無刷直流電機控制原理

電機驅動控制就是控制電機的轉動或者停止，以及轉動的速度。電機驅動控制部分也叫做電子調速器，簡稱電調。電調對應使用的電機不同，分無刷電調和有刷電調。

有刷直流電機的永磁體是固定不動的，線圈繞在轉子上，通過一個電刷跟換相器接觸間斷來改變磁場方向來保持轉子持續轉動。無刷直流電機，顧名思義，這種電機是沒有所謂的電刷和換相器的，他的轉子是永磁體，而線圈是固定不動的，直接接到外部電源，問題就來了，線圈磁場方向怎么改變呢？事實上，無刷直流電機外部還需要一個電子調速器，這個調速器說白了就是一個電機驅動，它隨時都在改變著固定線圈內部電流的方向，保證它跟永磁體之間的作用力是相互排斥，持續轉動得以延續。

有刷電機工作可以不需要電調，直接把電供給電機就能夠工作，但是這樣無法控制電機的轉速。無刷直流電機工作必須要有電調，否則是不能轉動的。必須通過無刷電調將直流電轉化為三相交流電，輸給無刷直流電機才能轉動。

最早的電調可不是像現在的電調一樣，最早全是有刷電調，說道這你可能要問了，什么是有刷電調，和現在的無刷電調有什么區別。事實上這差別可大了去，有刷電調和無刷電調都是根據電機來說的，現在電機的轉子，就是能轉動的部分全是磁鐵塊，線圈是定子不轉動的，因為這中間沒有碳刷，這就是無刷直流電機。

而有刷電機呢，顧名思義就是有碳刷，所以就是有刷直流電機，像我們平常小孩子玩的一二十塊錢的遙控車用的電機就是有刷直流電機。電調就是根據這兩種電機而命名的有刷電調和無刷電調。從專業的角度來講呢就是有刷電調就是輸出時直流電，無刷電調輸出是三相交流電。直流電就是我們電池里存儲的電，有正負極之分，我們家用220V的，用于手機充電器或者電腦的電源都是交流電。

交流電就是帶有一定的頻率，通俗講就是一根線上正負、正負的來回交換著；直流電就是正極是正極，負極是負極。交流直流弄清楚了，那么什么又是“三相電”呢？理論講三相交流電是電的一種傳輸形式，簡稱三相電，是由3個頻率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流電勢組成的電源。通俗的講，就是我們家用的三項交流電，除了電壓、頻率、驅動角不同，其他都一樣，現在對于三相電和直流電都了解了吧。

無刷電調，輸入的是直流電，通過一個濾波電容穩定電壓。然后分成倆兩路，一路是電調的BEC使用，BEC是給接收機與電調自身單片機供電使用的，輸出至接收機的電源線就是信號線上的紅線和黑線，另一路是介入MOS管使用，在這里，電調上電，單片機開始啟動，驅動MOS管震動，使電機發出滴滴滴的聲音。

啟動后待命，有些電調帶有油門校準功能，在進入待命前會監測油門位置是在高還是低還是中間，高的話進入電調行程校準，中間的話開始發出報警信號，電機會滴滴的響，低的話會進入正常工作狀態。一切準備就緒后，電調內的單片機會根據PWM信號線上的信號決定輸出電壓的大小和頻率的高低以及驅動方向和進角多少來驅動電機的轉速，轉向。這就是無刷電調原理。在驅動電機運轉的時候，電調內共有3組MOS管工作，每組2個極，一個控制正極輸出，一個控制負極輸出，當正極輸出時，負極不輸出，負極輸出時，正極不輸出，這樣子也就形成了交流電，同樣，三組都是這樣工作的，它們的頻率是8000HZ。講到這，無刷電調也相當于一個工廠里電機上使用的變頻器或者調速器。

電調的輸入是直流，通常由鋰電池來供電。輸出是三相交流，可以直接驅動電機。另外航模無刷電子調速器還有三根信號輸入線，輸入PWM信號，用于控制電機的轉速。對于航模，尤其是四軸飛行器，由于其特殊性，需要專門的航模電調。

那么為什么在四軸飛行器上需要專門的電調呢，其有什么特別的地方？四軸飛行器有四個槳，兩兩相對呈十字交叉結構。在槳的轉向上分正轉和反轉，這樣可抵消單個槳葉旋轉引起的自旋問題。每個槳的直徑很小，四個槳轉動時的離心力是分散的。不像直機的槳，只有一個能產生集中的離心力形成陀螺性質的慣性離心力，保持機身不容易很快的側翻掉。所以通常用到的舵機控制信號更新頻率很低。

四軸為了能夠快速反應，以應對姿態變化引起的飄移，需要高反應速度的電調，常規PPM電調的更新速度只有50Hz左右，滿足不了這種控制所需要的速度，且PPM電調MCU內置PID穩速控制，能對常規航模提供順滑的轉速變化特性，用在四軸上就不合適了，四軸需要的是快速反應的電機轉速變化。用高速專用電調，IIC總線接口傳送控制信號，可達到每秒幾百上千次的電機轉速變化，在四軸飛行時，姿態時刻能夠保持穩定。即使受到外力突然沖擊，依舊安然無恙。