网络研讨会：如何延长四轴飞行器和工业无人机的飞行时间和电池寿命
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大家好！ 欢迎参加今天的网络研讨会。 我是来自 Element14 的 Randy， 今天的网络研讨会由我主持。 今天的演示来自 德州仪器 (TI)。 这就是如何通过 电子速度控制器 来延长四轴飞行器 和工业无人机的 飞行时间 和电池寿命。 本次网络研讨会将由 Kristen Mogensen 和 Kevin Stauder 主讲。 Kristen 是 TI 工业电机 驱动器的系统工程师， 同时专注于 硬件和软件。 他从 2014 年开始 担任该职务。 他于 2008 年加入 德州仪器 (TI)，从加入 公司开始他担任过 各种技术职位。 Kristen 在丹麦 技术大学 学习了 电气工程。 2008 年，他获得了 电气工程理学 硕士学位。 Kevin 是电器和电动 工具系统工程师。 他从 2014 年开始 担任该职务。 他在获得电气 工程理学硕士 学位之后加入 德州仪器 (TI)， 他在 TI 担任过各种 技术职位和营销职位。 在演示结束时， 将会有一个问答环节。 您可以在 WebEx 屏幕的 问答窗口中提问。 那么，现在有请 Kristen 和 Kevin 进行今天的演示。 大家好！ 我叫 Kristen Mogensen。 今天的演示 先从我开始， 然后到中间部分后， Kevin 会接替我 进行演示。 那么，今天的 议程是，首先 讨论用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC 设计。 然后，我们将讨论 德州仪器 (TI) 提供的 用于无人机的 电池组解决方案。 对于用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC， 我们的 议程如下。 首先，我们将对无人机 进行快速概述，以便 我们可以大致 了解在构建完整的 无人机时需要 构建哪些 具体的模块。 然后，讨论梯形控制 和正弦控制 注意事项。 然后，讨论在 进行设计时， 包括开始之前 以及整个 设计过程中， 需要考虑什么 类型的软件。 然后，测试结果是什么， 以及我用于测试 该设计的测试设置是怎样的。 然后是设计概述， 简明扼要地 告诉您该设计 可以执行什么任务。 那么，从无人机的角度来说， 基本而言，您首先需要 无人机飞行 控制器，它主要 接受来自 遥控器的 命令，获取 反馈，并且 对无人机 进行控制。 那么，基本而言， 向电机发送控制 命令，并且 从所有在无人机中 实现的传感器 获取反馈，以确保 无人机正常飞行 并且按照预期飞行。 然后，您需要 一个云台控制器。 云台控制器， 根据其质量， 或者说它的 专业程度， 可能包含 一至三个轴。 然后，还有一个 摄像头模块， 我们将无人机的 该部分称为有效载荷。 从有效载荷的 角度而言， 这基本上可以是 任何东西，您可以说， 这是我的无人机上 应该执行任务的部分。 它可以是从视频摄像机 到可能构建在热成像 摄像机上的雷达传感器， 无论您需要什么，您都 可以将其作为 有效载荷放在这里。 然后，还有您将 连接到飞行 控制器的视觉 和感知系统， 通常实现这些系统是为了 使无人机能够感知 其周围的环境， 以便它基本上能够 避免撞到墙壁等物体上。 如果它知道 那里有墙壁， 它就不会允许用户使其 与墙壁的距离小于它认为 安全的距离。 然后还有电池组。 最后是 ESC， 也称为 电子调速器。 根据您的 无人机类型， 今天，我们将从四轴 飞行器的角度对其 进行更详细的讨论， 因此您有四个电机。 但是，当然，如果您 仅有一个普通 飞机种类的配置， 您就仅有一个电机。 在这里，通常而言， 您今天看到的 是其刷式直流 电机，您将使用 该电机，或者 梯形控制电机。 在这里，对电机 进行速度控制 可以改变推进力，并且 可以改变无人机的方向。 我们将无人机的 该部分称为飞行系统。 然后，当然， 您还有一个遥控器。 在这里，它基本上获取 来自无人机的输入， 并且为无人机提供 有关如何飞行的输入。 当然，该控制器 也需要电池组。 我们把这称为遥控器。 在今天的演示中， 我们会重点讨论 ESC，至少在这部分的 演示中是这样。 我们稍后将重点 讨论电池管理。 那么，对于 ESC， 基本而言，根据 您选择使用的 电机控制的类型， 您可以提高 电机的效率， 以及您的 电机的速度 动态性能。 通常，您可以 看到梯形控制 用于驱动电机。 您将看到， 该梯形控制 在本质上由于其产生 方式而具有一个扭矩纹波。 如果您改用 FOC 控制， 则会消除该扭矩纹波， 并且这将为您提供 更加平稳的控制。 由于 FOC 的 工作方式， 与梯形控制相比， 您还会提高速度 变化或您对速度 变化的响应速度方面的 动态性能。 当然，改为使用 FOC 也会 带来新的挑战。 例如，与梯形控制 相比，对于 FOC， 您需要 更精确的角度。 当然，您可以通过添加 传感器来实现这一点， 而传感器比较昂贵， 因此它当然不是一种 真正可行的解决方案。 因此，如果您选择 FOC， 只有当它能够在无传感器的情况下实现时， 这种方式才真的有意义。 您可以在不使用传感器的 情况下实现它，此时您需要 一个基于 反 EMF 的无传感器 算法，我们稍后还会 对该算法稍作讨论。 那么，在这里，我们显示的是， 如果您有一个典型的梯形 ESC， 这些是您使 电机转动 所需的主要组件。 那么，在今天 结束时，您 将看到，您具有三个 连接到 FET 的半桥 FET 可以是内部的 也可以是外部的。 通常，您具有 外部 FET，因为 您驱动如此大的 电流，以至于您 无法在封装内部 耗散功率，因此您 会尝试通过移出 FET 来将其分离。 您还会看到，您具有一个 电流传感放大器。 然后，可能有电压 传感，以及直流 -- 或者您具有 电压传感， 还可能有直流 链路传感， 这具体取决于您 如何实现控制机制。 如果您转向正弦 控制，您将看到， 它不会对其 有大的改变。 最大的改变是， 您需要测量三个相位 电压 -- 或者您需要测量 三个相位，而不是 仅测量低侧的 一个混合相位 电流。 那么，现在进行 更深入的比较， 您可以从 控制的角度 了解梯形和 正弦之间的差异。 那么，您具有的 是梯形控制， 您会看到，您具有 一个 60 度角测量。 因此，基本而言，每隔 60 度您就会进行换向， 随着该换向， 您的电机将转动。 对于磁场定向 控制，您具有的是 一个实时精确 角度测量， 因此您的角度 需要精确的多。 根据您执行无传感器 控制的方式，您将 具有不同的基于 反 EFM 的控制技术。 对于梯形控制， 您通常具有 过零技术。 还有一种称为 InstaSPIN-BLDC 的不同 方法，该方法执行集成。 然后，如果您改为 使用 FOC，您将具有 一项滑动 电机技术， 然后，提供了 使用 InstaSPIN FOC 的选项，您最终 会使用 TI FAST 算法。 因此，当您执行梯形 控制时，您将看到 您需要三个 相位电压， 并且可能具有可选的 单个分流测量。 再次说明一下，对于 InstaSPIN-BLDC，您将 看到您具有相同的设置。 