуляторы оборотов с BEC, как правило, стоят дороже, чем регуляторы без блока.

Согласитесь, логичнее и дешевле было бы сделать отдельно ESC и отдельно один BEC. Такое решение есть и называется оно универсальный блок исключения батареи (Universal Battery Eliminator Circuit, далее как — UBEC).

Преимущества UBEC

UBEC — подключается напрямую к аккумулятору и питает нужный узел дрона. Преимущества такого подхода весьма существенны:

1. Регуляторы оборотов будут меньше перегреваться, поскольку из них будет исключен BEC
2. UBEC обладают большим коэффициентом полезного действия
3. Следовательно из предыдущих двух пунктов UBEC способен отдавать больший ток с меньшим риском
4. Отсутствие переплаты за несколько лишних BEC, располагающихся в ESС. Для некоторых полетных контроллеров крайне не рекомендуется подключать больше одного ESC BEC
5. Меньший вес регуляторов

Виды BEC и их преимущества

BEC бывают двух видов: линейные (LBEC) и импульсные (SBEC).

1. Линейный преобразует энергию в тепло, а при перегреве отключается. Что может приводить к неприятным результатам: в лучшем случае коптер не сможет взлететь, а в худшем — неконтролируемое падение. В связи с чем стал применяться в сборке с сервоприводами, которые в свою очередь не потребляют много тока, не позволяя блоку перегреваться.
2. Импульсный регулирует напряжение быстрым включением и выключением питания, такой подход исключил перегрев, повысил выходную мощность, и позволил достигать КПД 90%, а также импульсные BEC выигрывают у линейных в весе. Возникающие в цепи помехи, которые отрицательно сказываются на работе радио аппаратуры, исключаются добавлением LC — фильтра.

Учитывая то, что многие производители устанавливают на свои UBECLC фильтры (а, если фильтра все-таки нет, то его можно дешево купить и легко установить), профессионалы используют в своих коптерах именно регуляторы SBEC.

Программное обеспечение ESC

Поскольку регулятор оборотов выполняет некоторые преобразования с высокой частотой и может быть настроен на различные режимы работы для него пишут отдельный софт, называемый прошивкой. Это позволяет исправлять прошлые ошибки в алгоритмах управления, создавать более совершенные прошивки (и тем самым, например, уменьшать расходы аккумулятора на среднем газу) и производить гибкие настройки. В коптерах известных компаний типа DJI смена ПО регулятора происходит автоматически при помощи полетного контроллера.

Внимание! Перезапись ПО для регуляторов скорости может повлечь за собой поломки дрона различного характера, а так же снятие с гарантийного обслуживания! Помните, что вы делаете это на свой страх и риск!

Как сменить ПО?

Сменить программное обеспечение регулятора можно несколькими способами:

1. Используя специальную плату управления
2. Используя полетный контроллер
3. Используя ASP программатор

Третий вариант проще и в настоящее время активно внедряется в новые модели.

Выбор регулятора оборотов

Исходя из всего вышеперечисленного, можно выделить особые критерии выбора регулятора оборотов для дрона:

1. Совместимость с полетным контроллером. Полетный контроллер должен поддерживать BEC и прошивку ESC.
2. Совместимость со спецификациями мотора и аккумулятора.
3. Наличие или отсутствие BEС и его тип (LBEC или SBEC).
4. Теплоотвод и герметичность.

Это было почти 15 лет тому назад, в то время были распространены коллекторные моторы. Бесколлекторные двигатели и контроллеры скорости только начинали появляться и стоили очень дорого. Тогда мне очень нужен был регулятор скорости (ESC) для коллекторного мотора радиоуправляемой машинки. Озадачился этим вопросом и нашел схему, которую самостоятельно мог бы собрать. Детали некоторые были в наличии, что-то прикупил в магазине радиодеталей, все вышло достаточно дешево. Сейчас стоимость нового регулятора не так высока, как раньше, порой бывает дешевле купить, но моделист не ищет легких путей.

Схема регулятора следующая.

Регулятор работает от 6 до 15 В. Управляющий канал 4,8 - 6 В

Контроллер решил сделать на монтажной плате. Хотя ее можно было и вытравить в кислоте (рисунок был). Для этого потребуется однослойный стеклотекстолит.

Транзисторы

T 1 = BD 676 или BD 678

T 2 = BD 675 или BD 677

T 3 = BD 676 или BD 678

T 4 = BD 675 или BD 677

Резисторы

P 2 = 250 кОм

Сопротивления

R 7 = 2.7 кОм

Конденсаторы

C 3 = 0,010 мФ

Микросхема

Первые тесты показали, что транзисторам приходится очень тяжело, в пиках наблюдались достаточно большие нагрузки. В связи с этим они были выпаяны с платы, приведенным в спецификации транзисторам подобраны более мощные аналоги по каталогу (КТ853В и КТ829А).

