تخيل طائرة بدون طيار تحلق بثبات في الهواء، وتنفذ كل أمر بدقة. وراء هذه العملية السلسة يكمن العمل المنسق لوحدات التحكم في السرعة الإلكترونية (ESCs) والمحركات، والتي تترجم تعليمات وحدة التحكم في الطيران إلى خرج طاقة فعلي. يلعب اختيار وتكوين بروتوكولات ESC دورًا حاسمًا في تحقيق الأداء الأمثل للطائرة بدون طيار.
في أنظمة الطائرات بدون طيار PX4، تعمل المحركات التي لا تحتوي على فرشاة كمكونات الدفع الحيوية. يتم تشغيل هذه المحركات بواسطة وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية (ESCs) التي تتلقى إشارات من وحدة التحكم في الطيران. تقوم وحدة التحكم في السرعة الإلكترونية بتفسير هذه الأوامر لتنظيم توصيل الطاقة إلى المحرك، مما يتيح التحكم الدقيق في السرعة الدورانية.
يدعم نظام التحكم في الطيران PX4 بروتوكولات اتصالات ESC متعددة، لكل منها مزايا مميزة وحالات استخدام مثالية:
تمثل تعديل عرض النبضة (PWM) بروتوكولًا تقليديًا يضبط طاقة المحرك عن طريق تغيير مدة النبضة. في حين أنه يستخدم بشكل شائع في الطائرات ذات الأجنحة الثابتة والمركبات الأرضية حيث لا تكون زمن الوصول أمرًا بالغ الأهمية، تفضل معظم تطبيقات الطائرات متعددة المراوح البدائل الأسرع مثل OneShot أو DShot نظرًا لأوقات الاستجابة الفائقة.
توفر بروتوكولات OneShot استجابة أسرع بكثير من PWM، مما يجعلها مفضلة للطائرات متعددة المراوح. من بين متغيراتها، يدعم PX4 حاليًا OneShot 125 فقط. في حين أنه يتفوق على PWM، فقد تم استبدال OneShot إلى حد كبير بـ DShot في التطبيقات الحديثة.
يوفر هذا البروتوكول الرقمي زمن وصول منخفضًا وموثوقية استثنائية ومقاومة قوية للتداخل. يثبت DShot أنه مثالي للتطبيقات الحساسة للاستجابة مثل طائرات السباق بدون طيار وطائرات VTOL. تشمل المزايا الإضافية القضاء على متطلبات المعايرة ودعم ملاحظات القياس عن بعد الاختيارية في بعض الطرازات.
يوصى به للأنظمة التي تستخدم ناقل DroneCAN كجهة اتصال أساسية، يوفر هذا البروتوكول معدلات بيانات عالية واتصالات مستقرة وملاحظات القياس عن بعد ولا توجد متطلبات معايرة. تحد تطبيقات PX4 الحالية معدل التحديث عند 200 هرتز.
يدعم النظام أيضًا وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية PCA9685 (عبر ناقل I2C) وبعض وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية UART من Yuneec.
تتحكم وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية PWM في المحركات من خلال نبضات دورية، حيث تحدد السعة مستوى الطاقة. تستخدم النطاقات القياسية 1000 ميكروثانية للطاقة الصفرية و 2000 ميكروثانية للطاقة الكاملة. تتراوح معدلات الإطارات عادةً بين 50-490 هرتز، مع أقصى نظري بالقرب من 500 هرتز. تفيد المعدلات الأعلى أداء ESC، خاصةً عندما تكون هناك حاجة إلى استجابة سريعة لتغييرات نقطة الضبط.
تشمل القيود:
يقلل هذا البروتوكول من عرض النبضات بمقدار 8 أضعاف مقارنة بـ PWM (نطاق 125-250 ميكروثانية)، مما يتيح دورات عمل أقصر ومعدلات تحديث أعلى. في حين أن PWM يبلغ الحد الأقصى بالقرب من 500 هرتز، يقترب OneShot نظريًا من 4 كيلو هرتز، على الرغم من أن الأداء الفعلي يعتمد على قدرات ESC المحددة.
يقلل هذا البروتوكول الرقمي بشكل كبير من زمن الوصول مع تحسين المتانة. يزيل التكوين متطلبات المعايرة ويسمح بعكس دوران المحرك. يوفر DShot خيارات سرعة متعددة (150، 300، 600، 1200) حيث تقلل المعدلات الأعلى من زمن الوصول ولكن المعدلات الأقل تعزز الاستقرار - وهو أمر مفيد بشكل خاص للطائرات الأكبر حجمًا ذات الأسلاك الممتدة.
بمشاركة العديد من مزايا DShot، يتفوق DroneCAN في تطبيقات معدل البيانات العالي مع اتصالات قوية لمسافات طويلة. يظل الحد من معدل التحديث البالغ 200 هرتز هو القيد الأساسي في تطبيقات PX4.
يعتمد اختيار البروتوكول المناسب على متطلبات التطبيق المحددة:
تتطلب وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية PWM و OneShot المعايرة لضمان الاستجابة الصحيحة لإشارات التحكم. تتضمن هذه العملية تعيين قيم الخانق الدنيا والقصوى. تقضي تطبيقات DShot و DroneCAN على هذا المطلب.
يؤثر اختيار بروتوكولات ESC وتكوينها بشكل صحيح بشكل أساسي على أداء الطائرة بدون طيار. يتيح فهم الخصائص الفنية والمتطلبات التشغيلية للمصممين إنشاء أنظمة غير مأهولة أكثر كفاءة وموثوقية. يوفر هذا الفحص لخيارات بروتوكول ESC الخاصة بـ PX4 أساسًا لاتخاذ قرارات مستنيرة في مشاريع تطوير الطائرات بدون طيار.
