Меню

Схема регулятора для квадрокоптера

ESC регуляторы оборотов, что это, как они работают и как выбрать

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

Регуляторы оборотов

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

  1. Что делают ESC регуляторы оборотов и как они работают?
  2. Как «общаются» регуляторы оборотов (ESC) с контроллером полета?
  3. Строение регуляторов оборотов (ESC)
  4. Что такое MOSFET регулятора оборотов квадрокоптера?
  5. Что такое драйвер затвора регулятора оборотов?
  6. Что такое микроконтроллер?
  7. Что такое регулятор напряжения в регуляторе оборотов?
  8. Другие компоненты
  9. Какие по строению бывают регуляторы оборотов?
  10. Строение ESC
  11. Как выбрать регулятор оборотов (ESC)
  12. Номинальная мощность
  13. Пиковая мощность или взрывная мощность
  14. Поддержка аккумуляторов
  15. Форм-фактор (размер)
  16. Вес
  17. Прошивка регуляторов оборотов
  18. Чип контроллера
  19. Провода
  20. Аппаратный PWM драйвер
  21. Что еще нужно учитывать?
  22. Рекомендованные ESC регуляторы оборотов

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.

Дрон в полете

То, как ESC регуляторы оборотов 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.

Регулятор оборотов крупным планом

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.

Строение регуляторов оборотов (ESC)

Строение регуляторов оборотов не слишком сложное, они состоят из:

  • MOSFET;
  • Драйвер затвора (gate drivers);
  • Микроконтроллер;
  • Регулятор напряжения.

В некоторых ESC также устанавливаются светодиоды и/или датчики тока.

Что такое MOSFET регулятора оборотов квадрокоптера?

MOSFET (metal-oxide- semiconductor field effect transistor) — это полевой транзистор с изолированным затвором. Он работает как ключ — драйвер затвора подает сигнал — MOSFET открывается и подает ток на определенную область статора, там самым, заставляя магниты вращать колокол двигателя из-за того, что обмотка (статор) попеременно меняет напряжение в определенных частях так, чтобы магниты начинали притягиваться в определенный момент времени к определенной части статора — таким образом, колокол двигателя начинает вращаться. Все это происходит много раз за доли секунды.

Что такое драйвер затвора регулятора оборотов?

Драйвер затвора управляет кучей мосфетов, о которых рассказано выше. Он определяет, когда полевому транзистору открыться, а когда закрыться.

В регуляторах оборотах производителем могут использоваться специальные драйверы, которые эффективны в управлении при использовании функции активного торможения двигателями.

В идеале, для каждой фазы двигателя должен использоваться свой драйвер затвора, поэтому компания Fortio начала производство микросхем FD6288 для BLHeli_32, которые совмещают в себе 3 независимых драйвера затвора.

Что такое микроконтроллер?

Это мозги регуляторов оборотов. Именно этот чип прошивается и в него загружается прошивка BLHeli.

Что такое регулятор напряжения в регуляторе оборотов?

Здесь тоже все просто исходя из названия — этот компонент регулирует напряжение для питания всех компонентов ESC.

Другие компоненты

Светодиоды — они на ESC просто для красоты и уведомлений, больше никакую функцию не несут и уж тем более никак не влияют на производительность.

Датчик тока — служит для отображения в OSD текущего тока, который подается на регуляторы оборотов.

Какие по строению бывают регуляторы оборотов?

Как вы возможно уже знаете, регуляторы оборотов бывают 4 в 1 и отдельные. 4 в 1 становятся все популярнее, так как это компактность и их можно установить в стак с полетным контроллером и такие регуляторы оборотов как правило совмещены с платой распределения питания (PCB), что опять же экономит место и вес. Выглядят они вот так:

ESC регуляторы оборотов, что это, как они работают и как выбрать

Отдельные регуляторы оборотов представляют из себя изолированные платы с компонентами с индивидуальным питанием и подсоединением:

Читайте также:  Subaru forester регулятор холостого хода

TEKKO32 F3 SLIM регуляторы оборотов (ESC) 2

Строение ESC

Теперь рассмотрим строение ESC на примере платы 4 в 1 и индивидуального регулятора оборотов.

ESC регуляторы оборотов, что это, как они работают и как выбрать

И оригинал фото:

Holybro Tekko32 35A BLHeli_32 ESC

Теперь регулятор оборотов 4 в 1:

ESC регуляторы оборотов, что это, как они работают и как выбрать

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.

Номинальная мощность

Номинальная мощность

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

    Пиковая 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

Аккумулятор для регулятора

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)

размеры регуляторов

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:

Крепление регуляторов оборотов

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.

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

Версия прошивки

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

Контакты без проводов

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.

