ลองนึกภาพโดรนที่บินอยู่ในอากาศอย่างมั่นคง ดำเนินการตามคำสั่งแต่ละคำสั่งอย่างแม่นยำ เบื้องหลังการทำงานที่ราบรื่นนี้คือการทำงานประสานกันของตัวควบคุมความเร็วอิเล็กทรอนิกส์ (ESCs) และมอเตอร์ ซึ่งแปลคำสั่งของตัวควบคุมการบินให้เป็นการส่งออกพลังงานจริง การเลือกและการกำหนดค่าโปรโตคอล ESC มีบทบาทสำคัญในการบรรลุประสิทธิภาพสูงสุดของโดรน

ในระบบโดรน PX4 มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบการขับเคลื่อนที่สำคัญ มอเตอร์เหล่านี้ขับเคลื่อนด้วยตัวควบคุมความเร็วอิเล็กทรอนิกส์ (ESCs) ที่รับสัญญาณจากตัวควบคุมการบิน ESC จะตีความคำสั่งเหล่านี้เพื่อควบคุมการส่งพลังงานไปยังมอเตอร์ ทำให้สามารถควบคุมความเร็วในการหมุนได้อย่างแม่นยำ

ระบบควบคุมการบิน PX4 รองรับโปรโตคอลการสื่อสาร ESC หลายรายการ ซึ่งแต่ละรายการมีข้อดีที่แตกต่างกันและกรณีการใช้งานที่เหมาะสมที่สุด:

Pulse Width Modulation (PWM) แสดงถึงโปรโตคอลแบบดั้งเดิมที่ปรับกำลังมอเตอร์โดยการเปลี่ยนระยะเวลาพัลส์ แม้ว่าจะใช้กันทั่วไปในเครื่องบินปีกคงที่และยานพาหนะภาคพื้นดินที่ความหน่วงไม่ใช่เรื่องสำคัญ แต่แอปพลิเคชันมัลติโรเตอร์ส่วนใหญ่ชอบทางเลือกที่เร็วกว่า เช่น OneShot หรือ DShot เนื่องจากเวลาตอบสนองที่เหนือกว่า

โปรโตคอล OneShot ให้การตอบสนองที่เร็วกว่า PWM อย่างมาก ทำให้เป็นที่ต้องการสำหรับเครื่องบินมัลติโรเตอร์ ในบรรดาตัวแปรต่างๆ ปัจจุบัน PX4 รองรับเฉพาะ OneShot 125 เท่านั้น แม้ว่าจะทำได้ดีกว่า PWM แต่ OneShot ได้ถูกแทนที่ด้วย DShot ในแอปพลิเคชันสมัยใหม่ส่วนใหญ่

โปรโตคอลดิจิทัลนี้ให้ความหน่วงต่ำ ความน่าเชื่อถือเป็นพิเศษ และความต้านทานการรบกวนที่แข็งแกร่ง DShot พิสูจน์แล้วว่าเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ตอบสนองต่อความไว เช่น โดรนแข่งและเครื่องบิน VTOL ข้อดีเพิ่มเติม ได้แก่ การกำจัดข้อกำหนดการสอบเทียบและการรองรับการตอบรับทางโทรมาตรเสริมในบางรุ่น

แนะนำสำหรับระบบที่ใช้บัส DroneCAN เป็นการสื่อสารหลัก โปรโตคอลนี้ให้อัตราข้อมูลสูง การเชื่อมต่อที่เสถียร การตอบรับทางโทรมาตร และไม่จำเป็นต้องมีการสอบเทียบ การใช้งาน PX4 ในปัจจุบันจำกัดอัตราการอัปเดตไว้ที่ 200Hz

ระบบยังรองรับ PCA9685 ESCs (ผ่านบัส I2C) และ UART ESC บางตัวจาก Yuneec

PWM ESCs ควบคุมมอเตอร์ผ่านพัลส์เป็นระยะๆ โดยที่ความกว้างจะเป็นตัวกำหนดระดับพลังงาน ช่วงมาตรฐานใช้ 1000μs สำหรับพลังงานเป็นศูนย์ และ 2000μs สำหรับพลังงานเต็มที่ อัตราเฟรมโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 50-490Hz โดยมีค่าสูงสุดตามทฤษฎีใกล้เคียง 500Hz อัตราที่สูงขึ้นเป็นประโยชน์ต่อประสิทธิภาพของ ESC โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำเป็นต้องตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงจุดตั้งค่า

ข้อจำกัด ได้แก่:

• เวลาตอบสนองค่อนข้างช้า
• การสอบเทียบภาคบังคับเนื่องจากความแปรปรวนในช่วงค่าสูง/ต่ำใน ESCs
• ขาดความสามารถในการตอบรับทางโทรมาตร

โปรโตคอลนี้ลดความกว้างของพัลส์ลง 8 เท่าเมื่อเทียบกับ PWM (ช่วง 125-250μs) ทำให้สามารถลดรอบการทำงานและอัตราการรีเฟรชที่สูงขึ้นได้ แม้ว่า PWM จะสูงสุดใกล้ 500Hz แต่ OneShot ในทางทฤษฎีเข้าใกล้ 4kHz แม้ว่าประสิทธิภาพจริงจะขึ้นอยู่กับความสามารถของ ESC เฉพาะ

โปรโตคอลดิจิทัลนี้ช่วยลดความหน่วงได้อย่างมากในขณะที่ปรับปรุงความแข็งแกร่ง การกำหนดค่าช่วยลดข้อกำหนดการสอบเทียบและอนุญาตให้กลับทิศทางการหมุนของมอเตอร์ DShot มีตัวเลือกความเร็วหลายแบบ (150, 300, 600, 1200) โดยที่อัตราที่สูงขึ้นจะลดความหน่วง แต่อัตราที่ต่ำกว่าจะช่วยเพิ่มเสถียรภาพ—ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับเครื่องบินขนาดใหญ่ที่มีสายไฟยาว

การแบ่งปันข้อดีของ DShot หลายประการ DroneCAN ทำได้ดีในแอปพลิเคชันอัตราข้อมูลสูงที่มีการเชื่อมต่อระยะไกลที่แข็งแกร่ง ข้อจำกัดหลักในการใช้งาน PX4 คือข้อจำกัดอัตราการอัปเดต 200Hz

การเลือกโปรโตคอลที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชัน:

• ยานพาหนะปีกคงที่/ภาคพื้นดิน: PWM มักจะเพียงพอ
• เครื่องบินมัลติโรเตอร์: OneShot 125 หรือ DShot (แนะนำสำหรับโดรนแข่ง)
• ระบบที่ใช้ DroneCAN: DroneCAN ESCs ให้การผสานรวมที่ดีที่สุด

PWM และ OneShot ESCs ต้องมีการสอบเทียบเพื่อให้แน่ใจว่ามีการตอบสนองที่เหมาะสมต่อสัญญาณควบคุม กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการตั้งค่าค่าคันเร่งขั้นต่ำและสูงสุด การใช้งาน DShot และ DroneCAN จะช่วยลดความต้องการนี้

การเลือกและการกำหนดค่าโปรโตคอล ESC อย่างถูกต้องมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของโดรน การทำความเข้าใจลักษณะทางเทคนิคและข้อกำหนดในการดำเนินงานช่วยให้ผู้สร้างสามารถสร้างระบบไร้คนขับที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น การตรวจสอบตัวเลือกโปรโตคอล ESC ของ PX4 นี้เป็นพื้นฐานสำหรับการตัดสินใจอย่างชาญฉลาดในโครงการพัฒนาโดรน