如果您选择滑动模式 观测器，您将看到 您在这里需要直流 总线以及一至三个 分流测量。 根据您选择的 分流器数量， 您还能通过您的 PWM 控制器设置 来限制您可以 使用的 PWM 占空比。 因此，您将在一定程度上 限制可以将多少 [听不清] 总线用于 您的电机控制。 那么，以上就是一些注意事项， 但最后您可以进行选择。 对于 InstaSPIN FAST，您 需要三个相位电压 -- 直流链路电压和 两到三个分流测量。 再次强调，我们对 分流的讨论是相同的。 您将限制您自己， 但它是一种选择。 您不必这么做， 然后您可以 执行三项 分流测量。 您通过 扭矩性能 和速度性能 可以看到， 从梯形 角度而言， 由于实现过零 技术的方式， 您具有较差的动态性能，这 意味着当您进行速度改变时， 您需要一定的时间才能 对速度变化做出反应。 如果您改为 使用 InstaSPIN-BLDC， 您将看到您不仅对于 负载变化更加 稳定，而且具有 更佳的动态性能。 您可以更快地 响应速度变化。 从扭矩的 角度而言， 您具有高扭矩，但是 您也具有扭矩纹波， 因为您每隔 60 度就会 进行换向。 这样就会产生 扭矩纹波， 该纹波还会降低 扭矩性能中的 动态零点。 然后转向 FOC， 您会看到 对于滑动 模式观测器， 您通常具有 较差的低速性能。 当然，这还取决于 您的滑动模式 观测器有多先进。 而在全速范围上， 您将具有中等的动态 性能。 有一点可以肯定的是， 它很难进行调节， 您需要针对不同的 负载情况以及不同的 速度对其进行调节， 从而使其在滑动模式 观测器的整个动态 范围内稳定地运行。 转向 InstaSPIN TI FAST 算法，您可以 看到，与其他三个选项 相比，您具有最佳的 低速到高速性能。 您具有最佳的 动态性能。 非常好的一点是， 从角度方面而言， 其无传感器部分 可以进行自主调节。 因此，您具有 用于识别 电机参数的 识别协议。 一旦您拥有 它们，您就 无需再识别电机。 您将其置于 您的系统中， 不必再去考虑 角度测量 问题。 对于扭矩性能， 从 FOC 角度 可以看到，您具有 理想的扭矩控制， 这意味着低噪声、 平滑的运行和 最佳的动态性能。 当然，在这里， 它还包含您的电机。 如果您具有梯形 绕线电机，那么 您用于梯形控制的电机 将具有最佳工作效果， 当然，对于 FOC 也是一样的。 如果您具有 正弦绕线电机， 系统将实现 最佳的性能。 您当然也可以 进行交叉选用， 但这必然会造成 一定程度的 系统性能下降。 从系统成本 角度而言， 您可以在这里看到梯形 控制，它是相同的， 在这里，你将为 电流分流添加 额外的测量。 因此，在这里，您将 有一些额外的成本。 现在，看看 FOC 控制的挑战， 您需要考虑 三个方面的问题。 首先，您需要 考虑 PCB 本身。 我需要什么 类型的功率级？ 我需要执行什么 类型的电压电流感应？ 它必须有怎样的性能？ 你需要事先考虑 这些类型的问题。 然后，从软件 角度而言， 您需要构建 您的 FOC 部分， 当我说 FOC 时， 我是指 Clarke、[? Park ?]、 PI 控制器、加速、 轨道定义。 所有这些 基本上都是标准的。 第二个软件 部分是， 您具有 角度估算， 但理论上，您还可以 使用机械传感器来执行。 现在我们更加详细 一点儿地讨论软件。 从软件角度而言， 您还需要知道 您使用的控制器 具有正确执行 缺欠频带所需的 PWM 功能。 您是否能够在需要的 时间触发 ADC 采样？ 您是否能够同时 同步所有 PWM， 以便能够在 驱动 [听不清] 时 尽可能高效地 使用 PWM 模式？ 然后，您需要怎样的 电机电气速度？ 从电气的角度而言， 您需要运行电机的 速度越快， 您需要的 处理能力就越高， 因为您需要对 您的电流测量进行 采样，或者您需要 能够对电流环路 进行足够的处理， 以便您基本上 可以针对您 运行的高速度进行 稳定的速度控制。 然后，当然，您是否 能够轻松地调节 您的 PI 控制器，或者 它是否进行试错并期待 最佳结果？ 然后，从软件 角度而言，最后 一部分是，正如我先前 所说的，我们将讨论 基于反 EMF 的传感器。 当电机未运转时， 不存在反 EMF， 这意味着您无法 获取位于零点的角度。 因此，您需要首先 开始让电机旋转。 然后，在经过 特定的点之后， 您将从开环 控制转为闭环 控制。 您还需要将 该部分算法 构建到您的 软件模板中。 然后，从硬件 角度而言， 您需要考虑 电压和电流感应。 您需要考虑 FET 额定值。 它们是否能够实现 您需要的电流和电压？ 您需要从 导电和开关 角度考虑 系统的效率。 然后，当然，如果 发生故障，您需要 对系统进行 什么类型的保护。 然后，从角度方面而言， 您是否要实现机械传感器， 或者您是否要 实现估算算法？ 对于估算 算法， 您需要针对整个速度 范围对该算法进行调优， 您还需要知道 您的电机参数。 因此，从 InstaSPIN FOC 角度而言， 您基本上具有 FAST 软件编码器， 这将从您的设计 注意事项中去掉 公式的该部分。 我们已经为您完成了该部分。 然后是第二部分， 正如我先前提到的， 从角度方面而言， 您无需再执行 任何操作， 但仍需要执行 一些任务。 您仍需要为电流环路 调节这里的 PI 控制器、 PI 速度以及 PI， 以确保您的 系统按照您的 预期准确地执行。 因为，当然，您 确切地知道 您希望电机如何旋转。 那么，在此期间， 我们还会向 MotorWare 库中添加 一个工具或项目， 您可以通过它基本上与您 使用的硬件进行实时交互。 对于连接的电机， 您可以实时看到 您的电机实现 步进响应和电流。 此外，还对步进响应 进行调优，以便为您 提供您认为最适合您的 系统的电流步进响应。 在今天结束时，如果 您看看我先前提到的 高速电机， 您基本上 可以看到，每隔 833 微秒，您基本上 会将电机旋转一圈， 这意味着，要使您的 电流控制能够 响应该极高的速度， 您需要非常快地 运行电流环路。 对于该系统， 我们针对高达 22kHz 的电流环路对其 进行了测试，这基本上 意味着大约 44 微秒。 因此，您基本上可以说， 我这里的步进响应， 您可以看到，大致上 对于旧电流，要针对 PI 控制器应用 或调节新电流， 这基本上需要 大约 400 微秒。 您可以看到， 800 微秒已经 足够让您 快速响应 这些高速度。 这意味着， 在今天结束时， 这将使您能够 对您的电机中的 电气频率进行 稳定的步进响应。 这是您对系统 进行基本计时 所需的东西。 当然，使它的 速度超快 还可能会产生 一些效率损失， 您可以通过降低 其速度来进行补偿。 但这是您的系统 动态性能的一部分， 我们无法 了解相关情况， 您需要在此 通过该电流 调优对该电机进行 基本调优，以便系统 实现最佳性能。 然后，转到下一步， 您以前看到的电流 和速度控制器， 我们通过级联 控制实现它们。 因此，您需要 做的是，首先 对电流控制器进行调优， 以实现您认为最佳的设置， 然后您要做的是， 您可以对速度 控制器进行调优。 在这里，您可以 看到我针对高速 信号对轻微过冲情况 调节了速度控制器。 