多旋翼无（wú）人（rén）机已（yǐ）经风靡（mí）全球，开启了（le）新的飞行时代（dài）。从（cóng）消费（fèi）级无人（rén）机航（háng）拍市场的崛（jué）起，到无人机（jī）行业（yè）应用的不断涌现，无（wú）人机的应用潜力正在不断地被开发出来，社（shè）会（huì）对于无人机的接受程（chéng）度也（yě）在不断增加。
可以料想（xiǎng），无（wú）人机在未（wèi）来将给我们每一个人（rén）带来全新的生活体（tǐ）验——更好的视（shì）野，更高效（xiào）的配（pèi）置，更便捷的出行等。而要实现这些，依靠的是技术（shù）的发展和创新。今（jīn）天（tiān），我们（men）就来看看多旋翼无人机核（hé）心系统之一（yī）——动力（lì）系统（tǒng）的发展历程（chéng）和（hé）未来趋（qū）势。
多旋（xuán）翼无（wú）人机动力系统由电（diàn）机、电（diàn）调和螺旋桨构（gòu）成（chéng），其基本原理是由电调驱动电机带动（dòng）螺旋桨（jiǎng）旋转（zhuǎn），螺（luó）旋桨产生（shēng）向上的（de）拉力，带动无人机向（xiàng）上飞行。
电调和电机是无（wú）人机动力系统的核（hé）心，对于无人（rén）机的整体稳定性和动态特性起着关键的作用（yòng）。电调（diào）是（shì）电子调速器的简称，英文简（jiǎn）称ESC（Electronic Speed Control），作用是控制电机（jī）的运行，根据电机（jī）是否带物理换向器（qì），分为有刷电（diàn）调（diào）和（hé）无刷电调。
目前无人（rén）机动力系统的配置（zhì）均为无（wú）刷电调和无刷电机，有（yǒu）刷电调和有刷电机因（yīn）其缺陷太多（duō）已经（jīng）基本退出了市（shì）场。无刷电调发（fā）展至今（jīn）可以说历经了三代，这（zhè）三代无刷动力系统在市场上均能找（zhǎo）到，很好（hǎo）地满足了不同无人机的动力需求。下面分别介（jiè）绍三代无刷电（diàn）调及（jí）其特点和应用（yòng）场景。
BLDC电机（jī）俗称永磁无刷（shuā）直流电机（jī），由定子绕组和转子（zǐ）永磁体构（gòu）成，要使转（zhuǎn）子运动必须存在旋转或运动的磁场（chǎng）。
在理想情况下BLDC电（diàn）机（jī）气（qì）隙磁（cí）场为梯形（xíng）波，定子采（cǎi）用集中（zhōng）整距绕组（zǔ）布置，反电（diàn）动势为标准的（de）120度平顶梯形波。BLDC电机具有很好的（de）机（jī）械特性，与他（tā）励（lì）直流（liú）电（diàn）机类似（sì），改变电枢（shū）电压的大小可以改变（biàn）机械特性上的空载点。因（yīn）此可以直接通过调节电（diàn）枢（shū）电压（yā）来控制电机的转速。此（cǐ）时采（cǎi）用（yòng）二二导通的（de）方波驱动（dòng）方式来（lái）控制BLDC电（diàn）机能得到最佳的控制效果。
第一代无刷（shuā）电调就是以BLDC（Brushless Direct Current，无刷直（zhí）流）电（diàn）机为载（zǎi）体的方波驱动电调（diào）。
方波（bō）驱动的（de）电调采用PWM调制技术来控制电机（jī）的运行。该控（kòng）制方法主（zhǔ）要解（jiě）决两（liǎng）个问题，一个（gè）是绕组换向问题，一个是（shì）调压问题。
通过反电动势过（guò）零点检测，可以得到绕组的换（huàn）相逻辑。通过调节（jiē）PWM占空比可以得到可调电压。将换（huàn）相逻辑信号和调压信号一起调制（zhì）得到PWM控制信（xìn）号来实现（xiàn）BLDC电机（jī）的控制（zhì）。
方波电调具有控制（zhì）简单，成本低的特点（diǎn），在多旋（xuán）翼（yì）无人机领域得到（dào）了广泛（fàn）的应用。
但是（shì）由方波电调驱动的BLDC电机输出（chū）转矩脉动大，动态响应速度有限，同时在（zài）高速运行时易（yì）出现堵转问题，因此方（fāng）波驱动电调并不能满足高性能和重（chóng）载无人机的需求。
在中小功率BLDC电机（jī）的（de）实际应用中，往往通过合理设计磁极形状和允磁方向，采用斜槽、分数（shù）槽等（děng）措施，来消（xiāo）除齿槽（cáo）转矩。这些措（cuò）施使得电机的（de）反电（diàn）动势更接近正弦，这类电机采（cǎi）用三三导通的控制方式，即通常所（suǒ）说的正弦波驱（qū）动方式，更有利于减小电磁转（zhuǎn）矩脉动。