Читайте также:  Реле регулятор ситроен ксантия

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:

таблица совместимости пропеллеров и тяги

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.

Рекомендованные ESC регуляторы оборотов

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.

Название Мощность (Амперы) Lipo Цена за комплект (USD) Прошивка Магазин
Racerstar (RS) 20 / 30 4S $7-29 BLHeli_S Aliexpress
Banggood
KISS 24 5S $98 KISS Aliexpress
Littlebee Spring 30 4-6S $28 BLHeli_S Aliexpress
Banggood
Также, вы можете воспользоваться поиском и купить регуляторы на 20 и 40 ампер.
Littlebee Summer 30 4-6S $55 BLHeli_32 Aliexpress
Banggood
REV35 35 4-6S $22.99 BLHeli_32 Aliexpress
Banggood
Eachine Wizard (как запчасть для этого дрона, но подойдет и любому другому) 45 4-6S $34.77 BLHeli_32 Aliexpress
Banggood

Это основные регуляторы для квадрокоптеров, которые пользуются популярностью в СНГ, да и не только. В основе, конечно, это RaceStar и LittleBee из-за своей цены. Если у вас есть предложения по регуляторам, пишите в комментариях, добавим.

Источник

Часть 6. Подключение элементов квадрокоптера

В этой статье мы постараемся осветить все тонкости подключения сигнальных и питающих цепей коптера. Это действительно важный порос с учетом того, что в нем сочетаются радиочастотные цепи и питающие токи в десятки ампер. Мы довольно условно нарисовали схему квадрокоптера со всеми электрическими связями. По крайней мере нашего коптера.

Далее подробно рассмотрим особенности подключения различных элементов.

Подключение силовых цепей

Питающие напряжение берется с аккумулятора. Самым простым и правильным способом является размещение на коптере ответного разъема, который в свою очередь подключен к потребителям.

Нет никакой нужды устанавливать на коптере выключатель питания. Во-первых, потому что понадобится огромный, тяжелый выключатель на несколько десятков ампер. Во-вторых, вы и так постоянно будете снимать и устанавливать аккумулятор.
Раньше мы в качетве минусового провода использовали раму коптера. Это не самый безопасный подход из-за повышения риска короткого замыкания. Сейчас у нас все цепи разведены проводами.
Аккумулятор должен быть подключен к регуляторам оборотов и полетному контроллеру (в случае использования DJI NAZA). Как это сделать качественно вопрос сложный. Мы считаем, что наилучший способ — это подведение каждого провода отдельно до разъема. Другими словами каждый регулятор должен иметь свой плюсовой и минусовой провод до разъема. Выглядит, конечно, ужасно, но работает отлично.

Это нужно для того, чтобы исключить взаимных наводок по цепям питания. Понять откуда они берутся можно из этой статьи.
В продаже есть платы-дистрибьюторы питания, но мы считаем, что нет ничего лучше и надежней, чем хорошо спаянный и изолированный контакт:

Подключение питания регуляторов

Также от разъема аккумулятора стоит вывести клеммник или другой запасной разъем. DJI NAZA имеет свой стабилизатор питания, который на нашем коптере подключен к этому клеммнику, но, даже если у вас другой контроллер, то все-равно стоит предусмотреть такой клеммник для питания подсветки или камеры.

Разъем питания контроллера

Подключение регуляторов к DJI NAZA

Регулятор для управления использует стандартный PDM-сигнал, как сервопривод. На контроллерах уже предусмотрены трехконтактные ответные разъемы. Надо понимать, что чаще всего регулятор является источником напряжения 5В. От этого напряжения можно запитать и контроллер, и приемник (если вы используете не NAZA). Причем, необходимо подключить питание только от одного регулятора, а в остальных вытащить этот контакт из разъема.
Если вы используете полетный контроллер DJI NAZA, то отключить все линии 5В, так как у него есть свой стабилизатор питания.

Подключение приемника

В самом простом случае для управления коптером достаточно четырех каналов. Еще нужно подать питание на на приемник. Обычно для этого используют два трехжильных провода мама-мама. Мы решили пойти дальше и сделали специальную плату:

Плата для соединения приемника с полетным контроллером

Размеры этой платы подогнаны так, что приемник можно приклеить двусторонним скотчем сверху к NAZA и просто воткнуть плату для коммутации. Так гораздо аккуратней и надежней.

Файл печатной платы можно скачать здесь.

Подключение двигателей

Двигатели подключаются к регуляторам тремя силовыми проводами. Тут мало что можно добавить. Помните, что для изменения направления вращения достаточно поменять местами два любых провода.

Подсветка

Подсветка коптера на схеме не показана, но у нас уже была подробная статья о том, как ее лучше сделать.

Источник



Краткий гайд по квадрокоптерам для FPV. Часть третья — про двигатели и регуляторы.