然后，当您完成 该速度控制后， 您要做的是，您基本上 可以转向电机的全速范围。 您在这里看到的是， 凭借极高的动态性能， 您可以在大约 500 毫秒内 从负 8,000 RPM 转向 正 8,000 RPM。 基本而言， 您还可以 在这里看到，当您改变 电机速度时，您在 轨道上具有每秒 3,600 RPM 的加速度。 在这里您可以看到轻微的过冲。 当然，调节 PI 控制器 以实现精确的性能， [听不清] 您将 能够补偿 它的该部分。 然后，稍微展示我们 是怎样测试系统的。 我们看到，当您 运转该螺旋桨， 然后直接将其放到 桌子上时，您将看到 螺旋桨产生的 湍流基本上还会 使速度性能 变得不稳定， 因为它基本上会将 空气向下推动很多， 以至于它将 影响螺旋桨的 运转方式。 因此，您将看到 由于该空气运动 而带来的螺旋桨 或者电机的不稳定性。 我们通过进行此处的 设置来对其进行补偿， 您可以看到，它看起来 更像一个无人机， 你可以看到空气 可以从电机离开。 然后您可以在这里看到 我们使用的板、电源， 然后我使用 Code Compose Studio 将其与 PC 相连接。 在这里，它基本上直接 连接到该 Launch Pad， 调试器已经 包含在该板中。 您可以稍微 了解一下电机的尺寸， 由于您已经 知道了无人机 [听不清]， 您知道它们有多小， 但您基本上会 在这里看到 它们非常非常小。 从设计 角度而言， 您看到的是，如果 您看到用于无人机 ESC 的极高性能的系统 解决方案，您基本上 具有针对无传感器 FOC 控制实现电机控制 所需的所有接口。 这里还展示了 您能够以这些 极高的速度运行的 TI FAST 观测器。 我们展示了用于 执行该变化的 从 1k RPM 到 10k RPM 的高动态性能。 您可以在不到 200 毫秒的时间内完成它。 我们测试的电机 基本上是 6 极对电机， 在这里，我们以 12,000 RPM 的转速 运行它 -- 这是最大转速。 我们使用的是标准 TI EVM，因此，基本而言， InstaSPIN-Motion LaunchPad 和 DRV8305 BoosterPack。 这两者是标准配置。 您可以将其放在一起。 它们已经 包含在硬件中。 阅读设计指南， 我还稍微介绍了 您如何更改 DRV BoosterPack， 使其能够包含 电机将运行的 更高频率。 通常，该板是为 300 赫兹电机构建的， 要将其更改得更高 一些，您需要更改 系统的滤波器， 以便在您快速 运行它时能够 不使信号衰减得 太多。 然后，用于 C2000 LaunchPad 使用 MotorWare 的 非常简单的固件示例， 板本身，由于 BoosterPack 支持 2 至 6 节 锂聚合物电池， 并且相电流 额定值为 15 安培。 也可以通过调节 BoosterPack 上使用的 FET 来更改它， 此外，在这里， 您需要确保您 使用的分流器 也支持更高的电流。 该系统所具有的 一些优势是， 我先前所讨论过的， 22.5kHz PWM 电流 控制。 现在您明白其中的原因了， 因为我以 45kHz PWM 运行它， 然后我 将其除以二。 这些都是在硬件中 完成的，因此您 在执行该转换时不会 损失任何处理器能力。 那么，在今天 结束时， 您无需对无传感器 算法进行调优 即可很快地上市，并且 您可以通过您要使用的 特定螺旋桨很快地 对电机设置进行调优， 以实现您可以 实现的最佳性能。 有关一切是 如何实现的 更多信息， 您可以访问 TIDA-00916， 在这里，您可以找到 介绍我们执行的 部分测试以展示性能 以及我们如何使用系统的 工具文件夹设计指南。 这里稍微 介绍了数据表。 但在这里，您还 可以找到指向 我们使用的两个 EDM 的链接， 您也可以在 TI Store 上购买它们。 我对无人机上的 ESC 介绍到此结束， 现在有请 Kevin 进行演示。 谢谢 Kristen。 那么，我现在将 继续演示的 电池组部分。 Kristen 展示了 无人机中 可能具有的不同块， 我将重点介绍 电池组部分。 那么，首先让我扼要重述 一些电池基础知识。 让我们从什么 是开路电压开始。 那么，如果我们看看 单节锂离子电池的电压， 我们可以看到，电压 将从 4.2 伏变为 3 伏。 它将具有 这种形状， 在周期的开头 和末尾具有 陡峭的曲线， 在中间具有 相对平坦的 稳定阶段。 需要记住的一点是， 该曲线是在非常 非常低的放电 电流下获得的。 电池单元将具有 阻抗，[听不清] 在这里由 I-R BAT，一旦 电池单元中具有充电或 放电电流， 我们将具有 施加到电池 单元的压降。 这意味着，一旦 I-R 为放电电流， 压降将会更大， 并且我们会 更快地达到放电 电压的终点 EDV。 那么，这意味着， 即使在理论上 我的电池单元的 总电量为 Q-max， 我用于对其进行 放电的电流也会 更大，我能够使用的 电量也会更低。 那么，这是我们 必须考虑的事情， 尤其是在电流为 I 的应用中，或者 当电流持续变化时， 例如当我们希望 加速或上下 移动时 [听不清] 无人机。 该电流将完全 改变，这意味着 该曲线还将 持续上升和 下降，使得估算 剩余的电量变得 更加困难。 我很快要讨论的 另一个术语是 充电速率， 它基本上是 放电或充电电流。 这通常是 在一小时后 对电池进行完全 放电所需的电流。 这就是为什么 当我们谈到 1C 电流时，意味着电池 将在一小时后完全放电。 如果它是 2C， 则意味着它 将是在半小时后对电池 进行放电所需的电流， 依此类推。 充电状态，SOC， 我还将提到它。 那么，这就是我宁愿解释 该首字母缩略词的含义的原因。 当我们寻找解决方案 或讨论电池组时， 一件重要的事情 是了解什么是 s 和 p。 那么，s 是我们具有的串联电池 单元的数量，p 是串联的数量。 为什么这很重要？ 因为您有两节电池， 您需要具有相同的 解决方案。 2s1p，因此两节串联 电池、一节并联电池 将具有更高的 电压、更低的电流。 那么，这是 相同的额定功率， 但是当我们查看解决 方案时，这很重要。 最后但同样重要的是， 因为我稍后还会提到它， CEDV。 我先前提到过，EDV 是放电电压的终点。 因此，基本而言， 达到该电压时， 我们应停止对电池 进行放电，以免损坏 电池单元。 CEDV 是 [听不清] 监测算法， 它具有补偿 放电终点， 从而支持在电流 负载变化时对 给定的电量 进行精确的测量。 那么，现在我们 更详细地了解了 电池单元，我们 需要考虑一些参数， 我们为什么需要它们。 首先是有关安全的参数。 即过压、 过流、过热。 如果没有进行 监视以及在 [听不清] 时没有 采取措施，这三项 可能会导致电池 单元出现故障、 损坏、爆炸或着火。 因此，这些确实是对 安全至关重要的参数。 其他两种情况 与用户体验的 关系更密切， 这意味着它们 不会直接导致安全 问题，但更多地会导致 最终用户的体验很差， 它们是欠压和电池单元 不平衡。 欠压意味着， 正如我先前 提到过的，电压应 是固定的，介于 4.2 和 3 伏之间。 如果电压降到 3 伏, 以下，不会有危险， 但这意味着电池 单元会损坏， 我们在后续周期中无法 以相同的电量使用它。 