Так как при повышении нагрузок выделяется тепло, то его нужно куда-то отводить. Для этого подобрал радиатор. Радиатор использовал от компьютера, старый и ненужный все равно валялся без дела, а тут пригодился. Вентилятор с него решил не снимать, так как источник питания 12В, то подключил напрямую к силовой батарее. Транзисторы прикрутил к радиатору с помощью винтов.

Радиатор распилил на две части, это было необходимо по конструктиву схемы.

Длинные шпильки сверху держат кулер, а с другой стороны прижимают к радиатору транзисторы для эффективного охлаждения. Снизу в качестве изолятора закрепил пластинку стеклотекстолита.

Регулятор нужно откалибровать с помощью переменных резисторов, они позволяют настроить регулятор. Первый отвечает за нулевое значение, второй за максимальный газ. Переводим стик газа в соответствующую позицию и настраиваем регулятор.

В собранном виде все выглядит так.

Для создания миниатюрных моделей с малыми нагрузками охлаждение не требуется. Контроллер без радиатора получился размером 25 Х 25 мм, что достаточно компактно.

Если ESC подвергать высоким нагрузкам, то, безусловно, требуется система охлаждения.

Данный регулятор был установлен на радиоуправляемую машинку вместо электро-механического переключателя. В целом регулятор оправдал ожидания и до сих пор выполняет свою функцию.

Опубліковано 11.04.2014

Схема регулятора

Схема условно разделена на две части: левая – микроконтроллер с логикой, правая – силовая часть. Силовую часть можно модифицировать для работы с двигателями другой мощности или с другим питающим напряжением.

Контроллер – ATMEGA168 . Гурманы могут сказать, что хватило бы и ATMEGA88 , а AT90PWM3 – это было бы “вааще по феншую”. Первый регулятор я как раз делал “по феншую”. Если у Вас есть возможность применять AT90PWM3 – это будет наиболее подходящий выбор. Но для моих задумок решительно не хватало 8 килобайт памяти. Поэтому я применил микроконтроллер ATMEGA168 .

Эта схема задумывалась как испытательный стенд. На котором предполагалось создать универсальный настраиваемый регулятор для работы с различными “калибрами” бесколлекторных двигателей: как с датчиками, так и без датчиков положения. В этой статье я опишу схему и принцип работы прошивки регулятора для управления бесколлекторными двигателями с датчиками Холла и без датчиков.

Питание

Питание схемы раздельное. Поскольку драйверы ключей требуют питание от 10В до 20В, используется питание 12В. Питание микроконтроллера осуществляется через DC-DC преобразователь, собранный на микросхеме . Можете применять линейный стабилизатор с выходным напряжением 5В. Предполагается, что напряжение VD может быть от 12В и выше и ограничивается возможностями драйвера ключей и самими ключами.

ШИМ и сигналы для ключей

На выходе OC0B(PD5) микроконтроллера U1 генерируется ШИМ сигнал. Он поступает на переключатели JP2 , JP3 . Этими переключателями можно выбрать вариант подачи ШИМ на ключи (на верхние, нижние или на все ключи). На схеме переключатель JP2 установлен в положение для подачи ШИМ сигнала на верхние ключи. Переключатель JP3 на схеме установлен в положение для отключения подачи ШИМ сигнала на нижние ключи. Не трудно догадаться, что если отключить ШИМ на верхних и нижних ключах, мы получим на выходе перманентный “полный вперед”, что может разорвать двигатель или регулятор в хлам. Поэтому, не забываем включать голову, переключая их. Если Вам не потребуется такие эксперименты – и Вы знаете, на какие ключи Вы будите подавать ШИМ, а на какие нет, просто не делайте переключателей. После переключателей ШИМ сигнал поступает на входы элементы логики “&” (U2 , U3 ). На эту же логику поступают 6 сигналов с выводов микроконтроллера PB0..PB5 , которые являются управляющими сигналами для 6 ключей. Таким образом, логические элементы (U2 , U3 ) накладывают ШИМ сигнал на управляющие сигналы. Если Вы уверены, что будете подавать ШИМ, скажем, только на нижние ключи, тогда ненужные элементы (U2 ) можно исключить из схемы, а соответствующие сигналы с микроконтроллера подавать на драйверы ключей. Т.е. на драйверы верхних ключей сигналы пойдут напрямую с микроконтроллера, а на нижние – через логические элементы.

