多旋翼无人（rén）机（jī）已经风靡全球，开启了新的飞行时代。从消费级无人机（jī）航拍市（shì）场的崛（jué）起，到无人机行业应用的（de）不断涌现，无（wú）人机的应（yīng）用潜力（lì）正（zhèng）在不断地被开发出来，社会对于无人机的接受程度（dù）也在不断增加（jiā）。
可以料想，无人机在未来将给我们每一个人带来全新的生活体验——更好的视野（yě），更高效的配置，更便捷（jié）的出（chū）行等。而要实现这些，依（yī）靠的是技术（shù）的发展（zhǎn）和创新。今天，我们就来看（kàn）看（kàn）多（duō）旋翼无人（rén）机（jī）核心（xīn）系统之一——动力系统的发展历程和未来（lái）趋（qū）势。
多旋翼无人机（jī）动力系统（tǒng）由（yóu）电机、电调和螺旋桨构成（chéng），其基本（běn）原理是由电调驱动电机带动螺旋桨旋转，螺（luó）旋桨产生向（xiàng）上的拉力，带（dài）动无（wú）人机（jī）向上飞行。
电调和电机（jī）是无人机动（dòng）力系（xì）统的核心，对于无人（rén）机的整体稳定性和动（dòng）态特性起着关键的作用。电调是（shì）电子调速（sù）器（qì）的简称，英（yīng）文简称ESC（Electronic Speed Control），作用是控（kòng）制电机的运行，根据电机（jī）是否带物理换向器，分为有刷电调和无刷电调。
目前（qián）无人（rén）机动力（lì）系统的配（pèi）置均为无刷电调和无刷电机，有刷（shuā）电调和有刷（shuā）电机因（yīn）其缺陷太多已经基（jī）本退出了（le）市场。无刷电调（diào）发展至今可以（yǐ）说（shuō）历经（jīng）了三代，这三（sān）代（dài）无刷（shuā）动力系统在（zài）市场上均（jun1）能找到，很好地满足了不同无（wú）人机的动力需求。下面分（fèn）别介（jiè）绍（shào）三代（dài）无刷电调及其特（tè）点和应用场（chǎng）景。
BLDC电机俗称（chēng）永磁无刷直流电机，由定子绕组和转子（zǐ）永磁（cí）体构成，要（yào）使转子运动（dòng）必须存（cún）在（zài）旋（xuán）转或运动的磁场（chǎng）。
在理想情况下（xià）BLDC电（diàn）机气隙（xì）磁场为梯形波，定（dìng）子（zǐ）采用集中整距（jù）绕组（zǔ）布置（zhì），反电动势为标准的120度平顶（dǐng）梯形波。BLDC电机具有很好的机械特性，与他励（lì）直流（liú）电机类似（sì），改变电枢电压的大（dà）小（xiǎo）可以改（gǎi）变（biàn）机械特性（xìng）上的空载点。因此可以直接通过调（diào）节（jiē）电（diàn）枢电压（yā）来控制（zhì）电机（jī）的转速（sù）。此时（shí）采用（yòng）二二导通的方波驱动方（fāng）式来控制BLDC电机能得到（dào）最佳的控（kòng）制效果。
第一代无刷电调就是以BLDC（Brushless Direct Current，无刷直流）电机为载体（tǐ）的方波驱动（dòng）电（diàn）调。
方（fāng）波驱动（dòng）的电（diàn）调采用（yòng）PWM调（diào）制技（jì）术来控制电机的运行。该控制方（fāng）法主要（yào）解决两个问题，一个（gè）是绕组（zǔ）换（huàn）向（xiàng）问（wèn）题，一个是调压（yā）问题（tí）。
通（tōng）过反电动势（shì）过（guò）零点检测，可以得到绕组（zǔ）的（de）换相逻辑。通过调节PWM占空比可以得到可调电压。将（jiāng）换相逻辑（jí）信号和调压信号一（yī）起调（diào）制得到PWM控制信号（hào）来实现BLDC电机的控制。
方波电（diàn）调（diào）具有（yǒu）控制简单，成本低的特点，在多旋（xuán）翼（yì）无人机（jī）领域得到了（le）广（guǎng）泛的应用（yòng）。
但是（shì）由方波电调驱（qū）动（dòng）的BLDC电机输出（chū）转矩脉动大，动态响应速度有限，同（tóng）时在（zài）高速运行时易（yì）出现堵转问（wèn）题，因此（cǐ）方波驱动电调并（bìng）不（bú）能满足高性能（néng）和重载无人机的需求。
在中小功率BLDC电机的实际（jì）应用中，往往（wǎng）通过合理设计磁（cí）极（jí）形状和允磁方向，采用（yòng）斜槽、分数槽等（děng）措（cuò）施，来消除（chú）齿槽转矩。这些措施使（shǐ）得电机的反电动势更（gèng）接近正（zhèng）弦，这（zhè）类电（diàn）机采用三（sān）三导通的控制方式（shì），即通（tōng）常（cháng）所说的正弦波驱动方（fāng）式，更有利（lì）于减小电磁转（zhuǎn）矩脉动。