因此，我们应尽量防止 出现这种情况，以便 您的客户不会因为 欠压未得到妥善 处理而导致的较差 电池寿命性能， 而对您的最终产品 产生糟糕的印象。 电池单元不平衡 意味着，例如， 如果有几个 串联的电池单元， 其中一个电池单元已充满电， 一个电池单元已完全放电， 那么就无法 进一步对电池组 进行充电或放电， 因为一个电池单元 将始终过压，而另一个 电池单元始终欠压。 我们需要做的是， 执行电池单元 平衡，以便将电池组 恢复至类似的电压， 从而能够延长 整个电池组的 寿命。 此外，电池单元平衡， 使用的 [? 负载 ?]， 有时较便宜的 电池单元是您 在首次收到它们时在电压 方面不直接匹配的电池单元。 这意味着，或许您 可以纠正该不平衡， 从而使您的整个 电池组实现最佳体验。 那么，这些参数 意味着，我们需要 具有我们稍后 使用的任何解决方案， 强烈建议您查看 整个电池组的电压， 以及每个电池 单元的电压， 进出电池单元的 电流和温度。 那么，对于无人机的 电池组而言，我们 现在应该注意 什么问题呢。 第一个问题当然是 是小巧的外形。 我们的解决方案的 空间和重量应 尽可能地小。 我们希望解决方案的 成本尽可能低，但低成本 并不意味着糟糕的 解决方案，而是意味着 我们能够以最便宜的 价格实现最佳的解决方案。 我们必须考虑的 另一个问题， 我先前稍微 提到过它， 就是我的电池组中 剩余多少电量。 对于无人机，这至关重要， 因为对于其他 [听不清] 设备，如果电池 电量低或者为空， 那么 [听不清] 设备会停止工作， 这没什么大不了的，我们 只需要重新充电，然后 可以继续工作。 对于无人机，如果我们正在 飞行途中，而电池电量为空， 那么无人机会坠落。 因此，我们需要能够 预测电池何时会放电、 您何时需要 充电，这样我们 就可以使无人机 安全地着陆。 但对于无人机而言， 有一个需要考虑的问题， 即我们有一个 I 放电电流， 非连续的电流。 那么，正如我先前提到过的， 如果我们使无人机上下 移动或对其进行 加速或制动，放电 曲线会发生改变。 这就是我们需要能够 妥善处理 I 放电电流的 东西的原因。 在这里，例如， CEDV，因此 [听不清] 放电电压终点 对于 1C 和 25 或 50C 之间的放电 具有很好的性能。 因此，这是我们在我们的 TI 设计之一中采取的解决方案， 对于我们建议的 该解决方案，我们 还可以将其与 Impedance Track 配合使用，这是实现 精确度的下一步骤。 因此，如果具有良好 且精确的解决方案 还不够，我们需要具有 非常好且非常精确的 解决方案，那么 Impedance Track 是理想之选。 我们谈到的串联 电池单元有多少个？ 通常介于两个和四个之间， 可能多达七个电池单元。 我今天要展示的 解决方案聚焦于 两个和四个 之间的平台， 但我们还具有用于更大数量 电池单元的其他解决方案。 当然，作为一个 TI 设计，我们 希望为您提供一些 易于评估的东西， 我们对如何 进行设计、什么 是每个参数的 [听不清] 进行了 全面讨论。 我们为您提供的 也是您可以拥有的 完整 [听不清] 文件、[听不清] 文件、测试报告，等等。 那么，现在更详细地 具体讨论一个 TI 设计， TIDA-00984，该 TI 设计 包含四个电池单元。 它还具有双 电池单元版本， 它是相同的解决方案， 只是配置不同而已。 它包含一个电池 充电器、一个 CEDV [? 补偿 ?] 放电电压 终点，但进行电量监测。 该电池与 Impedance Track 是引脚对引脚 兼容的，如果您 需要更精确的性能。 电池组保护、电池 单元平衡以及 板载充电状态， 因此我们确切地 知道剩余电量的 百分比是多少。 还有 SMBUS 通信，用于 进行高级状态更新。 那么，SMBUS，如果 您对它不熟悉， 与其他通信 协议 [听不清]。 充电器的一些 主要规格。 在这里，我们具有效率为 93% 的 充电器，其输入电压介于 18 和 28 伏直流之间。 充电电压为 16.73， 这稍低于每个 电池单元 4.2 伏。 这是充电 电压测量。 这是测量的放电 电流，1.311 安。 在充电期间， 在接近 24 摄氏度的环境温度下， 灯泡的最高温度可达 43 度。 该充电器还具有 预充电模式。 那么，通常而言， 什么是预充电， 这就是说，如果我们 通过欠压正确地 保护我们的电池组， 那么我们应该不需要该功能。 但是，有时电池单元的 电压可能会降至 3 伏 以下，这是不可取的， 但这有可能发生。 假设每个电池单元的 电压介于 2 和 3 伏之间， 充电器将 识别该情况， 然后会施加非常小的 电流，以安全地达到 3 伏。 一旦达到 3 伏，我们 就处于安全的状况了， 然后我们可以开始 以正常的速率充电。 那么，这就是充电器 包含的预充电功能。 然后看看 保护，我们 具有多种 级别的过流。 例如，以 15 安 持续 20 秒、 以 20 安持续 10 秒、 以 24 安持续 15 秒。 此外，我们还 具有短路保护， 例如以 33 安持续 1 毫秒 或以 44 安持续 244 毫秒。 可以根据您的 具体规格，以及 过压和欠压 保护和温度 保护，在不同 级别对这些 参数的 电流值 和时间值 进行编程。 该板的 一些规格。 我们有针对测量仪表 和稳压器的电流， 测量仪表具有 1.32 微安的有效电流。 我们具有板载 3.3 伏 直流/直流稳压器。 我很快将向您展示的 生产 FET 具有 0.0325 欧的串联阻抗。 在以 10 安的电流 进行放电时， 最高温度为 72 摄氏度。 那么，方框图 如此处所示。 那么，在这里，我们 连接到电池单元， 以测量每个电池单元的 电压并进行平衡。 我们具有电池 正极和负极连接， 电池组正极 和负极连接， 因此电池连接到 电池单元，然后 电池组连接到 系统的其余部分。 我们还具有 针对 [听不清] 测量仪表和充电器的 [听不清] 输入。 [听不清] 测量仪表 负责执行监测 保护和平衡 并且控制两个 FET。 这两个 FET 位于 I 侧， 这意味着在发生故障 期间我们不会中断 通信 [听不清]。 现在，背靠背 FET，意味着 如果在充电期间发生 故障，我们仍然可以 进行放电，但无法充电。 如果在放电 期间发生故障， 这个将用作 [? 二极管 ?]，因此 我们无法进一步放电， 但是，如果我们具有 另一个未发生过压 或欠压的 [听不清]，我们 仍然可以充电。 两个 FET 都将打开， 这样我们就可以 充电或放电。 在这里，我们为充电器 提供了 18 至 28 伏直流输入。 我们还具有 板载 [听不清] 3。 我们还可以 将其更改为 5 伏。直流/直流稳压器， 然后这又到达 用于 SMBUS 通信的 通信连接器。 在板上，我们还有 几个 LED，用于显示 剩余的电量。 板如此处所示，具有 我刚才提到的不同 连接器。 那么，现在我们快速查看 一下一些测试性能。 这里是充电 和放电周期。 在这里，我们可以看到， 在充电期间，我们具有 一个恒定计数阶段。 在这里，执行这些恒定 计数，在我们监测 每个电池单元 期间，其电压 不断升高。 