电调世界:KISS, BLHeli, 以及PX4Sapog
发布于 2 年前 作者 flowv2 1587 次浏览 来自 分享

KISS ESC - Flyduino社区设计出品的一种电调 (http://kiss.flyduino.net),闭源,目前有18A和24A两种规格,其特点是率先采用了硬件PWM驱动电机,以及32bit ARM Cortex M0 (STM32F051K6T6)处理器。 BLHeli是 bitdump (https://github.com/bitdump/BLHeli)开发的一种开源(GPL V3)电调产品,被广泛生产和使用。其特点是使用8bit 单片机,在较新的BLHeli-S版本中,开始使用更快的BusyBee1 (EFM8BB10F8) 和BusyBee2 (EFM8BB21F16)处理器,也开始支持硬件PWM。 PX4Sapog是PX4成员公司Zubax开发的基于STM32F105处理器的开源电调,其特点是基于libUAVCan集成了CAN总线协议。Sapog在晚些时候已经移植到chibiOS平台上。

BLHeli具有性价比高,功能丰富,可调参数多等特点,是目前使用最广泛的电调产品。BLHeli可以通过PC软件客户端BLHeliSuite进行配置,也可以通过遥控器油门杆进行参数设定。然而最近出品的各厂家的BLHeli产品,很多已经关闭了油门杆设定功能,而需要购买厂家专门的编程卡进行设定。 KISS价格较高,由于其首先使用硬件PWM,具有更平稳的电机驱动特性而引起了很大关注。KISS电调和KISS飞控配合,可以进行图形化的参数设置。 PX4Sapog支持CAN总线,是工业级的解决方案,价格偏高。使用CAN总线使得电调和飞控之间可以双向通信,解决了以前飞控对电机的控制环只有单向输出的问题,从而可以达到更准确的控制性能。Sapog可以和PX4以及Ardupilot配合使用,通过QGroundcontrol或Missionplanner进行配置。目前应用还比较少。

BLHeli由于硬件是由不同的厂家自己设计的,所以产品性能层次不齐;KISS ESC的性能和可用性较好,因此也很有竞争力。Sapog目前无论是硬件成熟度还是用户体验还处于初级阶段,用户认可度不高。

从硬件规格上看,采用硬件PWM驱动电机已经是必然的方向。这一点三种电调都已支持。KISS和Sapog都已经采用了32bit处理器,而BLHeli仍然停留在8bit处理器水平。由于电调功能相对简单,处理器能力并不是瓶颈,因此这一点争议较大。Sapog的硬件规格更是超出了一般消费应用的需要。但是从改善用户体验的角度考虑,更多人看好采用32bit处理器。BLHeli硬件平台的迁移问题在于,它的固件里有大量汇编代码,因此如果转向32bit ARM处理器需要重新写,开发任务和测试工作量很大,将来选择何种方案何去何从,非常关键。

从软件功能上看,Sapog的双向通信具有很大的优势。KISS和BLHeli虽然也有类似的计划,但还远未成型;并且限于成本考虑,不大可能采用CAN接口。BLHeli固件有一个很有特色的功能就是dampen light(或者叫active brake),即电调可以主动对电机进行制动,可以提高飞机的响应速度。KISS则有一个很有特色的功能就是电机转向感知:当电机被卡住时,电调可以检测到并停止驱动电机;用户用手指拨动电机不同方向转动,电调也可以感知到转向的不同,从而改变电机转向的设置。这两个功能都是很受飞行员欢迎的特色功能。这方面Sapog是比较欠缺的。 KISS ESC是闭源,因此难以知晓其内部架构。BLHeli的固件性能经过长时间验证,功能稳定;但大量包含汇编代码,移植相当困难。 Sapog基于C/C++,移植性相当好。但是代码的功能以及实际驱动电机的性能和效率都未经过验证,很难直接用在产品里。

当然,实际上把Sapog和KISS/BLHeli放在一起比较并不太公平。Sapog是FOC类电调(Field Oriented Control),从控制原理上和KISS/BLHeli这类BEMF(反电动势)是完全不同的。然而FOC技术发展至今,其优势在无人机领域并不明显。FOC技术优势大致如下:

  1. 理论上FOC电调可以非常精确地感知和控制电机的位置,甚至可以精确地控制停转时桨叶的方向角度。
  2. FOC电调在负载扭矩快速变化的情况下有非常好的表现
  3. FOC电调速度调节非常快
  4. 和BEMF电调不同,FOC使用正弦波驱动电机,转动非常平稳,抖动小
  5. 电机噪声小,很安静(桨的声音还是有的) 3、4点实际上和第2点是相关的。

与BEMF相比FOC的缺点大致如下:

  1. 复杂成本高
  2. 驱动同样规格的电机需要更高的电压
  3. FOC电调要很好地工作,必须要事先准确知道电机的参数,所以无法做到对电机的即插即用

尽管有如此多的优势,那么FOC电调为何没有迅速普及?除了成本高以外,FOC电调的优势在普通航模上并不明显。特别是BLHeli在增加了主动刹车功能以后,在小型的电机上速度调节性能已经差别不大了。而改变桨转向在BLHeli/KiSS上也已经实现。在航模上用于驱动螺旋桨的电机而言,负载扭矩变化也不大,所以这一点FOC的优势也发挥不出来。这样一来唯一剩下的优势就是声音小,以及转动平稳振动小了。不过由于桨是另外一个主要的噪声源以及振动源,所以这个优势的实际意义也不是很明显。而DIY市场上,不能灵活匹配不同厂家的电机这个问题却是一个比较致命的问题。

FOC技术能否克服上述的尴尬局面?我觉得还是有一定的机会,但是还需要开发者和厂家不断继续努力。

回到顶部