无人机速度模块技术要点分析

一、运行要点

1. 电子调速器(ESC)工作流程

信号解析:ESC接收飞控发出的油门指令,通过微控制器解析目标转速。

无传感器位置检测:基于反电动势估算转子位置,实现无霍尔传感器的电机换相控制。

三相逆变输出:栅极驱动器放大MCU信号,驱动6个MOSFET组成的三相桥,将直流电转换为三相交流电驱动无刷电机(BLDC)。

2. 空速测量流程

压力采集:差压传感器测量动压(Pd),绝压传感器测量静压。

信号调理:通过运放(如AD620)和减法电路对传感器信号放大调零,适配ADC输入范围。

真空速解算:结合动/静压数据,采用分段线性插值算法实时计算真空速,误差控制在2.5%以内。

二、技术要点

(1)核心硬件方案

(2)先进控制算法

模糊PI双闭环控制:

外环(速度):模糊PI动态调整比例/积分系数,提升响应速度并抑制超调(传统PID超调量降低20%以上)。

内环(电流):滞环控制实现快速转矩跟踪,确保电机启动瞬态稳定性。

FOC优化技术:

自动电机参数识别(如绕组电阻、电感),缩短调参时间。

基于绕组电阻变化的电机温度估算,防止过载损坏。

(3)空速测量技术

高精度ADC采样:STM32F103内置12位ADC,52次采样剔除极值后加权平均,抑制噪声。

动态误差补偿:针对机体扰动导致的静压测量误差,通过机头距离/机身形状建模修正。

三、技术难点

1. 高速电机控制稳定性

挑战:低电感电机在>10kRPM时电气频率达1.2kHz,易引发电流纹波和转矩波动。

解决方案:

提升PWM频率至60kHz,降低纹波;

采用FAST™观测器优化反电动势估算精度。

2. 动态响应与能效平衡

挑战:快速机动(如0.2s内提速9kRPM)需大电流,但过度响应会缩短续航。

解决方案:

阻塞换向技术提升FOC效率,延长飞行时间15%;

模糊PI自适应调节电流环限幅值。

3. 空速测量环境干扰

挑战:机体绕流场扰动静压,导致位置误差。

解决方案:

空速管前置设计 + 绕流场CFD仿真修正;

多传感器融合。

4. 实时计算资源约束

挑战:真空速解算涉及复杂分段插值,传统方法占用大量MCU资源。

解决方案:

线性低次插值替代高次多项式,兼顾精度与实时性;

硬件加速。

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