多（duō）旋翼无（wú）人机已经风靡全球，开启了新的（de）飞（fēi）行时代。从消费（fèi）级无人（rén）机航拍市场的崛（jué）起，到无人机行业应（yīng）用的不断涌现（xiàn），无人机的（de）应用（yòng）潜力正（zhèng）在不断地被开发出来，社会对（duì）于（yú）无人机的（de）接受程度也在不断增（zēng）加。
可（kě）以料想，无人机在未来将给（gěi）我（wǒ）们每一个人带来（lái）全新的（de）生活体验（yàn）——更好的视野，更高效的配（pèi）置（zhì），更（gèng）便捷的出行（háng）等。而要实现这些，依靠（kào）的是技术的（de）发展和创新。今天，我们就来看看多旋翼无人机核心系统之一（yī）——动力系统的发展历程（chéng）和未来趋势。
多旋（xuán）翼无（wú）人机动力（lì）系统由电机、电调和螺旋（xuán）桨构成，其（qí）基本（běn）原理是由电调驱动电机带动螺（luó）旋（xuán）桨旋转（zhuǎn），螺旋桨产生（shēng）向上的拉力，带（dài）动无人（rén）机向（xiàng）上飞行。
电（diàn）调（diào）和电机是无人机动力系统（tǒng）的核心，对于无人机的整体稳定性和动态特性（xìng）起着关（guān）键的作用。电调是电子（zǐ）调速器的简（jiǎn）称，英文简称ESC（Electronic Speed Control），作（zuò）用是控（kòng）制电机的（de）运行，根（gēn）据电机是否带物理换向器，分为有刷电调（diào）和无刷电调（diào）。
目前无人（rén）机动（dòng）力系统的配（pèi）置均为无（wú）刷电（diàn）调（diào）和无刷（shuā）电机，有刷电（diàn）调和有刷电机因其缺（quē）陷太多已经基本退出了市场。无刷（shuā）电调发展至今可以说历经（jīng）了三代，这三（sān）代无刷（shuā）动力系（xì）统在市场上（shàng）均能找到，很（hěn）好地满足了不同无人机的（de）动力需求。下面分别（bié）介绍三（sān）代无刷电调及其（qí）特点和应用场景。
BLDC电机俗称永磁无（wú）刷（shuā）直流（liú）电机，由（yóu）定子绕组（zǔ）和转子永（yǒng）磁（cí）体构成，要使转子运动必须存在旋（xuán）转或运动的（de）磁场（chǎng）。
在理想情况下BLDC电机气隙磁场（chǎng）为（wéi）梯形波，定子采用集中整距（jù）绕组布置，反电动（dòng）势为标准的120度平顶梯形波（bō）。BLDC电机具有很好的机械特性，与（yǔ）他励直（zhí）流电机类似（sì），改变电枢电压的大小可以（yǐ）改（gǎi）变机械特性上的空载点。因此（cǐ）可以直接通过调节电枢（shū）电压来控制电机的（de）转速。此时采用（yòng）二二导通的方波驱动方式来控制BLDC电机能得到最佳的控制效果。
第一代无刷电调就是以BLDC（Brushless Direct Current，无刷直流（liú））电机（jī）为载体（tǐ）的方（fāng）波（bō）驱动电（diàn）调。
方波驱动的电调采用PWM调制技（jì）术来控（kòng）制（zhì）电机的运行。该控制方（fāng）法主要解决两个问题（tí），一个是绕（rào）组换向问题，一（yī）个是调压问题（tí）。
通过反电动势（shì）过零点检测，可以得到绕组的换相逻辑（jí）。通过调节PWM占空比可以得到可（kě）调电压。将（jiāng）换（huàn）相逻辑信（xìn）号和调压信号一起调制得到PWM控制（zhì）信号来实现BLDC电机的控制。
方波电调具（jù）有控制（zhì）简单（dān），成（chéng）本低的特点，在（zài）多（duō）旋翼无人机领域（yù）得到了（le）广泛的应用。
但是由方波电调驱动的BLDC电机输出转矩脉动大（dà），动态响（xiǎng）应速度有（yǒu）限（xiàn），同时在高速（sù）运行时易出现堵（dǔ）转（zhuǎn）问题，因此方波（bō）驱动电（diàn）调并不能（néng）满足高性能（néng）和重（chóng）载无（wú）人机的需（xū）求（qiú）。
在中小（xiǎo）功率（lǜ）BLDC电机的（de）实际应用中（zhōng），往往通过（guò）合理设计磁极形状和允（yǔn）磁（cí）方向，采用（yòng）斜槽、分数（shù）槽等措施，来消除齿槽转（zhuǎn）矩。这些措施使（shǐ）得电机的（de）反电动势更接（jiē）近（jìn）正弦（xián），这类电机采用三三导通的控制方式，即通常所说的正弦波驱（qū）动方式（shì），更有利（lì）于减小电磁（cí）转矩（jǔ）脉动。