Обратная связь (контроль напряжения фаз двигателя)

Напряжение фаз двигателя W ,V ,U через резистивные делители W – (R17,R25) , V – (R18, R24) , U – (R19, R23) поступают на входа контроллера ADC0(PC0) , ADC1(PC1) , ADC2(PC2) . Эти выводы используются как входы компараторов. (В примере описанном в AVR444.pdf от компании Atmel применяют не компараторы, а измерение напряжения с помощью ADC (АЦП). Я отказался от этого метода, поскольку время преобразования ADC не позволяло управлять скоростными двигателями). Резистивные делители выбираются таким образом, чтобы напряжение, подаваемое на вход микроконтроллера, не превышало допустимое. В данном случае, резисторами 10К и 5К делится на 3. Т.е. При питании двигателя 12В. на микроконтроллер будет подаваться 12В*5К/(10К+5К) = 4В . Опорное напряжение для компаратора (вход AIN1 ) подается от половинного напряжения питания двигателя через делитель (R5 , R6 , R7 , R8 ). Обратите внимание, резисторы (R5 , R6 ) по номиналу такие же, как и (R17,R25 ), (R18, R24 ),(R19, R23 ). Далее напряжение уменьшается вдвое делителем R7, R8 , после чего поступает на ногу AIN1 внутреннего компаратора микроконтроллера. Переключатель JP1 позволяет переключить опорное напряжение на напряжение “средней точки” формируемое резисторами (R20, R21, R22 ). Это делалось для экспериментов и себя не оправдало. Если нет в необходимости, JP1, R20, R21, R22 можно исключить из схемы.

Датчики Холла

Поскольку регулятор универсальный, он должен принимать сигналы от датчиков Холла в том случае, если используется двигатель с датчиками. Предполагается, что датчики Холла дискретные, тип SS41 . Допускается применение и других типов датчиков с дискретным выходом. Сигналы от трех датчиков поступают через резисторы R11, R12, R13 на переключатели JP4, JP5, JP6 . Резисторы R16, R15, R14 выступают в качестве подтягивающих резисторов. C7, С8, С9 – фильтрующие конденсаторы. Переключателями JP4, JP5, JP6 выбирается тип обратной связи с двигателем. Кроме изменения положения переключателей в программных настройках регулятора следует указать соответствующий тип двигателя (Sensorless или Sensored ).

Измерения аналоговых сигналов

На вход ADC5(PC5) через делитель R5, R6 подается напряжения питания двигателя. Это напряжение контролируется микроконтроллером.

На вход ADC3(PC3) поступает аналоговый сигнал от датчика тока. Датчик тока ACS756SA . Это датчик тока на основе эффекта Холла. Преимущество этого датчика в том, что он не использует шунт, а значит, имеет внутреннее сопротивление близкое к нулю, поэтому на нем не происходит тепловыделения. Кроме того, выход датчика аналоговый в пределах 5В, поэтому без каких-либо преобразований подается на вход АЦП микроконтроллера, что упрощает схему. Если потребуется датчик с большим диапазоном измерения тока, Вы просто заменяете существующий датчик новым, абсолютно не изменяя схему.

Если Вам хочется использовать шунт с последующей схемой усиления, согласования – пожалуйста.

Задающие сигналы

Сигнал, задающий обороты двигателя, с потенциометра RV1 поступает на вход ADC4(PC4) . Обратите внимание на резистор R9 – он шунтирует сигнал в случае обрыва провода к потенциометру.

Кроме того, есть вход RC сигнала, который повсеместно используется в дистанционно управляемых моделях. Выбор управляющего входа и его калибровка выполняется в программных настройках регулятора.

UART интерфейс

Сигналы TX, RX используются для настройки регулятора и выдачи информации о состоянии регулятора – обороты двигателя, ток, напряжение питания и т.п. Для настройки регулятора его можно подключить к USB порту компьютера, используя . Настройка выполняется через любую программу терминала. Например: Hyperterminal или Putty .

Прочее

Также имеются контакты реверса – вывод микроконтроллера PD3 . Если замкнуть эти контакты перед стартом двигателя, двигатель будет вращаться в обратном направлении.

Светодиод, сигнализирующий о состоянии регулятора, подключен к выводу PD4 .

Силовая часть

Драйвера ключей использовались IR2101 . У этого драйвера одно преимущество – низкая цена. Для слаботочных систем подойдет, для мощных ключей IR2101 будет слабоват. Один драйвер управляет двумя “N” канальными MOSFET транзисторами (верхним и нижним). Нам понадобиться три таких микросхемы.

Ключи нужно выбирать в зависимости от максимального тока и напряжения питания двигателя (выбору ключей и драйверов будет посвящена отдельная статья). На схеме обозначены IR540 , в реальности использовались K3069 . K3069 рассчитаны на напряжение 60В и ток 75А. Это явный перебор, но мне они достались даром в большом количестве (желаю и Вам такого счастья).