当我们到达充电 电压终点时， 充电器从恒定 计数切换到 恒定电压， 计数将下降， 直到我们达到 充电计数的终点。 看看放电，我们 在这里有应用到 放电的红色计数。 因此，我们 开始具有零， 然后我们应用 10 安， 然后我们再返回到零。 在此期间，整个 电池组的电压 会上升到最高， 然后下降，一直 到我们移除负载， 此时电压重新上升。 请不要关注 小的凸起。 这是因为我们的 负载，当我们释放 负载时，实际上，我们 具有另一个小的尖峰。 这就是我们具有该 小的电压凸起的原因。 但是，在这里， 重要或有趣的是， 我们可以看到 电压在这里， 一旦我们移除 负载，我们就 可以看到 电压重新上升。 这就是我 以前提到过的， 由于电池单元的阻抗， 一旦我们移除或添加 电流，就会 施加电压降。 这里是 10 安放电 期间的 MOSFet 温度。 在这里，我们可以 看到，充电状态会 从 100% 变为零， 在这里，我们 可以看到最高 温度为 72.5 摄氏度。这是 它的热像图， 放电电流为 10 安， 在 1C 充电期间， 具有 47.7 度的尖峰。 这是一个单页信息图表。 其中的大部分内容我已经提到过。 我要再次 强调的是， 该解决方案不仅可以 与 CEDV 算法配合使用， 如果我们需要 更精确地估算剩余 电量，也可与 Impedance Track 配合 使用。 但我们使用的 CEDV 算法非常合适， 应该足够 用于大多数 无人机应用。 我们具有集成的 电池单元平衡。 我们可以针对电压、 电流、温度、充电时间、 充电和放电 FET 等等对故障进行 全面编程。 我们可以对电池组 寿命进行诊断。 由于黑盒原因， 我们将其称为 实际电池，因为我们知道 所有要发生的事情。 因此，基本而言， 我们实际上能够 知道发生了什么，在什么时刻 由于什么原因发生了什么故障。 我们还具有板载 直流/直流稳压器。 然后您可以 在线查看 不同的数据表，或者 查看工具文件夹， 您可以在这里找到 原理图、物料清单、 Gerber、软件、用于 说明如何设计它的 完整设计指南。 我的演示到此 结束，感谢 大家的参与。 在进入问答环节之前， 有几个对于两个 演示都很 有意思的链接。 左侧大部分是 Kristen 介绍的部分， 其中展示了几个显示 三相 ESC 的 TI 设计。 他今天展示了 916，但 643 也 很有意思。 一些用于德州仪器 (TI) 提供的三相电机 驱动器的产品选项。 用于查看和下载 InstaSPIN-FOC 的链接。 还提供了一个 有关电机控制的 很有趣并且很 全面的 [听不清]。 关于电池组，2S， 我可以肯定用于 2S 的 链接已经生效了。 对于 4S 解决方案，我 今天展示的解决方案， 相关链接应在 接下来的几天生效。 但对于 2S 和 4S， 它是相同的解决方案， 它是相同或非常 类似的性能。 因此，如果您需要截至 今天生效的内容， 您可以直接查看 2S。 4S 将在 几天后提供。 还提供了具有不同 结构的解决方案。 如何使用 [听不清] 测量仪表保护等等。 我们可以看看 TIDA-00553。 或许也很有意思， 它一直到 10S， 但它也可以伸缩至 7 或 5 或 5S， TIDA-00449。 现在，我想我们可以 进入问答环节了。 我已经看到了两个问题。 第一个是，您是否 进行过有关测定 单个电池性能的 特征以构建匹配 电池组的研究？ 您可以重复 一遍问题吗？ 那么，如果我们 -- 您是否进行过 有关测定电池 性能的特征以 构建匹配电池组的 研究？ 没有。 这是因为，正如 我提到过的， 该设计包括 电池单元平衡。 这意味着，当我们首次将 电池单元连接到连接器时， 它们可能不匹配。 但随着时间的推移， 由于电池单元平衡， 电池单元将变得匹配。 这就是我提到过的有关 电池单元平衡的内容， 这或许有助于 节约一些成本， 因为您或许不必 总是购买最匹配的 电池单元。 由于平衡，随着时间的推移， 我们会将其变得匹配。 下一个问题是，当一个电池 单元发生故障时，充电器 是否能够识别？ 充电器不能。 让我们回到 方框图。 充电器不能识别，因为充电器 只能看到整个电池组。 但监测保护能够识别。 一旦要发生 某些事情， 例如，一个电池单元 发生故障，或者 发生短路，或者 其他事情， 这会被识别， 并且会告知装置。 因此，这意味着， 例如，它可以告知 无人机的其余部分， 您可以进行通信， 或者您稍后可以识别 发生了什么事情，以及 在哪个电池单元上 发生了什么事情。 问题是，它将 受到保护， 但该部分将能够识别 出现了什么问题并传达 相关信息。 那么，我看到下一个问题， 使用 FOC 控制和使用 梯形控制的无人机 使用的电源之间 有什么差异。 这个问题回答 起来有点困难。 如果您采用理论， 控制理论， FOC 控制应该可以将 效率提高 10% 至 15%， 但是，当然， 在这里， 您需要确保您 使用的电机 未采用梯形绕线方式， 而是采用正弦绕线方式， 这样您可以针对正弦 控制实现最佳性能。 此外，在这里，这是 从理论角度而言。 当您的 梯形控制 包含大量 可提高 效率的 额外算法时， 您的 FOC 控制的 效率提高幅度 会有所不同， 当然，在这里， 您还会看到 它的不匹配情况。 但是，如果您 确实能够对 控制进行一一对应的 比较，这几乎是 不可能的，到最后， 您通过 FOC 控制 所实现的性能 提高始终会很少。 但是，如果要给出一个 具体的数字，我就不知道了。 这是我们需要研究的问题， 需要进行实际比较。 那么，这是 将要实现的， 或者我们需要 执行这些测试， 并且进行比较，我们 说它是一一对应的比较。 我们不知道一个 控制执行的功能， 另一个控制 特别高效， 那么这不是 真正的比较。 这就是我不确定 真正的答案的原因。 还有人有 其他问题吗？ 好的，有人提出了一个问题。 在放电期间会进行 电池单元平衡吗？ 不会。 基本而言，对于电池单元平衡， 我们必须要了解的一点是， 它不是一次性的事件。 并不是说，我们遇到了不平衡， 然后经过一个周期，我们 完全纠正了 该不匹配情况。 它更多地是在充电 期间发生的事件。 [听不清]，我会回到 这个问题上来， 但是，它更倾向于 在多个周期上发生。 因为 我们可以做的事情 -- 可以通过对电池单元 不平衡进行过度校正 来实现它 -- 我们可以通过 I 因素 使其 [听不清]，从而实现它。 但我不建议这么做， 因为我们执行的 电池单元平衡越多，如果 我们做得过度，我们可能 使电池单元老化的程度就越大。 这就是我们宁愿更多地 使用较小的电流并通过 较长的时间来 实现它的原因， 可以更好地实现 电池单元匹配。 此外，在 [? 绕组 ?] 应用 [? 环境 ?] 中，在充电期间， 我们通常具有比 放电期间更低的电流， 在此期间，我们 具有更佳的电池 单元平衡效果。 此外，最重要的是， 电池单元平衡基本上 会对电池单元进行放电， 无论发生什么情况都是如此。 因此，这意味着，如果 我们正处于充电期间， 我们可能会增加几分钟 -- 而不是很多时间，但会 增加一点充电时间。 但是，在充电期间， 这并不重要， 因为充电器 会多连接 几分钟。 在放电期间，这 意味着会直接 影响运行时间。 这意味着，对于无人机， 如果我们尝试实际对 电池单元进行放电，那么 电池组的总体运行时间 甚至会更短。 那么，这就是我们不在放电期间 执行电池单元平衡的原因。 我们有时会根据 平衡的算法来 执行它。 可以在空闲时 完成它， 但最佳时机是 在充电期间执行它。 似乎没有 其他问题了。 那么，今天的网络 研讨会到此结束。 我要感谢 Kristen 和 Kevin 进行了 精彩的演示。 我还要对每一位 参与者表示感谢。 谢谢。 谢谢。