第二（èr）代无刷（shuā）电调就是以BLDC电机为载体的正弦波驱动电调。正弦波驱动（dòng）电调采用SPWM调制（zhì）技术来实现BLDC电机的控制（zhì），采用该控制方式（shì）提高了（le）BLDC电机三相（xiàng）绕组的利（lì）用率，并可以消除二二导（dǎo）通时的换相转矩脉动和堵转问题。
当然由（yóu）于其气隙（xì）磁场并非（fēi）标准（zhǔn）的正弦（xián）波，所以其（qí）输出（chū）转矩仍然（rán）存在脉动。实验表（biǎo）明，低速下，正（zhèng）弦波（bō）驱（qū）动电调比（bǐ）方波驱动电（diàn）调转矩（jǔ）脉（mò）动更小；高速（sù）下，二（èr）者转矩脉（mò）动相差不大，甚至正弦波驱动（dòng）转矩脉动（dòng）更大（dà）。在多旋翼航拍无人机上应用表明，采用正（zhèng）弦波驱动电调，无人（rén）机更稳定（dìng）。
显然以BLDC电（diàn）机为载体的正弦波驱动电调（diào）并没有从根（gēn）本上（shàng）解（jiě）决（jué）转（zhuǎn）矩脉动问（wèn）题和动态响应问题，仍（réng）然（rán）难以满足重载和高性能多旋（xuán）翼无人（rén）机的（de）动力需（xū）求（qiú）。
随（suí）着无人机行业应用（yòng）的拓展（zhǎn），如植保（bǎo）无人机、物流无人机的出现（xiàn），催生了第三代无刷电调（diào）的（de）产（chǎn）生。
第三代无刷电调是以PMS（ Permanent Magnet Synchronous，永磁同步）电机为载体的FOC（Field Oriented Control，磁（cí）场定（dìng）向控制）电调。
FOC电调（diào）和PMS电机从根本（běn）上解决了动力系统（tǒng）的输（shū）出转矩脉动、换相堵转以（yǐ）及动态响应（yīng）等问（wèn）题，能够满足重载高性能无人（rén）机（jī）的动力需求。
PMS电机气隙磁（cí）场（chǎng）为正弦波，产生（shēng）的反电动势也为（wéi）正弦波，当（dāng）向PMS电机三相绕组通入三相（xiàng）对称（chēng）电流时，三相绕组将产生圆形的（de）旋转磁场，带动（dòng）转子永磁体同步旋转（zhuǎn）。
FOC电（diàn）调采用SVPWM调（diào）制技术，以产（chǎn）生圆形旋转磁（cí）场为（wéi）目（mù）的来控制PMS电机。通（tōng）过矢量控制，可（kě）以实现对（duì）电（diàn）机的（de）转速、转矩的平滑控制。同时（shí），SVPWM调制相比SPWM调（diào）制对直流母线电压的利（lì）用率高15%左右。
目前，市场上所有的（de）多旋翼无刷电调均为以上三种（zhǒng），调制方式依次为PWM调（diào）制、SPWM调（diào）制和SVPWM调制，其（qí）他衍生出来的电调类型均是在这三种调制（zhì）方式下增加（jiā）一些其他技术（shù）而开发出来的。
由于无人（rén）机（jī）这一相对苛（kē）刻的应用环境，电（diàn）调和电机在（zài）技（jì）术上做（zuò）了很多妥协，二者在技术上（shàng）还有很多（duō）挖掘和优化的空（kōng）间（jiān）。
同时，为了增加无人机整机（jī）的（de）控制性能，可以探讨飞（fēi）控（kòng）与电机控制之间的联动（dòng）控制可能性。
目前多旋翼飞行器使用的均为商用无刷电调（diào），其（qí）通（tōng）过PWM信号进行控制（zhì）导致速度控（kòng）制（zhì）频（pín）率刷新有限，主控制器和电（diàn）调之（zhī）间增加了一（yī）个多余（yú）的PWM信号生成和解（jiě）码过（guò）程，因此可以开发基于串（chuàn）口的电调并由（yóu）主控制器直接对电机进行控制（zhì），减少不必要的中间环节（jiē）。
其次，在（zài）多旋翼飞控系统中，电（diàn）机速度控制环是最里（lǐ）面一环，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，相当于开环控（kòng）制。如果电调能（néng）够（gòu）提供电（diàn）机转速反馈，将反馈值融入到飞控中，构成（chéng）电机转速闭环控制（zhì），无人机的整体响（xiǎng）应性（xìng）能和稳定性能必能得到大幅提升。
总结来说，随着无人机（jī）广泛（fàn）应用（yòng）于工业场景或商业场景，无（wú）人机（jī）对于动力系统的动态响应性能和（hé）可靠性要求也在不断提高。除了不（bú）断优化电机和电调本身，寻求飞控与电机联动控制（zhì）也是一个值得探索的方向。
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