Конденсатор С19 включается параллельно питающей батареи. Чем больше его емкость – тем лучше. Этот конденсатор защищает батарею от бросков тока и ключи от значительной просадки напряжения. При отсутствии этого конденсатора Вам обеспечены как минимум проблемы с ключами. Если подключать батарею сразу к VD – может проскакивать искра. Искрогасящий резистор R32 используется в момент подключения к питающей батарее. Сразу подключаем “– ” батареи, затем подаем “+ ” на контакт Antispark . Ток течет через резистор и плавно заряжает конденсатор С19 . Через несколько секунд, подключаем контакт батареи к VD . При питании 12В можно Antispark не делать.

Возможности прошивки

• возможность управлять двигателями с датчиками и без;
• для бездатчикового двигателя три вида старта: без определения первоначального положения; с определением первоначального положения; комбинированный;
• настройка угла опережения фазы для бездатчикового двигателя с шагом 1 градус;
• возможность использовать один из двух задающих входов: 1-аналоговый, 2-RC;
• калибровка входных сигналов;
• реверс двигателя;
• настройка регулятора по порту UART и получение данных от регулятора во время работы (обороты, ток, напряжение батареи);
• частота ШИМ 16, 32 КГц.
• настройка уровня ШИМ сигнала для старта двигателя;
• контроль напряжения батарей. Два порога: ограничение и отсечка. При снижении напряжения батареи до порога ограничения обороты двигателя понижаются. При снижении ниже порога отсечки происходит полная остановка;
• контроль тока двигателя. Два порога: ограничение и отсечка;
• настраиваемый демпфер задающего сигнала;
• настройка Dead time для ключей

Работа регулятора

Включение

Напряжение питания регулятора и двигателя раздельное, поэтому может возникнуть вопрос: в какой последовательности подавать напряжение. Я рекомендую подавать напряжение на схему регулятора. А затем подключать напряжение питания двигателя. Хотя при другой последовательности проблем не возникало. Соответственно, при одновременной подаче напряжения также проблем не возникало.

После включения двигатель издает 1 короткий сигнал (если звук не отключен), включается и постоянно светится светодиод. Регулятор готов к работе.

Для запуска двигателя следует увеличивать величину задающего сигнала. В случае использования задающего потенциометра, запуск двигателя начнется при достижении задающего напряжения уровня примерно 0.14 В. При необходимости можно выполнить калибровку входного сигнала, что позволяет использовать раные диапазоны управляющих напряжений. По умолчанию настроен демпфер задающего сигнала. При резком скачке задающего сигнала обороты двигателя будут расти плавно. Демпфер имеет несимметричную характеристику. Сброс оборотов происходит без задержки. При необходимости демпфер можно настроить или вовсе отключить.

Запуск

Запуск бездатчикового двигателя выполняется с установленным в настройках уровнем стартового напряжения. В момент старта положение ручки газа роли значения не имеет. При неудачной попытке старта попытка запуска повторяется, пока двигатель не начнет нормально вращаться. Если двигатель не может запуститься в течение 2-3 секунд попытки следует прекратить, убрать газ и перейти к настройке регулятора.

При опрокидывании двигателя или механическом заклинивании ротора срабатывает защита, и регулятор пытается перезапустить двигатель.

Запуск двигателя с датчиками Холла также выполняется с применением настроек для старта двигателя. Т.е. если для запуска двигателя с датчиками дать полный газ, то регулятор подаст напряжение, которое указано в настройках для старта. И только после того, как двигатель начнет вращаться, будет подано полное напряжение. Это несколько нестандартно для двигателя с датчиками, поскольку такие двигатели в основном применяются как тяговые, а в данном случае достичь максимального крутящего момента на старте, возможно, будет сложно. Тем не менее, в данном регуляторе присутствует такая особенность, которая защищает двигатель и регулятор от выхода со строя при механическом заклинивании двигателя.

Во время работы регулятор выдает данные об оборотах двигателя, токе, напряжении батарей через порт UART в формате:

E:минимальное напряжение батареи: максимальное напряжение батареи: максимальный ток: обороты двигателя (об/мин) A:текущее напряжение батареи: текущий ток: текущие обороты двигателя (об/мин)

Данные выдаются с периодичностью примерно 1 секунда. Скорость передачи по порту 9600.

Настройка регулятора

Для настройки регулятора его следует подключить к компьютеру с помощью . Скорость передачи по порту 9600.

