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。