多旋翼无人（rén）机已（yǐ）经风（fēng）靡全球，开启了（le）新的飞（fēi）行（háng）时代。从消费（fèi）级无人（rén）机航拍市场的（de）崛起，到无人（rén）机行业应（yīng）用的（de）不断涌（yǒng）现，无人机的应用潜力正（zhèng）在不断地被开发出来，社（shè）会对（duì）于无人机（jī）的接（jiē）受程度也在不（bú）断增加。
可以料想，无人机在未来将给我们每一个（gè）人带来全新的生（shēng）活体验——更好的视野，更高效的配置，更便捷的出（chū）行等（děng）。而要实现这些，依靠的是技术的发（fā）展（zhǎn）和（hé）创新。今天（tiān），我们就（jiù）来看看多旋翼无人机核心系统之一——动力（lì）系统（tǒng）的发（fā）展（zhǎn）历程和未来趋势。
多旋翼（yì）无人机动力系统由电机、电调和（hé）螺旋（xuán）桨构成，其基本（běn）原理是由电调（diào）驱动电机带动螺旋桨旋转，螺旋桨产生向（xiàng）上（shàng）的（de）拉力，带动（dòng）无人机向（xiàng）上飞行。
电调和电（diàn）机是（shì）无（wú）人机动力系统的核心，对（duì）于（yú）无人机的整体稳定性和动态特性起（qǐ）着（zhe）关键的作用。电（diàn）调是电（diàn）子调速器的简称，英（yīng）文简称ESC（Electronic Speed Control），作用是控制电机的运行（háng），根（gēn）据（jù）电（diàn）机（jī）是（shì）否带物理换向器，分为有刷电调和无刷电调。
目（mù）前无人机（jī）动力系统的配置均（jun1）为无（wú）刷电调和无刷电机，有刷电调和有刷电机因其（qí）缺陷太（tài）多已（yǐ）经基本退出（chū）了（le）市场（chǎng）。无（wú）刷（shuā）电调发展至今可（kě）以（yǐ）说历经了（le）三代，这三（sān）代无刷动力系（xì）统在市场上均能找到，很好（hǎo）地满足了不（bú）同无（wú）人机的动力（lì）需求。下面（miàn）分别（bié）介绍三代无刷电调及其特（tè）点和应用场景。
BLDC电（diàn）机俗称（chēng）永磁无刷直流电机，由定子绕组和转子永磁体构成（chéng），要使（shǐ）转子运动必须存在旋转或运动的磁场。
在理（lǐ）想情况下BLDC电机气隙磁（cí）场为梯形波，定（dìng）子采用集中整距绕组布置，反电动势（shì）为标准的120度平顶梯形波。BLDC电（diàn）机具有很好（hǎo）的机械特（tè）性，与他励直流电机（jī）类似，改变电枢电压的大小可（kě）以改变机械特性上的（de）空（kōng）载点。因此可以直接通过调节（jiē）电枢电（diàn）压来控制电（diàn）机（jī）的转速。此时采用二二导通的（de）方波（bō）驱动方式来控制（zhì）BLDC电机能得到最佳的（de）控制效果。
第一（yī）代无刷电调（diào）就是以BLDC（Brushless Direct Current，无刷直流）电机为载体的（de）方波驱（qū）动（dòng）电（diàn）调（diào）。
方波驱动的电调采（cǎi）用PWM调制技术来（lái）控制电机的运行（háng）。该控制方法主要解决两（liǎng）个问（wèn）题，一个是绕组换向（xiàng）问题，一个是（shì）调压问（wèn）题（tí）。
通过反（fǎn）电动势过零点检测，可以得到绕组的换（huàn）相逻辑。通过调节PWM占空比可以得到可调电（diàn）压（yā）。将换相逻辑信号（hào）和调压信号一（yī）起调制得到PWM控（kòng）制（zhì）信（xìn）号（hào）来（lái）实现BLDC电机的（de）控（kòng）制。
方波电调具有控（kòng）制简单（dān），成本低的（de）特点，在多旋（xuán）翼无人机领（lǐng）域（yù）得到了广泛的应用（yòng）。
但是（shì）由（yóu）方波电调（diào）驱（qū）动的BLDC电机（jī）输出转矩脉动大（dà），动（dòng）态（tài）响应速度（dù）有（yǒu）限（xiàn），同（tóng）时在高速（sù）运行时易出现堵转问题，因（yīn）此方波（bō）驱动电调（diào）并不（bú）能（néng）满足（zú）高性能（néng）和重载无人机的需求。
在中小功率BLDC电（diàn）机的实际应（yīng）用中（zhōng），往往通过（guò）合理设计磁极形状（zhuàng）和允磁方向（xiàng），采用斜槽、分数槽等措施，来（lái）消除齿（chǐ）槽转矩。这些措（cuò）施使得电机的（de）反（fǎn）电动势更接近（jìn）正（zhèng）弦（xián），这类（lèi）电机采用三三（sān）导通的控制方式，即通常所说的正弦波驱动方式（shì），更（gèng）有利于（yú）减小电磁转矩脉动（dòng）。