大家好！ 欢迎参加今天的网络研讨会。 我是来自 Element14 的 Randy， 今天的网络研讨会由我主持。 今天的演示来自 德州仪器 (TI)。 这就是如何通过 电子速度控制器 来延长四轴飞行器 和工业无人机的 飞行时间 和电池寿命。 本次网络研讨会将由 Kristen Mogensen 和 Kevin Stauder 主讲。 Kristen 是 TI 工业电机 驱动器的系统工程师， 同时专注于 硬件和软件。 他从 2014 年开始 担任该职务。 他于 2008 年加入 德州仪器 (TI)，从加入 公司开始他担任过 各种技术职位。 Kristen 在丹麦 技术大学 学习了 电气工程。 2008 年，他获得了 电气工程理学 硕士学位。 Kevin 是电器和电动 工具系统工程师。 他从 2014 年开始 担任该职务。 他在获得电气 工程理学硕士 学位之后加入 德州仪器 (TI)， 他在 TI 担任过各种 技术职位和营销职位。 在演示结束时， 将会有一个问答环节。 您可以在 WebEx 屏幕的 问答窗口中提问。 那么，现在有请 Kristen 和 Kevin 进行今天的演示。 大家好！ 我叫 Kristen Mogensen。 今天的演示 先从我开始， 然后到中间部分后， Kevin 会接替我 进行演示。 那么，今天的 议程是，首先 讨论用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC 设计。 然后，我们将讨论 德州仪器 (TI) 提供的 用于无人机的 电池组解决方案。 对于用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC， 我们的 议程如下。 首先，我们将对无人机 进行快速概述，以便 我们可以大致 了解在构建完整的 无人机时需要 构建哪些 具体的模块。 然后，讨论梯形控制 和正弦控制 注意事项。 然后，讨论在 进行设计时， 包括开始之前 以及整个 设计过程中， 需要考虑什么 类型的软件。 然后，测试结果是什么， 以及我用于测试 该设计的测试设置是怎样的。 然后是设计概述， 简明扼要地 告诉您该设计 可以执行什么任务。 那么，从无人机的角度来说， 基本而言，您首先需要 无人机飞行 控制器，它主要 接受来自 遥控器的 命令，获取 反馈，并且 对无人机 进行控制。 那么，基本而言， 向电机发送控制 命令，并且 从所有在无人机中 实现的传感器 获取反馈，以确保 无人机正常飞行 并且按照预期飞行。 然后，您需要 一个云台控制器。 云台控制器， 根据其质量， 或者说它的 专业程度， 可能包含 一至三个轴。 然后，还有一个 摄像头模块， 我们将无人机的 该部分称为有效载荷。 从有效载荷的 角度而言， 这基本上可以是 任何东西，您可以说， 这是我的无人机上 应该执行任务的部分。 它可以是从视频摄像机 到可能构建在热成像 摄像机上的雷达传感器， 无论您需要什么，您都 可以将其作为 有效载荷放在这里。 然后，还有您将 连接到飞行 控制器的视觉 和感知系统， 通常实现这些系统是为了 使无人机能够感知 其周围的环境， 以便它基本上能够 避免撞到墙壁等物体上。 如果它知道 那里有墙壁， 它就不会允许用户使其 与墙壁的距离小于它认为 安全的距离。 然后还有电池组。 最后是 ESC， 也称为 电子调速器。 根据您的 无人机类型， 今天，我们将从四轴 飞行器的角度对其 进行更详细的讨论， 因此您有四个电机。 但是，当然，如果您 仅有一个普通 飞机种类的配置， 您就仅有一个电机。 在这里，通常而言， 您今天看到的 是其刷式直流 电机，您将使用 该电机，或者 梯形控制电机。 在这里，对电机 进行速度控制 可以改变推进力，并且 可以改变无人机的方向。 我们将无人机的 该部分称为飞行系统。 然后，当然， 您还有一个遥控器。 在这里，它基本上获取 来自无人机的输入， 并且为无人机提供 有关如何飞行的输入。 当然，该控制器 也需要电池组。 我们把这称为遥控器。 在今天的演示中， 我们会重点讨论 ESC，至少在这部分的 演示中是这样。 我们稍后将重点 讨论电池管理。 那么，对于 ESC， 基本而言，根据 您选择使用的 电机控制的类型， 您可以提高 电机的效率， 以及您的 电机的速度 动态性能。 通常，您可以 看到梯形控制 用于驱动电机。 您将看到， 该梯形控制 在本质上由于其产生 方式而具有一个扭矩纹波。 如果您改用 FOC 控制， 则会消除该扭矩纹波， 并且这将为您提供 更加平稳的控制。 由于 FOC 的 工作方式， 与梯形控制相比， 您还会提高速度 变化或您对速度 变化的响应速度方面的 动态性能。 当然，改为使用 FOC 也会 带来新的挑战。 例如，与梯形控制 相比，对于 FOC， 您需要 更精确的角度。 当然，您可以通过添加 传感器来实现这一点， 而传感器比较昂贵， 因此它当然不是一种 真正可行的解决方案。 因此，如果您选择 FOC， 只有当它能够在无传感器的情况下实现时， 这种方式才真的有意义。 您可以在不使用传感器的 情况下实现它，此时您需要 一个基于 反 EMF 的无传感器 算法，我们稍后还会 对该算法稍作讨论。 那么，在这里，我们显示的是， 如果您有一个典型的梯形 ESC， 这些是您使 电机转动 所需的主要组件。 那么，在今天 结束时，您 将看到，您具有三个 连接到 FET 的半桥 FET 可以是内部的 也可以是外部的。 通常，您具有 外部 FET，因为 您驱动如此大的 电流，以至于您 无法在封装内部 耗散功率，因此您 会尝试通过移出 FET 来将其分离。 您还会看到，您具有一个 电流传感放大器。 然后，可能有电压 传感，以及直流 -- 或者您具有 电压传感， 还可能有直流 链路传感， 这具体取决于您 如何实现控制机制。 如果您转向正弦 控制，您将看到， 它不会对其 有大的改变。 最大的改变是， 您需要测量三个相位 电压 -- 或者您需要测量 三个相位，而不是 仅测量低侧的 一个混合相位 电流。 那么，现在进行 更深入的比较， 您可以从 控制的角度 了解梯形和 正弦之间的差异。 那么，您具有的 是梯形控制， 您会看到，您具有 一个 60 度角测量。 因此，基本而言，每隔 60 度您就会进行换向， 随着该换向， 您的电机将转动。 对于磁场定向 控制，您具有的是 一个实时精确 角度测量， 因此您的角度 需要精确的多。 根据您执行无传感器 控制的方式，您将 具有不同的基于 反 EFM 的控制技术。 对于梯形控制， 您通常具有 过零技术。 还有一种称为 InstaSPIN-BLDC 的不同 方法，该方法执行集成。 然后，如果您改为 使用 FOC，您将具有 一项滑动 电机技术， 然后，提供了 使用 InstaSPIN FOC 的选项，您最终 会使用 TI FAST 算法。 