有人以为，无人机（UAV）或无人驾驶飞机的商业重要性能够与互联网一样重要。诸如空中摄影和录像等高功能使用在很大水平上被无人机民主化，具有很大的吸引力和相应的低音量。更深奥的用处包括农业管理，估计其在医疗使用中的运用将添加。

　　由于为企业提供交钥匙处理方案的公司曾经呈现了'无人机即效劳'的概念。有关立法的廓清有助于协助而不是障碍蓬勃开展的行业，虽然对全体无效载荷有所限制，但其优越性简直都失掉了保证。亚马逊和Facebook等大型组织正在积极开发项目，辨别运用无人机在偏僻地域交付商品和互联网衔接。

　　这些新兴使用将越来越依赖自主性，因而，无人机能够成为完全融入社会的第一种真正自动驾驶汽车。这是一个活泼的研讨范畴，曾经呈现了商业零碎，例如家庭监控无人机，它可以在检测到挪动时自动导航修建物的周边，并经过互联网将房屋所见到的信息传达给房主。

　　除了无人驾驶，无人机也不受限制。包括电源，处置和无效负载的紧凑型零碎。为了真正有用，即便在风险和易变的天气条件下，它们也需求坚持波动和高效。虽然一次充电可以尽能够长工夫地运转，但它们将不可防止地需求可以本人停靠以充电，使它们可以简直有限期地自主运转。这种准确的控制和导航程度正在发明对新技术的需求，突出了无人机开发最重要的两个特点：电机控制和导航。

　　电子速度控制

　　作为一个零碎，无人机可以用包括飞行控制器，电子速度控制器（ESC），电池和无效载荷的功用元从来描绘。ESC与飞行控制器分开但仍由其管理是相关的。这次要是由于它是一个复杂的功用，可以从公用处理方案中受害。

　　ESC担任控制每个电机的速度，因而每个电机通常都有一个公用的ESC。为了协调它们的运转，一切的ESC必需可以直接或直接地经过飞行控制器互相通讯;在典型的无人机中，能够会有四个ESC和四个电机。ESC曾经成为一个杰出范畴，通常表现为一个可以轻松集成的完好子零碎，如今曾经有一小局部但越来越多的ESC处理方案可用。

　　由于波动性和效率在无人机技术中至关重要，电动机的控制方式对无人机的操作至关重要。许多ESC供给商采用的办法是磁场定向控制（FOC），一种控制电机转矩的技术，并经过这种技术来控制转速。FOC施行得很好时，可完成减速度的疾速变化而不会引入不波动性，允许无人驾驶飞机执行复杂的机动举措，同时最大限制地进步效率。在FOC中疾速计算驱动矢量是至关重要的，这就是为什么它已成为普通针对电机控制，特别是针对ESC的微控制器供给商的重点。

　　无人机最受喜爱的无刷直流电机是由于其体积小，本钱昂贵，经久耐用。为了进一步降低资料本钱，无人机制造商通常会采用无传感器拓扑;也就是说，电机的地位是经过监控电机的形态而不是转子的地位来确定的。经过FOC算法对无传感器BLDC电机的控制十分复杂，这也是为什么交钥匙处理方案曾经开端呈现在抢先的微控制器制造商身上的另一个缘由。

　　其中一个例子是意法半导体的STeval-ESC001V1电子速度控制器（ESC），该器件将意法半导体的STM32F303CBT7微控制器和电机控制SDK与其L6398驱动器和STL160NS3LLH7功率MOSFET集成在一同。它们一同构成一个完好的处理方案，用于驱动单相三相无刷电机，无论是运用无传感器FOC算法的BLDC或PMSM（永磁同步电机）。功率MOSFET是N沟道30 V，160 A STripFET H7器件。该设计可以提供20 A的最大RMS电流，这足以驱动专业无人机中运用的电机。图1显示了该处理方案的框图。