Переход регулятора в режим настройки происходит при включении регулятора, когда задающий сигнал потенциометра больше нуля. Т.е. Для перевода регулятора в режим настройки следует повернуть ручку задающего потенциометра, после чего включить регулятор. В терминале появится приглашение в виде символа “> “. После чего можно вводить команды.

Регулятор воспринимает следующие команды (в разных версиях прошивки набор настроек и команд может отличаться):

h – вывод списка команд;
? – вывод настроек;
c – калибровка задающего сигнала;
d – сброс настроек к заводским настройкам.

команда “? ” выводит в терминал список всех доступных настроек и их значение. Например:

Motor.type=0 motor.magnets=12 motor.angle=7 motor.start.type=0 motor.start.time=10 pwm=32 pwm.start=15 pwm.min=10 voltage.limit=128 voltage.cutoff=120 current.limit=200 current.cutoff=250 system.sound=1 system.input=0 system.damper=10 system.deadtime=1

Изменить нужную настройку можно командой следующего формата:

<настройка>=<значение>

Например:

pwm.start=15

Если команда была дана корректно, настройка будет применена и сохранена. Проверить текущие настройки после их изменения можно командой “? “.

Измерения аналоговых сигналов (напряжение, ток) выполняются с помощью АЦП микроконтроллера. АЦП работает в 8-ми битном режиме. Точность измерения занижена намеренно для обеспечения приемлемой скорости преобразования аналогового сигнала. Соответственно, все аналоговые величины регулятор выдает в виде 8-ми битного числа, т.е. от 0 до 255.

Назначение настроек:

Список настроек, их описание:

* – числовое значение 8-ми битного аналого цифрового преобразователя.
Рассчитывается по формуле: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5
Где: U – напряжение в Вольтах; R5, R6 – сопротивление резисторов делителя в Омах.

Если вы хотя бы раз в процессе использования квадрокоптера задавались вопросам о предназначении той или иной детали — о ESC Motor, например, — то наша статья как раз для вас.

ESC Motor, он же Electric Speed Controller — это контроллер скорости, устанавливаемый на бесколлекторных моторах. Основная задача этой детали — передача энергии от аккумулятора к трехфазному бесколлекторному мотору и преобразование в энергию постоянного тока. Еще одна задача electric speed controller — ограничение тока, который проходит через фазы при коммутации.

Для того, чтобы разобраться с работой контроллера ESC подробнее, стоит сначала подробнее узнать об устройстве мотора, чем мы и займемся в статье ниже.

Как работает бесколлекторный мотор квадрокоптера

Бесколлекторный мотор в своей конструкции имеет три фазы (или обмотки). Условно их называют латинскими буквами А, В и С. Все проводники соединяются в фазы с выводами на конце. На картинке ниже вы можете увидеть два способа соединения:

Процессы, происходящие внутри бесколлекторного двигателя в процессе работы, схожи с реакцией рамки с током под воздействием магнитного поля — той самой, из школьных физических опытов. Рамка при помещении в магнитное поле начинала вращаться, притом совершала это движение не постоянно, а до определенного момента. Для постоянного вращения был необходим переключатель направления тока.

По аналогии с физическим опытом: в бесколлекторном моторе рама — это обмотка (или фазы), а переключатель — электроника, которая в определенные моменты подает постоянное напряжение к нужным фазам стартера.

Для того, чтобы работа двигателя была непрерывной, электроника должна уметь распознавать положение ротора. Делает это она при помощи датчиков — оптических, магнитных, дискретных и так далее. Последние, к слову, используются в большинстве современных моделей.

В бесколлекторном двигателе, имеющем три фазы, установлены три датчика соответственно. Именно благодаря им управляющая электроника всегда имеет точные сведения о положении ротора, и в какой момент и к каким фазам требуется подать напряжение.

Но также среди бесколлекторных двигателей встречаются и такие виды, в устройстве которых датчики не предусмотрены. В таком случае положение ротора электроника определяет, проводя измерение напряжения на обмотке, которая в момент проверки находится не в работе.

Когда датчики не ставят?

Бесколлекторные моторы, имеющие в своей конструкции датчики, о которых речь шла выше, считаются наиболее современными, функциональными и технически оснащенными, но вместе с тем и самыми простыми. Всё это делает их наиболее предпочтительными для установки в радиомодели. Однако в мире нет ничего идеального, поэтому такой подвид двигателя также имеет определенные минусы.

Во-первых, для корректной работы от каждого датчика в двигателе необходимо проложить провод для обеспечения питания. Во-вторых, если хотя бы один из датчиков выйдет из строя, то весь двигатель не сможет работать. В-третьих, замена датчика требует полной разборки всего двигателя, а значит относится к дорогостоящим услугам в сервисном центре.