因此，当您执行梯形 控制时，您将看到 您需要三个 相位电压， 并且可能具有可选的 单个分流测量。 再次说明一下，对于 InstaSPIN-BLDC，您将 看到您具有相同的设置。 如果您选择滑动模式 观测器，您将看到 您在这里需要直流 总线以及一至三个 分流测量。 根据您选择的 分流器数量， 您还能通过您的 PWM 控制器设置 来限制您可以 使用的 PWM 占空比。 因此，您将在一定程度上 限制可以将多少 [听不清] 总线用于 您的电机控制。 那么，以上就是一些注意事项， 但最后您可以进行选择。 对于 InstaSPIN FAST，您 需要三个相位电压 -- 直流链路电压和 两到三个分流测量。 再次强调，我们对 分流的讨论是相同的。 您将限制您自己， 但它是一种选择。 您不必这么做， 然后您可以 执行三项 分流测量。 您通过 扭矩性能 和速度性能 可以看到， 从梯形 角度而言， 由于实现过零 技术的方式， 您具有较差的动态性能，这 意味着当您进行速度改变时， 您需要一定的时间才能 对速度变化做出反应。 如果您改为 使用 InstaSPIN-BLDC， 您将看到您不仅对于 负载变化更加 稳定，而且具有 更佳的动态性能。 您可以更快地 响应速度变化。 从扭矩的 角度而言， 您具有高扭矩，但是 您也具有扭矩纹波， 因为您每隔 60 度就会 进行换向。 这样就会产生 扭矩纹波， 该纹波还会降低 扭矩性能中的 动态零点。 然后转向 FOC， 您会看到 对于滑动 模式观测器， 您通常具有 较差的低速性能。 当然，这还取决于 您的滑动模式 观测器有多先进。 而在全速范围上， 您将具有中等的动态 性能。 有一点可以肯定的是， 它很难进行调节， 您需要针对不同的 负载情况以及不同的 速度对其进行调节， 从而使其在滑动模式 观测器的整个动态 范围内稳定地运行。 转向 InstaSPIN TI FAST 算法，您可以 看到，与其他三个选项 相比，您具有最佳的 低速到高速性能。 您具有最佳的 动态性能。 非常好的一点是， 从角度方面而言， 其无传感器部分 可以进行自主调节。 因此，您具有 用于识别 电机参数的 识别协议。 一旦您拥有 它们，您就 无需再识别电机。 您将其置于 您的系统中， 不必再去考虑 角度测量 问题。 对于扭矩性能， 从 FOC 角度 可以看到，您具有 理想的扭矩控制， 这意味着低噪声、 平滑的运行和 最佳的动态性能。 当然，在这里， 它还包含您的电机。 如果您具有梯形 绕线电机，那么 您用于梯形控制的电机 将具有最佳工作效果， 当然，对于 FOC 也是一样的。 如果您具有 正弦绕线电机， 系统将实现 最佳的性能。 您当然也可以 进行交叉选用， 但这必然会造成 一定程度的 系统性能下降。 从系统成本 角度而言， 您可以在这里看到梯形 控制，它是相同的， 在这里，你将为 电流分流添加 额外的测量。 因此，在这里，您将 有一些额外的成本。 现在，看看 FOC 控制的挑战， 您需要考虑 三个方面的问题。 首先，您需要 考虑 PCB 本身。 我需要什么 类型的功率级？ 我需要执行什么 类型的电压电流感应？ 它必须有怎样的性能？ 你需要事先考虑 这些类型的问题。 然后，从软件 角度而言， 您需要构建 您的 FOC 部分， 当我说 FOC 时， 我是指 Clarke、[? Park ?]、 PI 控制器、加速、 轨道定义。 所有这些 基本上都是标准的。 第二个软件 部分是， 您具有 角度估算， 但理论上，您还可以 使用机械传感器来执行。 现在我们更加详细 一点儿地讨论软件。 从软件角度而言， 您还需要知道 您使用的控制器 具有正确执行 缺欠频带所需的 PWM 功能。 您是否能够在需要的 时间触发 ADC 采样？ 您是否能够同时 同步所有 PWM， 以便能够在 驱动 [听不清] 时 尽可能高效地 使用 PWM 模式？ 然后，您需要怎样的 电机电气速度？ 从电气的角度而言， 您需要运行电机的 速度越快， 您需要的 处理能力就越高， 因为您需要对 您的电流测量进行 采样，或者您需要 能够对电流环路 进行足够的处理， 以便您基本上 可以针对您 运行的高速度进行 稳定的速度控制。 然后，当然，您是否 能够轻松地调节 您的 PI 控制器，或者 它是否进行试错并期待 最佳结果？ 然后，从软件 角度而言，最后 一部分是，正如我先前 所说的，我们将讨论 基于反 EMF 的传感器。 当电机未运转时， 不存在反 EMF， 这意味着您无法 获取位于零点的角度。 因此，您需要首先 开始让电机旋转。 然后，在经过 特定的点之后， 您将从开环 控制转为闭环 控制。 您还需要将 该部分算法 构建到您的 软件模板中。 然后，从硬件 角度而言， 您需要考虑 电压和电流感应。 您需要考虑 FET 额定值。 它们是否能够实现 您需要的电流和电压？ 您需要从 导电和开关 角度考虑 系统的效率。 然后，当然，如果 发生故障，您需要 对系统进行 什么类型的保护。 然后，从角度方面而言， 您是否要实现机械传感器， 或者您是否要 实现估算算法？ 对于估算 算法， 您需要针对整个速度 范围对该算法进行调优， 您还需要知道 您的电机参数。 因此，从 InstaSPIN FOC 角度而言， 您基本上具有 FAST 软件编码器， 这将从您的设计 注意事项中去掉 公式的该部分。 我们已经为您完成了该部分。 然后是第二部分， 正如我先前提到的， 从角度方面而言， 您无需再执行 任何操作， 但仍需要执行 一些任务。 您仍需要为电流环路 调节这里的 PI 控制器、 PI 速度以及 PI， 以确保您的 系统按照您的 预期准确地执行。 因为，当然，您 确切地知道 您希望电机如何旋转。 那么，在此期间， 我们还会向 MotorWare 库中添加 一个工具或项目， 您可以通过它基本上与您 使用的硬件进行实时交互。 对于连接的电机， 您可以实时看到 您的电机实现 步进响应和电流。 此外，还对步进响应 进行调优，以便为您 提供您认为最适合您的 系统的电流步进响应。 在今天结束时，如果 您看看我先前提到的 高速电机， 您基本上 可以看到，每隔 833 微秒，您基本上 会将电机旋转一圈， 这意味着，要使您的 电流控制能够 响应该极高的速度， 您需要非常快地 运行电流环路。 对于该系统， 我们针对高达 22kHz 的电流环路对其 进行了测试，这基本上 意味着大约 44 微秒。 因此，您基本上可以说， 我这里的步进响应， 您可以看到，大致上 对于旧电流，要针对 PI 控制器应用 或调节新电流， 这基本上需要 大约 400 微秒。 您可以看到， 800 微秒已经 足够让您 快速响应 这些高速度。 这意味着， 在今天结束时， 这将使您能够 对您的电机中的 电气频率进行 稳定的步进响应。 这是您对系统 进行基本计时 所需的东西。 当然，使它的 速度超快 还可能会产生 一些效率损失， 您可以通过降低 其速度来进行补偿。 但这是您的系统 动态性能的一部分， 我们无法 了解相关情况， 您需要在此 通过该电流 调优对该电机进行 基本调优，以便系统 实现最佳性能。 然后，转到下一步， 您以前看到的电流 和速度控制器， 我们通过级联 控制实现它们。 