　　意法半导体指出，FOC的运用，而不是像某些ESC所运用的梯形控制算法，可提供更好的转矩控制，而其提供的施行还可在加速时期提供自动制动和能量恢复。

图1：基于面向场控制的意法半导体STeval-ESC001V1电子速度控制处理方案框图，该处理方案是为无人机开发的。
图2（上侧）和图3（下侧）中显示了测量略小于30 mm×60 mm的组装板，突出显示了关键功用组件。

图2：STeval-ESC001V1（顶部）。

图3：STeval-ESC001V1（底部）。

　　评价板运用ST-link / V2编程器停止编程，可以运用ST电机控制任务台配置固件（有关运用MC任务台的冗长视频引见）。运用该软件和评价板，工程师可以剖析电机并编译驱动该电机所需的固件。当用于驱动电机每相的信号由电路板计算并使用时，将运用PWM信号来设置电机的速度。如图4所示，1060μs和1860μs之间的脉冲辨别用于将电机速度设置为最小值和最大值之间。

图4：用于调理由STeval-ESC001V1控制的电机速度的PWM信号。

　　ESC参考设计

　　关于许多半导体制造商来说，电机控制普通来说是一个越来越重要的使用范畴，尤其是那些具有弱小微控制器产品组合的使用范畴。这包括德州仪器，该公司开发并完成了FOC处理方案，该处理方案事后装置在局部PiccoloMCU的ROM中，并可经过API拜访。

　　假如没有传感器来提供有关电机地位的反应，则选择是以开环配置运转电机，还是运用其他方式的反应。应该留意的是，闭环配置提供了更好的控制并且招致更好的全体功能。为闭环运转提供必要的反应信息属于公用固件功用，称为察看器，该功用应用电机绕组中发生的反电动势来估量其地位。出于这个缘由，固件也被称为预算器。

　　在TI的处理方案中，预算器固件被称为InstaSPIN-FAST，它代表流量，角度，速度和扭矩。FAST被描绘为通用三相电机软件编码器，可以与一系列电机配合运用，包括同步和异步直流和交流电机。FOC转矩控制器软件InstaSPIN-FOC作为TI MotorWare软件包的一局部，无偿使用，收费下载处理方案。但是，该处理方案的FAST局部是专有的，仅在支持的MCU中作为基于ROM的代码提供;而InstaSPIN-FOC可以从RAM或Flash执行，FAST算法必需一直从ROM执行。

　　德州仪器的无人机ESC的高速无传感器FOC参考设计为评价InstaSPIN技术提供了一种复杂的办法。它基于C2000 Piccolo LaunchPadLAUNCHXL-F28069M开发板（图5）和DRV8305EVM三相电机驱动器BoosterPack评价模块（图6）。

图5：C2000 Piccolo LaunchPad LAUNCHXL-F28069M开发板。

图6：DRV8305EVM三相电机驱动器BoosterPack评价模块。

　　在这样一个竞争剧烈的范畴中，功能与易用性相婚配通常可以成为选择特定处理方案的十分有压服力的理由，在这方面，TI已尽一切努力在竞争中锋芒毕露。例如，控制算法需求理解与受控电机相关的某些参数，但TI以为其处理方案需求提供更少的电机参数，以致于无需数据表。此外，一旦电机被辨认出来，InstaSPIN-FOC和FAST处理方案就不需求调整，不像大少数其他处理方案。

　　预算器任务的精度是另一个关键参数，在这里，TI表示其处理方案可以在一个电气周期内开端追踪，并且可以坚持低于1 Hz的精度;其他处理方案通常仅在5赫兹以上的频率上才是精确的，并且能够在高频时遭到损害。这些优势还意味着TI的处理方案可以在启动时提供100％的扭矩，并在零速下完全波动。

　　这些开发平台和交钥匙处理方案的可用性意味着如今更容易开端无人机设计。TI表示，其处理方案可以在两分钟内启动并运转，突出了FOC处理方案在很短工夫内的成熟水平。但是，导航并非一定如此，但它正在迅速开展，不可防止的是，不久将有处理方案可以为各种无人驾驶车辆提供全自主导航。

