多旋翼无人机已经风靡全球（qiú），开启了新的飞行时代。从消费级（jí）无人机（jī）航（háng）拍市场的（de）崛（jué）起（qǐ），到（dào）无（wú）人机行业应用的不断涌现（xiàn），无人（rén）机（jī）的应用（yòng）潜力正在不断（duàn）地被开发（fā）出来，社会对于无人机的接受（shòu）程度也在不断增加。
可以（yǐ）料想（xiǎng），无人机在未来将给我们每一个人带来全新的生活体验——更好的视野，更高效的（de）配置（zhì），更便捷的出行（háng）等（děng）。而要实现这些（xiē），依靠的是技（jì）术（shù）的发展（zhǎn）和创新（xīn）。今天（tiān），我们就来（lái）看看（kàn）多（duō）旋翼无人（rén）机核心（xīn）系统之一——动（dòng）力系（xì）统的发（fā）展历程和未（wèi）来趋势。
多旋翼（yì）无人（rén）机动力系统（tǒng）由电机、电调和螺旋桨构成，其基本原理是由电（diàn）调（diào）驱动电机带（dài）动螺旋桨（jiǎng）旋转，螺旋桨产生向（xiàng）上的（de）拉力，带动无人（rén）机向上飞行。
电调和电机是无人机动力系（xì）统的核心，对于无人机的整体稳（wěn）定性和（hé）动态特性起着关键的作用（yòng）。电（diàn）调是电子调速器的简称，英文简称ESC（Electronic Speed Control），作用是控制电机的运行，根据（jù）电机是否（fǒu）带物理换向器（qì），分为有（yǒu）刷电调和无刷电调。
目前无人机动力系统的配置均为无（wú）刷电（diàn）调和无刷电机，有刷电调和有刷电机因其（qí）缺陷太（tài）多已经基（jī）本退出了市（shì）场。无刷电调发（fā）展至今可以说（shuō）历经了三代，这三代无刷动力系统在市场上均（jun1）能找到，很好地满足了（le）不同（tóng）无人机（jī）的动力（lì）需求（qiú）。下面分别介绍三代无刷电调及（jí）其（qí）特（tè）点和（hé）应用场景。
BLDC电机（jī）俗称永（yǒng）磁无刷直流（liú）电机，由定（dìng）子绕组和转子永磁（cí）体构成，要使转子运（yùn）动必（bì）须存在旋转（zhuǎn）或运动的（de）磁（cí）场。
在理想情况下BLDC电机气隙磁（cí）场为梯（tī）形波（bō），定（dìng）子采用集中整（zhěng）距绕组布置，反电动（dòng）势为（wéi）标准的120度平顶（dǐng）梯形波。BLDC电机具有很好的（de）机械（xiè）特性，与他励直流电机（jī）类似（sì），改变电枢（shū）电压的（de）大（dà）小可以改变机械特性上（shàng）的空载点（diǎn）。因此（cǐ）可（kě）以直接（jiē）通过调节（jiē）电枢电压来控制电机的转速。此时采用二二（èr）导通的方波驱动方式来控制BLDC电机能得到最（zuì）佳的控制效果。
第一代无刷电调就是（shì）以BLDC（Brushless Direct Current，无刷直流）电机为载体的方波驱动电调（diào）。
方波驱动的电调（diào）采用PWM调制技术来控制电（diàn）机的运（yùn）行。该控制方法主（zhǔ）要解（jiě）决两个问题（tí），一个是绕组换向（xiàng）问题，一个是调压问（wèn）题。
通（tōng）过反电动势过（guò）零点检测，可以得到绕（rào）组的换相逻辑。通过调节PWM占空（kōng）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得（dé）到PWM控制（zhì）信号（hào）来实现BLDC电机的控制。
方波（bō）电调具有控制简单（dān），成本低的特点，在多（duō）旋翼无人机（jī）领域得到（dào）了广泛的应用。
但是由（yóu）方波电调（diào）驱（qū）动的BLDC电（diàn）机（jī）输出（chū）转矩脉动大，动态响应速度有限，同（tóng）时在高速运行时易出现堵转问题，因此方（fāng）波驱动电调并不能满足高（gāo）性能和（hé）重载无人机的需求。
在中小功率BLDC电机（jī）的实际应（yīng）用中（zhōng），往往（wǎng）通（tōng）过合理设计磁极形状和允磁方向，采用斜槽、分数槽等措施，来消除齿槽转（zhuǎn）矩。这些（xiē）措施使得电机的反电动势更接近正弦，这类电机（jī）采用三三导通的控制方式，即（jí）通常所说的正（zhèng）弦波驱（qū）动方式（shì），更有利（lì）于减小电磁（cí）转矩脉（mò）动。
第二代（dài）无刷电调就是以BLDC电机为（wéi）载体（tǐ）的正弦波驱动（dòng）电调。正弦波驱动电（diàn）调采用SPWM调制技术（shù）来实（shí）现（xiàn）BLDC电机的（de）控制，采用该控制方（fāng）式提高了BLDC电机（jī）三（sān）相绕组（zǔ）的利用（yòng）率，并可（kě）以消（xiāo）除二二导通时的换（huàn）相（xiàng）转矩脉动和堵转问（wèn）题。