第二（èr）代（dài）无刷电调就（jiù）是以BLDC电（diàn）机为载体的正弦波驱动电（diàn）调（diào）。正弦波驱动（dòng）电调采（cǎi）用SPWM调制技术来实现BLDC电机的控制，采用该（gāi）控制（zhì）方式提高（gāo）了BLDC电机三相绕（rào）组（zǔ）的利用率，并可以消除二（èr）二（èr）导（dǎo）通时的换相（xiàng）转矩脉动（dòng）和堵转问题。
当然（rán）由于（yú）其气（qì）隙磁（cí）场并非标准的正弦波，所以其输出转（zhuǎn）矩仍（réng）然（rán）存（cún）在脉动。实验表明，低速下，正弦波驱动电调比方波驱动电（diàn）调（diào）转矩脉（mò）动更小；高速下，二者转矩脉动相差不大（dà），甚至（zhì）正弦波驱（qū）动转矩脉动更大。在多旋翼航拍无人（rén）机上应用（yòng）表明，采用正弦波驱动（dòng）电调，无人（rén）机更稳定。
显然（rán）以BLDC电机为载体的正弦波（bō）驱动（dòng）电调并没（méi）有从根本上（shàng）解决转矩脉（mò）动问题和动态响（xiǎng）应（yīng）问（wèn）题，仍然难（nán）以满（mǎn）足重载和高性能多旋翼无人（rén）机的（de）动力需（xū）求。
随着无人机行业应用（yòng）的拓（tuò）展，如植保无人机、物流无人机的出现，催生了第（dì）三代无刷电（diàn）调的产生（shēng）。
第（dì）三代无（wú）刷电调是以PMS（ Permanent Magnet Synchronous，永磁同步）电机为载体的FOC（Field Oriented Control，磁场定（dìng）向控（kòng）制）电（diàn）调。
FOC电调和PMS电机从根（gēn）本上解决了动（dòng）力系统的输出转矩脉动、换相堵转以及动（dòng）态响应等（děng）问题，能（néng）够满足重载高性能无人机的（de）动力需求。
PMS电机气隙磁场为正弦（xián）波，产生的反电动势也为正弦波，当向PMS电机三相绕（rào）组通入三相（xiàng）对称电流时，三相绕组（zǔ）将（jiāng）产生（shēng）圆（yuán）形的旋转（zhuǎn）磁场，带动转子永磁体同步旋转。
FOC电调采用（yòng）SVPWM调制技术，以（yǐ）产生圆（yuán）形（xíng）旋（xuán）转（zhuǎn）磁场为（wéi）目的来控（kòng）制（zhì）PMS电机。通（tōng）过矢量（liàng）控制，可以实现对电机（jī）的转（zhuǎn）速（sù）、转矩的平滑控制。同（tóng）时，SVPWM调制相比SPWM调（diào）制（zhì）对直流母线电压的利用率高（gāo）15%左右。
目前，市场上所有的多（duō）旋翼（yì）无（wú）刷电调均（jun1）为以上（shàng）三种，调制方（fāng）式（shì）依次为PWM调制（zhì）、SPWM调制（zhì）和（hé）SVPWM调制（zhì），其他衍生出（chū）来的电调类（lèi）型均是在这三种调制方（fāng）式下增（zēng）加一些其他（tā）技术而开发（fā）出来的。
由于无人机这一相对苛刻（kè）的应用环境，电调和电机在（zài）技（jì）术上做了（le）很多妥（tuǒ）协，二（èr）者在技术上还有很多挖掘和优（yōu）化的空间。
同时，为了增（zēng）加无人机整机的控制性（xìng）能，可以探讨飞控（kòng）与电（diàn）机控制之间（jiān）的联动控（kòng）制可能性。
目前多旋翼飞行器使用的均为（wéi）商用无刷（shuā）电调，其通过PWM信（xìn）号（hào）进（jìn）行控制导致速度控（kòng）制频率刷新有限，主控制（zhì）器和电（diàn）调（diào）之间增加了一个多余的PWM信号生（shēng）成和（hé）解码过程，因此可（kě）以开发基（jī）于串口（kǒu）的电调（diào）并由主控制器直接对电机（jī）进行控制，减少不必（bì）要（yào）的中间环节（jiē）。
其次，在多（duō）旋翼飞控系统中，电机速（sù）度控制环是最里面一环，商（shāng）用电调（diào）并不提供电机转速反馈，这对于（yú）飞控速度环来说，相当于（yú）开（kāi）环控制。如果电调（diào）能够提供电（diàn）机转速反馈（kuì），将反馈值融入到（dào）飞控中，构成电机转速（sù）闭环控制，无（wú）人机的（de）整体响应性能和稳（wěn）定性（xìng）能必能（néng）得到大幅提升。
总结来（lái）说（shuō），随着无（wú）人（rén）机广泛应（yīng）用于工业场景或商业（yè）场景，无人机对于动力（lì）系统的动态响应（yīng）性能和可靠性要求也在不断提高。除了不断优（yōu）化电机（jī）和（hé）电调本身，寻求飞控与电机联动控制也（yě）是一个值得探索的方（fāng）向。
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