Двигатели с датчиками преимущественно ставятся в те квадрокоптеры, запуск которых связан с большими нагрузками на вал двигателя.

Если же нагрузки на вал не предусмотрены, то можно использовать и двигатель без датчиков. Такой подвид также используется и в моделях, в которых разместить двигатель с датчиками не позволяет конструкция.

Однако, при установке двигателей такого рода стоит учитывать, что в момент запуска могут происходить колебания или вращения оси двигателя в разные стороны.

Какую характеристику Вы бы хотели улучшить в квадрокоптерах?

Обязательный электронный узел

Возвращаемся к electric speed controller. Нужен этот механизм для регулятора скорости вращения электрического магнитного поля и одновременно с этим — для подачи напряжения на те фазы, на которые необходимо.

Конструкция ESC — микроконтроллер, в который встроена программа и силовые ключи MOSFET.

Характеризуется ESC по максимальному показателю подаваемого от батареи к мотору тока.

Из-за этого нередко начинающие радиолюбители-конструкторы отдают предпочтение регуляторам с высокими показателями запаса тока — это не всегда верно. Так, зачастую можно подобрать контроллер и с меньшим запасом, однако работать он будет лучше. К тому же плюсом будет и меньшая стоимость, и меньший вес.

Но вот чем отличаются контроллеры, так это качеством — нередки, к сожалению, случаи, когда производители экономят даже на термопасте. Из-за халатного отношения к производству регуляторы быстро сгорают. Именно по этой причине, если вы выбираете между двумя ESC с идентичными характеристиками, но различной ценой — отдайте предпочтение более дорогому.

Существует два вида регуляторов скорости: BEC и UBEC. BEC — Battery Eliminator Circuit — регулятор, имеющий в своей конструкции встроенный стабилизатор напряжения. Средний показатель мощности такой модели — 5В, именно ей и обеспечивается питание приемника и многой другой аппаратуры квадрокоптера.

UBEC — Universal Battery Eliminator Circuit — съемный стабилизатор напряжения. Некоторые радиомоделисты в конструировании квадрокоптеров отдают предпочтение именно Universal Battery Eliminator Circuit, так как считают, что этот вариант — более надежный, так как не зависит от температуры регулятора.

UBEC’и также делятся на два типа: импульсные и ионные. В целом они практически идентичны, но первые особенно хороши высоким показателем коэффициента полезной деятельности (который, к слову, растет вместе с ценой на изделие) и меньшим перегревом. Однако в случае с таким видом стабилизатора крайне важно не запараллеливать питание. В работе с ионными стабилизаторами такая установка хоть и не рекомендуется, но всё же допускается.

Микроконтроллер, установленный во всех регуляторах, имеет несколько настраиваемых параметров — тормоз, напряжение, время запуска и его жесткость и так далее.

Калибровка регулятора

Несмотря на то, что калибровка регуляторов зависит от конкретной модели квадрокоптера, на котором этот контроллер используется, есть один метод, общий для всех – настройка и калибровка сразу всех регуляторов.

Стоит отметить, что если у вас квадрокоптер от компании DJI, то вам калибровка не потребуется.

Важное замечание – перед тем, как начинать калибровку контроллеров, откалибруйте радио и подключите регуляторы к моторам.

Перед началом работ всегда убеждайтесь в их безопасности – снимите пропеллеры и отключите квадрокоптер от сети или USB.

Дальнейшие работы будут проходить в несколько этапов.

На первом этапе включите пульт дистанционного управления и выведите стик, отвечающий за подачу мощности, в максимальное положение. Если после подключения литий-полимерного аккумулятора огни на полётной аппаратуре начали циклически загораться красным, синим и желтым, значит, вы всё сделали правильно и APM готов к процедуре калибровки.

На втором этапе, не трогая стик мощности, отключите и снова подключите аккумулятор. Благодаря этой процедуре включится режим калибровки для автопилота. Подтверждением этому будет поочередное мигание красных и синих светодиодных огней, словно на автомобиле полиции.

Только после того, как прозвучит сигнал ровно столько раз, сколько банок имеет ваш аккумулятор (например, для 3S должно быть 3 сигнала), вы сможете убрать стик мощности в минимальное положение.

Если после этого вы услышите однократный, но продолжительный сигнал – значит, процесс калибровки окончен.

В качестве проверки немного поддайте моторам газу – если они начали вращаться, то всё сделано верно.

На третьем этапе совершается выход из режима калибровки регуляторов скорости – для этого стик мощности устанавливается в минимальное положение, а аккумулятор отключается.

Более подробную инструкцию о калибровке контроллеров вы можете посмотреть на видео ниже.