当然由于其（qí）气隙磁场并（bìng）非标（biāo）准的（de）正弦波，所以其输（shū）出转矩仍然存在脉动。实验表明，低（dī）速下，正（zhèng）弦（xián）波驱动电调比（bǐ）方波驱动电调转矩脉动更小；高速下，二者转矩脉动相差不大，甚（shèn）至正（zhèng）弦波驱动转矩（jǔ）脉动更（gèng）大（dà）。在多旋（xuán）翼航拍无（wú）人机上（shàng）应用表明，采用（yòng）正弦波驱动电调，无人机更（gèng）稳定。
显然（rán）以BLDC电机为载体的正弦波驱动电调并没有（yǒu）从（cóng）根（gēn）本上解决转矩脉动问题（tí）和动态响（xiǎng）应问题，仍然难以满（mǎn）足重载和高（gāo）性能多旋（xuán）翼无人机的动力需求。
随着无人机行业应用的拓（tuò）展，如植（zhí）保无人（rén）机、物流无（wú）人机的（de）出现（xiàn），催（cuī）生了（le）第三（sān）代无刷（shuā）电（diàn）调的产生（shēng）。
第三代无刷（shuā）电调是以（yǐ）PMS（ Permanent Magnet Synchronous，永磁同步）电机为载体的（de）FOC（Field Oriented Control，磁场定向控制）电调。
FOC电调和PMS电机从根本上（shàng）解决了动（dòng）力系（xì）统的输出转矩（jǔ）脉动、换相堵（dǔ）转（zhuǎn）以及（jí）动态响应等问题，能（néng）够满足重载高性能无人（rén）机的动力需求。
PMS电机气隙磁场为（wéi）正弦波，产生（shēng）的（de）反电（diàn）动势也为正弦（xián）波（bō），当（dāng）向PMS电（diàn）机三相绕（rào）组通入三相对称电流时，三相绕组将（jiāng）产生圆形的旋（xuán）转（zhuǎn）磁场，带动转（zhuǎn）子（zǐ）永磁体同步旋转。
FOC电（diàn）调（diào）采用SVPWM调制技（jì）术，以产（chǎn）生圆形旋转磁（cí）场为（wéi）目的来控制PMS电机（jī）。通过矢（shǐ）量控制，可（kě）以实现（xiàn）对电机的转速（sù）、转（zhuǎn）矩（jǔ）的（de）平滑（huá）控制。同（tóng）时，SVPWM调制相比（bǐ）SPWM调制对直流母（mǔ）线电（diàn）压的利用率高（gāo）15%左（zuǒ）右。
目（mù）前，市场上所有的多旋翼无刷电调均（jun1）为以上三种，调制方式依次为（wéi）PWM调制（zhì）、SPWM调制和SVPWM调制，其他衍生出（chū）来的电调类型（xíng）均是在这三种调制方式下增加一些（xiē）其他技术而开发出（chū）来（lái）的。
由于无（wú）人机这一相对苛（kē）刻的应（yīng）用（yòng）环境，电调和电（diàn）机在技（jì）术上做了很多（duō）妥协，二者在技术上（shàng）还有（yǒu）很多挖掘（jué）和优化的空间。
同时，为了增加（jiā）无人机整机（jī）的控制性能，可以探讨飞控与电机控制（zhì）之间的联动（dòng）控制可能性（xìng）。
目前多（duō）旋（xuán）翼飞行器使用的均为商用（yòng）无（wú）刷电调，其通（tōng）过PWM信号进行控制导（dǎo）致速（sù）度控制频率刷新有限，主控制器和（hé）电（diàn）调之间增（zēng）加了（le）一个多余的PWM信（xìn）号生成（chéng）和解码过程，因此可以开发基于（yú）串（chuàn）口的电调并由主控（kòng）制（zhì）器直接对电机进行控制，减少不必要的中间环节。
其（qí）次（cì），在多旋翼飞控系统中，电机速（sù）度控（kòng）制环是最（zuì）里面一（yī）环，商用电调并不提（tí）供电机转（zhuǎn）速（sù）反馈（kuì），这对（duì）于飞控速度环来说（shuō），相当于开（kāi）环控（kòng）制（zhì）。如果（guǒ）电调（diào）能（néng）够（gòu）提供（gòng）电机转（zhuǎn）速反馈（kuì），将反馈值融入到飞（fēi）控（kòng）中，构成电机转速闭环控制，无人机的整体响应性能和（hé）稳定（dìng）性能（néng）必能得到大幅提升。
总结来说，随着无（wú）人机广泛应用于工业（yè）场（chǎng）景或（huò）商业场景，无人（rén）机对（duì）于动力系统的动态（tài）响应性能和可靠性要求也在不断提高。除了不断（duàn）优化电机和电调本身（shēn），寻求飞控与电机联（lián）动（dòng）控制也是一（yī）个（gè）值得探（tàn）索（suǒ）的方向。
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