تصور کنید یک هواپیما بدون سرنشین به طور پیوسته در هوا پرواز می کند و هر فرمان را با دقت اجرا می کند. پشت این عملیات بدون پیچ و خم کار هماهنگ کنترل کننده های سرعت الکترونیکی (ESC) و موتورها قرار دارد.ترجمه دستورالعمل های کنترل کننده پرواز به قدرت واقعیانتخاب و پیکربندی پروتکل های ESC نقش مهمی در دستیابی به عملکرد بهینه هواپیماهای بدون سرنشین دارد.

در سیستم های بدون سرنشین PX4، موتورهای بدون برس به عنوان اجزای محرک حیاتی عمل می کنند. این موتورها توسط کنترل کننده های سرعت الکترونیکی (ESC) که سیگنال های کنترل کننده پرواز را دریافت می کنند، هدایت می شوند.ESC این دستورات را تفسیر می کند تا تحویل قدرت را به موتور تنظیم کند، که کنترل دقیق سرعت چرخش را امکان پذیر می کند.

سیستم کنترل پرواز PX4 از پروتکل های ارتباطی ESC متعدد پشتیبانی می کند که هرکدام دارای مزایای متمایز و موارد استفاده ایده آل هستند:

تعدیل عرض نبض (PWM) یک پروتکل سنتی است که قدرت موتور را با تغییر طول نبض تنظیم می کند.در حالی که به طور معمول در هواپیماهای بال ثابت و وسایل نقلیه زمینی استفاده می شود که در آن تاخیر حیاتی نیست، اکثر برنامه های multirotor جایگزین های سریع تری مانند OneShot یا DShot را به دلیل زمان پاسخ برتر خود ترجیح می دهند.

پروتکل های OneShot به طور قابل توجهی سریعتر از PWM پاسخ می دهند، که آنها را برای هواپیماهای چند روتر ترجیح می دهد. در میان انواع آن، PX4 در حال حاضر تنها OneShot 125 را پشتیبانی می کند. در حالی که از PWM برتر است،OneShot تا حد زیادی توسط DShot در برنامه های کاربردی مدرن جایگزین شده است.

این پروتکل دیجیتال تاخیر کم ، قابلیت اطمینان استثنایی و مقاومت قوی در برابر تداخل را ارائه می دهد. DShot برای برنامه های کاربردی حساس به پاسخ مانند هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه و هواپیماهای VTOL ایده آل است.مزایای اضافی شامل حذف الزامات کالیبراسیون و پشتیبانی اختیاری از بازخورد دیالوگ در برخی از مدل ها است..

این پروتکل برای سیستم هایی که از اتوبوس DroneCAN به عنوان ارتباطات اصلی استفاده می کنند، توصیه می شود، نرخ داده های بالا، اتصالات پایدار، بازخورد تله متری و بدون نیاز به کالیبراسیون را ارائه می دهد.پیاده سازی های فعلی PX4 نرخ به روزرسانی را در 200 هرتز محدود می کنند.

این سیستم همچنین از ESC های PCA9685 (از طریق اتوبوس I2C) و برخی از ESC های UART از Yuneec پشتیبانی می کند.

PWM ESC ها موتورها را از طریق پالس های دوره ای کنترل می کنند، که عرض سطح قدرت را تعیین می کند. محدوده های استاندارد از 1000μs برای قدرت صفر و 2000μs برای قدرت کامل استفاده می کنند. نرخ فریم ها معمولاً 50-490 هرتز است.با حداکثر نظری نزدیک به 500 هرتزنرخ های بالاتر عملکرد ESC را بهبود می بخشد، به ویژه زمانی که پاسخ سریع به تغییرات نقطه تنظیم مورد نیاز است.

محدودیت ها شامل:

• زمان پاسخ نسبتا آهسته
• کالیبراسیون اجباری به دلیل انحراف در محدوده های ارزش بالا / پایین در ESC ها
• عدم قابلیت های بازخورد از راه دور

این پروتکل پهنای پالس را در مقایسه با PWM (مجموعه 125-250μs) 8 برابر کاهش می دهد، که چرخه های کاری کوتاه تر و نرخ های تازه سازی بالاتر را امکان پذیر می کند. در حالی که PWM حداکثر نزدیک به 500 هرتز است، OneShot به طور نظری به 4kHz نزدیک می شود.اگرچه عملکرد واقعی به قابلیت های خاص ESC بستگی دارد.

این پروتکل دیجیتال به طور قابل توجهی تاخیر را کاهش می دهد در حالی که پایداری را بهبود می بخشد. پیکربندی الزامات کالیبراسیون را از بین می برد و امکان معکوس شدن چرخش موتور را فراهم می کند.DShot گزینه های سرعت متعدد را ارائه می دهد (150، 300، 600، 1200) که نرخ های بالاتر تاخیر را کاهش می دهد اما نرخ های پایین تر ثبات را افزایش می دهد، به ویژه برای هواپیماهای بزرگتر با سیم کشی طولانی مفید است.

DroneCAN که مزایای بسیاری از DShot را به اشتراک می گذارد، در برنامه های کاربردی با سرعت داده بالا با اتصالات طولانی مدت قوی است.محدودیت نرخ بروزرسانی 200 هرتز همچنان محدودیت اصلی آن در پیاده سازی های PX4 است.

انتخاب پروتکل مناسب بستگی به الزامات کاربردی خاص دارد:

• وسایل نقلیه با بال ثابت/زمینی:PWM اغلب کافی است
• هواپیمای چند روتر:OneShot 125 یا DShot (بهتر برای هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه)
• سیستم های مبتنی بر DroneCANDroneCAN ESC ها یکپارچگی بهینه را فراهم می کنند

PWM و OneShot ESC ها نیاز به کالیبراسیون برای اطمینان از پاسخ مناسب به سیگنال های کنترل دارند. این فرآیند شامل تنظیم حداقل و حداکثر مقادیر گاز است.پیاده سازی DShot و DroneCAN این نیاز را از بین می برد.

انتخاب و پیکربندی مناسب پروتکل های ESC اساسا بر عملکرد هواپیماهای بدون سرنشین تاثیر می گذارد.درک ویژگی های فنی و الزامات عملیاتی، سازندگان را قادر می سازد تا کارآمدتراین بررسی گزینه های پروتکل ESC PX4 پایه ای برای تصمیم گیری آگاهانه در پروژه های توسعه هواپیماهای بدون سرنشین فراهم می کند.