В этой статье мы обсудим что такое ESC регуляторы оборотов, что это такое и как они работают. Также расскажем, как правильно подобрать регуляторы оборотов и предложим вам на выбор несколько рекомендованных наименований регуляторов.

ESC — electronic speed controller, переводится как электронный контроллер скорости. В русскоязычном сообществе принято называть их как «регуляторы оборотов», в простонародье «регули» или «регуляторы».

Что делают ESC регуляторы оборотов и как они работают?

Какие задачи у ESC? Для понимания без углубления — все очень просто, регуляторы оборотов, исходя из названия — регулируют скорость оборотов двигателей ориентируясь на команды контроллера полета. Чем быстрее вращается двигатель, тем больше он создает тягу, тем быстрее летит квадрокоптер.

То, как ESC взаимодействуют с двигателями, влияет на скорость и тягу дрона, а также его поведение в воздухе.

На сайте miniquadtestbench.com, QuadMcFly при тестах обнаружил, что разница в тяге между лучшим регулятором и худшим составляет в пределах всего 20%. В сравнение могу привести выбор автомобиля среди различных марок и выбор хорошего регулятора даст вам столько же мощи как и правильно выбранный двигатель автомобиля (точнее, автомобиль с хорошим двигателем).

Как «общаются» регуляторы оборотов (ESC) с контроллером полета?

Для простого понимания — контроллер полета посредством специального протокола посылает данные регулятору оборотов, что нужно прибавить или убавить газ на двигателе. Но двигателю квадрокоптера нельзя просто подать напряжение, так как он трехфазный и требуется попеременно подавать напряжение на определенные участки обмотки. Этим и занимается регулятор оборотов. На нем есть микросхемы, которые называются Мосфеты (MOSFET), и эти платы выполняют роль ключей — открывают и закрывают подачу тока на определенные участки обмотки.

Как уже говорилось выше, для общения полетный контроллер — регулятор оборотов, используются протоколы. В списке ниже, ESC регуляторы оборотов поддерживают различные протоколы, например Dshot1200, Dshot600, Oneshot125, Multishot. Они отличаются скоростью обмена данными, чем выше скорость, тем быстрее будет отзыв двигателей на ваши команды.

Старайтесь выбирать регуляторы, которые поддерживают более современные протоколы, но при этом убедитесь, что ваш полетный контроллер тоже поддерживает этот протокол.

Как выбрать регулятор оборотов (ESC)

На что следует обратить внимание при выборе ESC регуляторов оборотов? Для новичка будет сложновато, но мы постараемся описать как можно подробнее и охватить все параметры. В любом случае, ниже будет список рекомендованных ESC, что существенно упростит вашу задачу по выбору.

В описании указывается как «Power rating» или «Constant». Для квадрокоптеров класса мини и микро(обычно мини дроны строятся на раме размером до 220мм. .) используются 3 основных номинальных мощности:

• <18А;

<18А: такие регуляторы используются на микро-дронах и мини, но с рамами до 180мм, так как с рамами выше вам просто не будет хватать мощностей.

20А: На мини-дронах чаще всего используют регуляторы на 20 ампер: то есть у вас рама 180-220 миллиметров и пропеллеры размером до 6 дюймов + аккумулятор 3-4S.

30А: Сейчас это стандарт для гоночных квадрокоптеров и с такими регуляторами вы получите отличный дрон для гонок и фристайла. Рамы можно использовать для гоночных размером до 250мм.

Есть регуляторы с еще большей мощностью, но это уже значительно выше цена, размер и вес.

Пиковая мощность или взрывная мощность

В описании указывается как «Burst power rating». Это количество мощности, которое регулятор сможет обработать в короткий промежуток времени. Это довольно важный параметр для гоночных мини дронов, так как часто на гоночных происходит резкое изменение скорости — сейчас вам нужно погасить скорость, чтобы пролететь препятствие и следом резко дать полный газ для ускорения.

Поддержка аккумуляторов

Все регуляторы из нашего списка поддерживают аккумуляторы LiPo 4-6S, но сейчас все чаще некоторые собирают дроны 5S и 6S, поэтому, если вы купите регулятор с поддержкой 6S, а сами соберете дрон на 3S, например, то это будет пустая трата денег. Какой у вас аккумулятор? Вот под такой и ищите регулятор, это тоже указывается в характеристиках, как указано на скрине выше.

Форм-фактор (размер)

Форм-факторы ESC регуляторов оборотов бывают 3 типов:

• Для крепления на лучах рамы;
• 4 в 1 — для крепления над или под полетным контроллером;
• Каждая плата регулятора имеет размер 35х35мм и собирается башней над полетным контроллером или под ним.