第二代无刷电调就是以BLDC电机（jī）为载体的（de）正弦波驱动电调。正弦波驱动电调采用（yòng）SPWM调制技（jì）术（shù）来实（shí）现BLDC电机的控制，采用该控制方式提高了BLDC电机（jī）三相绕组（zǔ）的（de）利用（yòng）率，并可（kě）以消除（chú）二（èr）二导（dǎo）通时的换相转（zhuǎn）矩脉动和堵转问题。
当然由于其气（qì）隙磁场并非（fēi）标准的正弦波，所以其输出转矩仍然存在脉动（dòng）。实验表明，低速下，正弦波（bō）驱（qū）动电调（diào）比（bǐ）方波驱动电调（diào）转矩（jǔ）脉（mò）动更小；高速下（xià），二者（zhě）转矩脉动相（xiàng）差不大（dà），甚（shèn）至正弦波驱动转矩脉动更大。在多旋翼航拍无人机上应（yīng）用（yòng）表明，采用正弦波（bō）驱动电调（diào），无人（rén）机更（gèng）稳定。
显（xiǎn）然以BLDC电机（jī）为载体的正弦波驱（qū）动电调（diào）并没有从根本上解（jiě）决转矩脉动问题和动态响应问题，仍（réng）然难以满足（zú）重（chóng）载和（hé）高性能多旋翼（yì）无人机的（de）动力需求。
随着（zhe）无人（rén）机行业（yè）应（yīng）用的拓展，如植保无（wú）人机、物流无人机（jī）的（de）出现，催生了第三代无（wú）刷电调的产生。
第三代无刷电调是以PMS（ Permanent Magnet Synchronous，永磁（cí）同步）电机为载体（tǐ）的（de）FOC（Field Oriented Control，磁场定（dìng）向控制）电调。
FOC电调和（hé）PMS电（diàn）机（jī）从（cóng）根本上解决了动力（lì）系统的输（shū）出转矩脉动、换相堵转以及动态响应等（děng）问（wèn）题，能够满足重（chóng）载高性能无人机的动力（lì）需求。
PMS电机（jī）气隙磁（cí）场为正弦波（bō），产生的反（fǎn）电动势（shì）也为正（zhèng）弦波，当（dāng）向PMS电机（jī）三相绕（rào）组通入三相对称电（diàn）流时，三相绕组将产生圆形（xíng）的旋转磁场，带动转子永（yǒng）磁（cí）体同步（bù）旋转。
FOC电调采用SVPWM调制技术，以产生圆形旋转磁场为目（mù）的来控制PMS电机。通过矢量控（kòng）制，可以实现对电机的（de）转速、转矩的平滑控制。同时，SVPWM调（diào）制相比SPWM调制对直流母线（xiàn）电压的利用率高15%左右。
目前，市场上（shàng）所有的多旋（xuán）翼无刷（shuā）电调（diào）均为以上（shàng）三（sān）种，调制（zhì）方式依次为PWM调（diào）制、SPWM调制和SVPWM调制（zhì），其他衍（yǎn）生出来（lái）的电调类型（xíng）均是在这三种（zhǒng）调制（zhì）方式下增加一些其他技（jì）术（shù）而开（kāi）发出来的。
由于无人（rén）机这一相对苛刻的应（yīng）用环境，电（diàn）调和电机在技术上做了很多（duō）妥协，二者在技术上还（hái）有很多（duō）挖掘和优（yōu）化的空间。
同时（shí），为了增加无人机（jī）整机的控制性能，可以探（tàn）讨飞控与电机控（kòng）制之间的联动控制可（kě）能性。
目前多旋翼飞（fēi）行器使用（yòng）的均为商用无刷电调，其通过PWM信号进行（háng）控制导致速度控制频率刷新（xīn）有限，主控制器和电调之间（jiān）增（zēng）加（jiā）了（le）一个多余的PWM信号生成和解码过程，因此可以开发基于串口的电调（diào）并由主控制（zhì）器直接对电机进（jìn）行控制，减（jiǎn）少不必要的中间环节（jiē）。
其次（cì），在多（duō）旋翼（yì）飞控系统中，电机速度控（kòng）制环是最（zuì）里面（miàn）一（yī）环，商用电调并不（bú）提供电机（jī）转速反馈，这对于飞控速度环来说，相当于（yú）开环（huán）控制。如果电调能够（gòu）提供电机转速反馈（kuì），将反馈（kuì）值（zhí）融（róng）入到飞控中，构成电（diàn）机转（zhuǎn）速（sù）闭环控制，无人机的整体（tǐ）响（xiǎng）应性（xìng）能和稳（wěn）定性能必能得到大（dà）幅（fú）提（tí）升。
总结来说（shuō），随着无人机（jī）广泛应用于工业场景或商业场景，无人机（jī）对于动力系统（tǒng）的动（dòng）态响应性（xìng）能和可靠性要求（qiú）也在不断提高。除了不断优化电机和电调本身，寻求飞（fēi）控与电机联动控制也是一个（gè）值得探索（suǒ）的方（fāng）向。
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