第二代无刷电（diàn）调（diào）就是以（yǐ）BLDC电（diàn）机为载体的正弦波驱（qū）动电（diàn）调。正弦波驱动（dòng）电（diàn）调采用SPWM调制技术来实现BLDC电机的（de）控制，采用（yòng）该控（kòng）制方式提高（gāo）了BLDC电机三（sān）相绕组的利（lì）用率，并可以消（xiāo）除二二导（dǎo）通时的换（huàn）相转矩脉动和堵转问（wèn）题。
当然由（yóu）于其气隙磁场并非标准的正弦波，所以其输出转（zhuǎn）矩仍然存在脉动。实验表明，低速下，正弦波驱动电调比方波驱动电（diàn）调转矩脉动更小（xiǎo）；高速（sù）下，二（èr）者转矩脉动相差不大，甚至正弦波驱动（dòng）转矩脉动更大。在多旋（xuán）翼航拍无人机上应用表明，采用正（zhèng）弦波驱动电调，无人机更（gèng）稳定。
显然以BLDC电机为载体的正弦波驱（qū）动电调并没（méi）有（yǒu）从根本上解决转（zhuǎn）矩脉动问（wèn）题和动态响应（yīng）问题，仍然难以（yǐ）满足重载和高性能（néng）多旋翼无（wú）人机的（de）动力需（xū）求（qiú）。
随（suí）着无人机行业应（yīng）用的拓展，如植保无（wú）人机、物（wù）流无人机（jī）的出现，催生了第三代无刷电调的（de）产（chǎn）生。
第三（sān）代无刷电调是以PMS（ Permanent Magnet Synchronous，永磁同步）电（diàn）机为载体的FOC（Field Oriented Control，磁场定向控制）电调（diào）。
FOC电调和PMS电（diàn）机从根本上解决了动力（lì）系统的输出转（zhuǎn）矩（jǔ）脉动、换相堵转以及动态响应等问题，能够（gòu）满足重（chóng）载高性能无人机的动力（lì）需求。
PMS电机气隙磁（cí）场为（wéi）正弦波，产生的反电动（dòng）势也为正弦波，当向PMS电（diàn）机（jī）三相（xiàng）绕组通入三相对称（chēng）电流时，三相绕（rào）组将产生（shēng）圆形的旋（xuán）转磁场，带动（dòng）转（zhuǎn）子（zǐ）永磁（cí）体同步旋转。
FOC电调采用（yòng）SVPWM调制技术（shù），以产生圆形（xíng）旋（xuán）转磁场为目（mù）的来控制PMS电机（jī）。通（tōng）过矢量控制，可以实现对电机的转（zhuǎn）速、转（zhuǎn）矩的平滑（huá）控制。同时（shí），SVPWM调（diào）制相比SPWM调制对直流母线电压的利用率高15%左右。
目前，市场上所有的多旋（xuán）翼无刷电调均为（wéi）以上三种，调制方式依（yī）次为PWM调制、SPWM调制和SVPWM调制（zhì），其他衍（yǎn）生出来的（de）电调（diào）类型（xíng）均是（shì）在这（zhè）三（sān）种调制（zhì）方式下增加（jiā）一些其他技术（shù）而开发出来的。
由（yóu）于无人机这一相（xiàng）对苛刻（kè）的应用环境（jìng），电调和电机在技术上做了很多妥协，二者在技术上还有很多挖掘和优（yōu）化的空间（jiān）。
同时，为了（le）增（zēng）加无人机整机（jī）的控制性能，可以（yǐ）探讨飞控与电机控制之间的联（lián）动控（kòng）制（zhì）可能性。
目前多旋翼飞行器使（shǐ）用的均为商用无刷电调（diào），其通过PWM信（xìn）号进行控制导致（zhì）速度控制频率刷新有（yǒu）限（xiàn），主控制器和电（diàn）调之间增加了一个多余的PWM信号生（shēng）成和解码过程，因此可以开（kāi）发基（jī）于串口的电调并由主（zhǔ）控制器直（zhí）接对（duì）电机进行控制，减少不必要的中间环节。
其次，在多（duō）旋（xuán）翼飞控系统中，电机速度（dù）控制环（huán）是最（zuì）里面（miàn）一环，商用电调（diào）并不（bú）提供电机转速反（fǎn）馈，这对于飞（fēi）控速度环来说，相当于开环（huán）控制。如果电调（diào）能够提供电机转速（sù）反馈（kuì），将反馈值融入到飞控中，构成电机转速（sù）闭环控制，无人机（jī）的整体响应性能和稳定（dìng）性能（néng）必能得到大幅提升。
总结来说，随着无人机（jī）广泛应用于工业场（chǎng）景或商业场（chǎng）景，无人机（jī）对于动力系统的动态响应（yīng）性能和可靠性要求也在不断提高。除了不断优化电机和（hé）电调本身，寻求飞控（kòng）与电机（jī）联动控制也是一个（gè）值得探索的方向。
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