Чаще всего покупают регуляторы для крепления на лучах рамы, так как такие проще поменять в случае необходимости, да и проще следить за их состоянием. Крепятся они обычно пластиковыми стяжками:

4 в 1 — это одна большая плата размером с полетный контроллер, которая крепится над или под ним. Придумана для экономии места и веса и используется в основном на микро-дронах, но сейчас набирает популярность и на мини. Но есть один минус — если выйдет из строя один регулятор, придется менять всю плату целиком.

Отдельные регуляторы 35х35мм используются как раз для исключения проблемы выше и крепятся над или под полетным контроллером. Удобство в том, что ничего не висит на лучах рамы, особенно если рама маленькая с тонкими лучами. Если сгорит один регулятор — можно будет легко заменить его, в отличие от 4 в 1.

Вес

Каждый регулятор имеет свой вес, их 4 штуки — значит вес одного умножаем на 4. В этом плюсы 4 в 1 — плата весит меньше, чем по отдельности. Ищите наиболее легкие платы, чтобы дрон был наиболее маневренный. Здесь сэкономите, на камере сэкономите, на антеннах и так далее — в итоге сэкономите 50-100гр.

Прошивка регуляторов оборотов

Эта информация всегда пишется магазином. Самые известные:

• BLHeli. Пользовался популярностью в 2015-2016 годах. После чего эту прошивку заменила следующая версия — BLHeli_S. Сейчас не используется.
• BLHeli_S — создавался для контроллеров ВВ1 и ВВ2. Регулятор под управлением этой прошивки работает значительно плавнее. S — здесь обозначает ту самую «плавность».
• BLHeli_32 — в данный момент на большинстве регуляторов используется именно эта прошивка. Она распространяется с закрытым кодом и в ней уже есть возможность настроить в регуляторах телеметрию, настроить светодиоды и другое.
  Регуляторы с BLHeli_32 немного дороже, так как у них есть датчики и телеметрия. В гоночных дронах обычно эту «мишуру» не используют, но если вы хотите — то почему нет?)
• KISS — прошивка для регуляторов, которые работают с полетным контроллером KISS.
• SimonK — некогда популярная прошивка, которая теперь вышла из под контроля. Не рекомендуем покупать регуляторы с этой прошивкой.

Чип контроллера

Уже давно не является определяющим параметром, но в спецификациях иногда его указывают. У регуляторов BLHeli_S или BLHeli_32 с поддержкой DSHOT всегда хорошие чипы.

Провода

Оптимальным вариантом считается припаивание проводов мотора сразу к плате регулятора, но часто в продаже находятся регуляторы со своими проводами и приходится либо отпаивать их, либо паять провод-провод.

Аппаратный PWM драйвер

Если эта функция есть (ее может и не быть) на ваших регуляторах, то моторы станут работать на них немного тише и немного эффективнее. Также функция обеспечивает более точный контроль, но на практике это мало кто заметит.

Как это работает: управление скоростью вращения двигателей осуществляется путем повышения или понижения напряжения, подаваемого на моторы. Это регулируют полевые транзисторы (мосфеты), те самые квадратики на плате, они открываются и закрываются, управляя процессом вращения двигателя. Время открытого и закрытого состояния мосфетов напрямую зависит от подаваемой мощности.

Так вот, до недавнего времени, этот процесс управлялся только чипом, управляющим регулятором. KISS добавили еще один чип, который отвечает только за процесс выдачи сигнала.

Благодаря этому, регуляторы, а точнее моторы работали на них очень гладко и сообществу пилотов это очень понравилось.

Помимо KISS, аппаратный PWM драйвер есть и у регуляторов BLHeli_32.

Что еще нужно учитывать?

Параметры выше важные, но также нужно учитывать энергопотребление самих двигателей . Несомненно, что регуляторы на 30 Ампер покроют потребность почти всех двигателей и поэтому об этом было решено написать в конце, чтобы окончательно не запутать вас, потому что придется смотреть в таблицу с характеристиками двигателя:

Блок Load Current (A) — то есть, сколько в пиковой нагрузке будет потреблять двигатель. В нашем случае это Racerstar 2205 и в пике он потребляет 27.6 Ампер, что полностью покрывают регуляторы оборотов на 30 Ампер.

Ниже представляем вам список рекомендованных регуляторов оборотов, которые по нашему мнению заслуживают внимание и которые можно покупать, не опасаясь плохой работы. За цену ничего не можем сказать, так как курс рубля часто меняется, а наши друзья китайцы продают все в долларах.

Также, можете упростить себе задачу и искать регуляторы с прошивкой BLHeli_32 или _S (но S уже все же устаревшая прошивка на 2019 год) и с мощностью 20-30 Ампер. Если вы новичок, то таких параметров вам точно хватит, не ошибетесь.