تخيل طائرة بدون طيار تحلق بثبات في الهواء، وتنفذ كل أمر بدقة. وراء هذه العملية السلسة يكمن العمل المنسق لوحدات التحكم في السرعة الإلكترونية (ESCs) والمحركات، والتي تترجم تعليمات وحدة التحكم في الطيران إلى خرج طاقة فعلي. يلعب اختيار وتكوين بروتوكولات ESC دورًا حاسمًا في تحقيق الأداء الأمثل للطائرة بدون طيار.
في أنظمة الطائرات بدون طيار PX4، تعمل المحركات التي لا تحتوي على فرشاة كمكونات الدفع الحيوية. يتم تشغيل هذه المحركات بواسطة وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية (ESCs) التي تتلقى إشارات من وحدة التحكم في الطيران. تقوم وحدة التحكم في السرعة الإلكترونية بتفسير هذه الأوامر لتنظيم توصيل الطاقة إلى المحرك، مما يتيح التحكم الدقيق في السرعة الدورانية.
يدعم نظام التحكم في الطيران PX4 بروتوكولات اتصالات ESC متعددة، لكل منها مزايا مميزة وحالات استخدام مثالية:
تمثل تعديل عرض النبضة (PWM) بروتوكولًا تقليديًا يضبط طاقة المحرك عن طريق تغيير مدة النبضة. في حين أنه يستخدم بشكل شائع في الطائرات ذات الأجنحة الثابتة والمركبات الأرضية حيث لا تكون زمن الوصول أمرًا بالغ الأهمية، تفضل معظم تطبيقات الطائرات متعددة المراوح البدائل الأسرع مثل OneShot أو DShot نظرًا لأوقات الاستجابة الفائقة.
توفر بروتوكولات OneShot استجابة أسرع بكثير من PWM، مما يجعلها مفضلة للطائرات متعددة المراوح. من بين متغيراتها، يدعم PX4 حاليًا OneShot 125 فقط. في حين أنه يتفوق على PWM، فقد تم استبدال OneShot إلى حد كبير بـ DShot في التطبيقات الحديثة.
يوفر هذا البروتوكول الرقمي زمن وصول منخفضًا وموثوقية استثنائية ومقاومة قوية للتداخل. يثبت DShot أنه مثالي للتطبيقات الحساسة للاستجابة مثل طائرات السباق بدون طيار وطائرات VTOL. تشمل المزايا الإضافية القضاء على متطلبات المعايرة ودعم ملاحظات القياس عن بعد الاختيارية في بعض الطرازات.
يوصى به للأنظمة التي تستخدم ناقل DroneCAN كجهة اتصال أساسية، يوفر هذا البروتوكول معدلات بيانات عالية واتصالات مستقرة وملاحظات القياس عن بعد ولا توجد متطلبات معايرة. تحد تطبيقات PX4 الحالية معدل التحديث عند 200 هرتز.
يدعم النظام أيضًا وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية PCA9685 (عبر ناقل I2C) وبعض وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية UART من Yuneec.
تتحكم وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية PWM في المحركات من خلال نبضات دورية، حيث تحدد السعة مستوى الطاقة. تستخدم النطاقات القياسية 1000 ميكروثانية للطاقة الصفرية و 2000 ميكروثانية للطاقة الكاملة. تتراوح معدلات الإطارات عادةً بين 50-490 هرتز، مع أقصى نظري بالقرب من 500 هرتز. تفيد المعدلات الأعلى أداء ESC، خاصةً عندما تكون هناك حاجة إلى استجابة سريعة لتغييرات نقطة الضبط.
تشمل القيود:
يقلل هذا البروتوكول من عرض النبضات بمقدار 8 أضعاف مقارنة بـ PWM (نطاق 125-250 ميكروثانية)، مما يتيح دورات عمل أقصر ومعدلات تحديث أعلى. في حين أن PWM يبلغ الحد الأقصى بالقرب من 500 هرتز، يقترب OneShot نظريًا من 4 كيلو هرتز، على الرغم من أن الأداء الفعلي يعتمد على قدرات ESC المحددة.
يقلل هذا البروتوكول الرقمي بشكل كبير من زمن الوصول مع تحسين المتانة. يزيل التكوين متطلبات المعايرة ويسمح بعكس دوران المحرك. يوفر DShot خيارات سرعة متعددة (150، 300، 600، 1200) حيث تقلل المعدلات الأعلى من زمن الوصول ولكن المعدلات الأقل تعزز الاستقرار - وهو أمر مفيد بشكل خاص للطائرات الأكبر حجمًا ذات الأسلاك الممتدة.
بمشاركة العديد من مزايا DShot، يتفوق DroneCAN في تطبيقات معدل البيانات العالي مع اتصالات قوية لمسافات طويلة. يظل الحد من معدل التحديث البالغ 200 هرتز هو القيد الأساسي في تطبيقات PX4.
يعتمد اختيار البروتوكول المناسب على متطلبات التطبيق المحددة:
تتطلب وحدات التحكم في السرعة الإلكترونية PWM و OneShot المعايرة لضمان الاستجابة الصحيحة لإشارات التحكم. تتضمن هذه العملية تعيين قيم الخانق الدنيا والقصوى. تقضي تطبيقات DShot و DroneCAN على هذا المطلب.
يؤثر اختيار بروتوكولات ESC وتكوينها بشكل صحيح بشكل أساسي على أداء الطائرة بدون طيار. يتيح فهم الخصائص الفنية والمتطلبات التشغيلية للمصممين إنشاء أنظمة غير مأهولة أكثر كفاءة وموثوقية. يوفر هذا الفحص لخيارات بروتوكول ESC الخاصة بـ PX4 أساسًا لاتخاذ قرارات مستنيرة في مشاريع تطوير الطائرات بدون طيار.