Первая часть, в которой я рассказал о том, что такое FPV-полёты и что для них нужно, а так же посоветовал пару коптеров для новичков.

Вторая часть — про аккумуляторы и аппаратуру радиоуправления.

В конце второй части я обещал, что в следующей будут видосики с полётов, но майский снег и ветер внесли свои коррективы. Поэтому сегодня снова теория об устройстве коптера =( Впрочем, эта часть будет полезна не только подписавшимся на меня уже 40+ людям (спасибо, что мотивируете меня писать дальше), но и любому, кто так или иначе покупает себе какую-нибудь летающую игрушку. И вот с истории про летающие игрушки я сегодня и начну.

Примерно с полгодика назад мне от знакомой досталась мечта любого мальчика до 40 лет — большой и яркий радиоуправляемый вертолётик. Вот такой:

Достался он мне с диагнозом — включается, сервы шуршат, но винт не крутится. Ну это не мудрено — ответил я подруге — вертолётик-то у вас коллекторный! Готовьтесь менять движки.
Вертолётик по итогу летает после замены двигателя (видео, каюсь, я подзатянул), но головной боли с коллекторными движками хватает мне и по сей день. Так что же это за зверь такой?

С коллекторными двигателями сталкивались, я уверен, практически все из вас. Любые китайские движущиеся игрушки, радиоуправляемые вертолётики и машинки, зубные щётки. Коллекторные движки весьма дёшевы (до 300 рублей), а потому и ставятся дядюшкой Ляо на 90% коптеров в ценовом сегменте до 5000 рублей. Так что с большой долей вероятности первый бюджетный квадрик, который Вы себе возьмёте для обучения, будет именно на них.
Если кто ещё не видел — вот фотка коллекторных движков:

А вот схема коллекторного мотора (в реале ротор имеет три обмотки):

Тот самый коллекторно-щёточный узел, давший название этому типу двигателей, в итоге и стал ахиллесовой пятой — соприкасающиеся с валом угольные щётки постепенно истираются, и после некоторого времени активной эксплуатации или пары-тройки серьёзных ударов контакт теряется, изнутри движка весело сыпется угольная пыль, а Вы в очередной раз идёте на почту за новым движком с Али.

Так что единственные коллекторные коптеры, пригодные для занятий «серьёзным» FPV — это крохотные умещающиеся на ладони тинивупы — самое то для полётов по квартире или в каком-нибудь другом помещении. Все же остальные коллекторники — по сути своей игрушки, и серьёзных результатов с ними Вы вряд ли добьётесь.

Думаете — «Фантом»? Нет, очередной коллекторник от Симы, пусть и выглядящий серьёзно.

И в этой весьма досадной ситуации к нам на выручку приходит альфа и омега современного дроностроения — бесколлекторный движок:

Скажете — те же обмотки, те же магниты, в чём разница-то? А разница в том, что подвижных электрических соединений на бесколлекторнике нет! Истираться нечему! Центральная часть с обмотками является статором (то есть никуда не вращается во время работы), а ротором — вращающейся частью — является крышка — колокол с закреплёнными на ней магнитами.
Мало того — бесколлекторный двигатель можно закрепить практически где угодно, на любой поверхности и прикрепить непосредственно на ось движка пропеллер, без необходимости городить сложный редукторный узел, как это делается на больших коллекторных коптерах.

Так что на всех гоночных (да и любых профессиональных) коптерах устанавливаются именно бесколлекторные моторы. Единственным недостатком по сути является цена — где-то от 1000 за нормальный б/к движок.

С теми, какие у нас существуют типы двигателей, мы разобрались. Теперь — про то, как они управляются. А для управления что коллекторным, что бесколлекторным движком используется регулятор оборотов, он же ESC. Дальше я рассмотрю бесколлекторный регулятор, ибо мы говорим всё-таки о дронах =)
Представляет он собой платку, с одной стороны (на первом фото слева) которой выведены провода к + и — аккумулятора, а так же пучок проводов на приёмник/полётный контроллер (gnd, +, сигнал). С другой стороны (на первом фото справа) выведены три провода для подключения трёх проводов двигателя.

У регулятора есть пара важных характеристик, пробежимся кратко по ним:
1) Максимальный вольтаж аккумулятора (в банках). На первом фото — от 2S до 3S, на втором от 2S до 6S. О том, что это — смотрите предыдущую часть. Поставите больше, чем надо — сгорит.
2) Максимальный ток, который способен выдержать регуль. На первом фото — до 10 ампер, на втором от до 45 ампер.

На сегодня пока всё. В следующей части расскажу про мозги коптера и, возможно, режимы полёта. По традиции — ответы на все вопросы в комментах =)

Источник