　　差分GNSS

　　导航次要由一件事情复杂化：妨碍。没有任何妨碍可以防止，汽车曾经是自动驾驶的，但现实上从A点到B点会更复杂，假如它是一条没有任何距离的直线。侥幸的是，在天空中，状况往往如此。出于这个缘由，自主无人机很能够早于平常。当然，依然有必要思索碰撞检测和防止技术，但总的来说，飞行的物体比那些没有飞行的物体有很大的优势。

　　全球导航卫星零碎（GNSS）的运用如今与导航同义，当与地图软件一同运用时，它成为一个弱小的组合。但是，全球导航卫星零碎的准确度仅在米以内，而非自动无人驾驶飞机自身能够测量的间隔不到一米的厘米数。关于某些使用场所，例如反省大型露天区域或数公里的空中油管，这能够是可以承受的。关于新兴的无人机使用，例如货物交付，需求更高的精确性。

　　假如没有支持这种精确度的根底设备，自主设备将依托机器视觉来协助他们驾驭真实世界。但是，新兴的处理方案提供了合适某些使用的准确度级别。他们采用差分全球导航卫星零碎（DGNSS），该零碎运用基站提供的校负数据来改良和校正由挪动物体（被称为遨游者）导出的定位数据。

　　该技术被称为实时运动学（RTK），并由无线电技术委员会海事效劳组织（RTCM）定义的国际公认规范涵盖。它依赖于基站和活动站之间的实时通讯信道，最常用于高端测量设备。但是，这项技术曾经开端在定位为群众市场处理方案的模块中提供。一个例子是来自u-blox的GNSS定位模块，包括NEO-M8P-0和NEO-M8P-2模块，辨别为活动站和基站设计。

　　该公司表示，这些模块的设计普通可满足无人驾驶车辆的需求，但其中包括的功用特别合适无人机，例如挪动基准线形式;这一功用使基站可以像遨游车一样挪动。例如，这能够与送货无人机相关，该无人机从效劳于临近地域的更大，更传统的运载工具启动并前往。

　　这些模块基于u-blox M8 GNSS接纳器，该接纳器与GPS，GLONASS和北斗卫星导航网络兼容，并且可以同时运用GPS和GLONASS或北斗，从而为初次修复提供更快的工夫。但是，u-blox指出，假如RTK更新速率很关键，那么它们只能用于GPS形式。图7阐明了这些模块如何操作。

图7：运用u-blox NEO-M8P模块创立厘米精度定位的DGNSS处理方案。

　　基站为活动站提供RTCM 3音讯流（参考站参数）。然后，活动站必需处理载波相位模糊成绩，此时它可以进入RTK固定形式并开端完成厘米精度的定位数据。依据u-blox的说法，这个进程通常不到60秒，被称为收敛工夫。当接纳器可以看到至多六颗继续锁相的卫星时，遨游车将仅进入RTK固定形式;假如与GLONASS零碎同时任务，则至多需求来自第二个零碎的两颗卫星可见，而随着北斗，这个卫星将添加到三个。

　　在RTK形式下操作时，活动站的地位将绝对于基站地位停止报告。因而，遨游车的相对地位将参考基站的相对地位，以及遨游车绝对于它的地位。这也与无人机需求前往充电站以便对其电池充电的使用有关。当基站在挪动基线形式下任务时，其相对地位不再固定。但是，遨游者依然可以坚持厘米绝对于它的准确定位，例如，当无人机以“跟随我”形式操作时，遨游者可以适用。随着DGNSS定位的引入，完全自主的无人机概念的确开端构成。

　　结论

　　自主性和波动性将成为将来无人机的关键特征。随着诸如基于FOC的电机控制和DGNSS等技术变得愈加整合，无人机的疾速和继续开展失掉了保证。这些预集成处理方案的可用性使得开发先进无人机的进程变得更复杂，为盼望应用令人兴奋的新能够性的OEM提供了时机。

来源：飞机E族，原载地址：http://www.feijizu.com/news/20180417/7340.html欢迎分享本文！