因此，您需要 做的是，首先 对电流控制器进行调优， 以实现您认为最佳的设置， 然后您要做的是， 您可以对速度 控制器进行调优。 在这里，您可以 看到我针对高速 信号对轻微过冲情况 调节了速度控制器。 然后，当您完成 该速度控制后， 您要做的是，您基本上 可以转向电机的全速范围。 您在这里看到的是， 凭借极高的动态性能， 您可以在大约 500 毫秒内 从负 8,000 RPM 转向 正 8,000 RPM。 基本而言， 您还可以 在这里看到，当您改变 电机速度时，您在 轨道上具有每秒 3,600 RPM 的加速度。 在这里您可以看到轻微的过冲。 当然，调节 PI 控制器 以实现精确的性能， [听不清] 您将 能够补偿 它的该部分。 然后，稍微展示我们 是怎样测试系统的。 我们看到，当您 运转该螺旋桨， 然后直接将其放到 桌子上时，您将看到 螺旋桨产生的 湍流基本上还会 使速度性能 变得不稳定， 因为它基本上会将 空气向下推动很多， 以至于它将 影响螺旋桨的 运转方式。 因此，您将看到 由于该空气运动 而带来的螺旋桨 或者电机的不稳定性。 我们通过进行此处的 设置来对其进行补偿， 您可以看到，它看起来 更像一个无人机， 你可以看到空气 可以从电机离开。 然后您可以在这里看到 我们使用的板、电源， 然后我使用 Code Compose Studio 将其与 PC 相连接。 在这里，它基本上直接 连接到该 Launch Pad， 调试器已经 包含在该板中。 您可以稍微 了解一下电机的尺寸， 由于您已经 知道了无人机 [听不清]， 您知道它们有多小， 但您基本上会 在这里看到 它们非常非常小。 从设计 角度而言， 您看到的是，如果 您看到用于无人机 ESC 的极高性能的系统 解决方案，您基本上 具有针对无传感器 FOC 控制实现电机控制 所需的所有接口。 这里还展示了 您能够以这些 极高的速度运行的 TI FAST 观测器。 我们展示了用于 执行该变化的 从 1k RPM 到 10k RPM 的高动态性能。 您可以在不到 200 毫秒的时间内完成它。 我们测试的电机 基本上是 6 极对电机， 在这里，我们以 12,000 RPM 的转速 运行它 -- 这是最大转速。 我们使用的是标准 TI EVM，因此，基本而言， InstaSPIN-Motion LaunchPad 和 DRV8305 BoosterPack。 这两者是标准配置。 您可以将其放在一起。 它们已经 包含在硬件中。 阅读设计指南， 我还稍微介绍了 您如何更改 DRV BoosterPack， 使其能够包含 电机将运行的 更高频率。 通常，该板是为 300 赫兹电机构建的， 要将其更改得更高 一些，您需要更改 系统的滤波器， 以便在您快速 运行它时能够 不使信号衰减得 太多。 然后，用于 C2000 LaunchPad 使用 MotorWare 的 非常简单的固件示例， 板本身，由于 BoosterPack 支持 2 至 6 节 锂聚合物电池， 并且相电流 额定值为 15 安培。 也可以通过调节 BoosterPack 上使用的 FET 来更改它， 此外，在这里， 您需要确保您 使用的分流器 也支持更高的电流。 该系统所具有的 一些优势是， 我先前所讨论过的， 22.5kHz PWM 电流 控制。 现在您明白其中的原因了， 因为我以 45kHz PWM 运行它， 然后我 将其除以二。 这些都是在硬件中 完成的，因此您 在执行该转换时不会 损失任何处理器能力。 那么，在今天 结束时， 您无需对无传感器 算法进行调优 即可很快地上市，并且 您可以通过您要使用的 特定螺旋桨很快地 对电机设置进行调优， 以实现您可以 实现的最佳性能。 有关一切是 如何实现的 更多信息， 您可以访问 TIDA-00916， 在这里，您可以找到 介绍我们执行的 部分测试以展示性能 以及我们如何使用系统的 工具文件夹设计指南。 这里稍微 介绍了数据表。 但在这里，您还 可以找到指向 我们使用的两个 EDM 的链接， 您也可以在 TI Store 上购买它们。 我对无人机上的 ESC 介绍到此结束， 现在有请 Kevin 进行演示。 谢谢 Kristen。 那么，我现在将 继续演示的 电池组部分。 Kristen 展示了 无人机中 可能具有的不同块， 我将重点介绍 电池组部分。 那么，首先让我扼要重述 一些电池基础知识。 让我们从什么 是开路电压开始。 那么，如果我们看看 单节锂离子电池的电压， 我们可以看到，电压 将从 4.2 伏变为 3 伏。 它将具有 这种形状， 在周期的开头 和末尾具有 陡峭的曲线， 在中间具有 相对平坦的 稳定阶段。 需要记住的一点是， 该曲线是在非常 非常低的放电 电流下获得的。 电池单元将具有 阻抗，[听不清] 在这里由 I-R BAT，一旦 电池单元中具有充电或 放电电流， 我们将具有 施加到电池 单元的压降。 这意味着，一旦 I-R 为放电电流， 压降将会更大， 并且我们会 更快地达到放电 电压的终点 EDV。 那么，这意味着， 即使在理论上 我的电池单元的 总电量为 Q-max， 我用于对其进行 放电的电流也会 更大，我能够使用的 电量也会更低。 那么，这是我们 必须考虑的事情， 尤其是在电流为 I 的应用中，或者 当电流持续变化时， 例如当我们希望 加速或上下 移动时 [听不清] 无人机。 该电流将完全 改变，这意味着 该曲线还将 持续上升和 下降，使得估算 剩余的电量变得 更加困难。 我很快要讨论的 另一个术语是 充电速率， 它基本上是 放电或充电电流。 这通常是 在一小时后 对电池进行完全 放电所需的电流。 这就是为什么 当我们谈到 1C 电流时，意味着电池 将在一小时后完全放电。 如果它是 2C， 则意味着它 将是在半小时后对电池 进行放电所需的电流， 依此类推。 充电状态，SOC， 我还将提到它。 那么，这就是我宁愿解释 该首字母缩略词的含义的原因。 当我们寻找解决方案 或讨论电池组时， 一件重要的事情 是了解什么是 s 和 p。 那么，s 是我们具有的串联电池 单元的数量，p 是串联的数量。 为什么这很重要？ 因为您有两节电池， 您需要具有相同的 解决方案。 2s1p，因此两节串联 电池、一节并联电池 将具有更高的 电压、更低的电流。 那么，这是 相同的额定功率， 但是当我们查看解决 方案时，这很重要。 最后但同样重要的是， 因为我稍后还会提到它， CEDV。 我先前提到过，EDV 是放电电压的终点。 因此，基本而言， 达到该电压时， 我们应停止对电池 进行放电，以免损坏 电池单元。 CEDV 是 [听不清] 监测算法， 它具有补偿 放电终点， 从而支持在电流 负载变化时对 给定的电量 进行精确的测量。 那么，现在我们 更详细地了解了 电池单元，我们 需要考虑一些参数， 我们为什么需要它们。 首先是有关安全的参数。 即过压、 过流、过热。 如果没有进行 监视以及在 [听不清] 时没有 采取措施，这三项 可能会导致电池 单元出现故障、 损坏、爆炸或着火。 因此，这些确实是对 安全至关重要的参数。 其他两种情况 与用户体验的 关系更密切， 这意味着它们 不会直接导致安全 问题，但更多地会导致 最终用户的体验很差， 它们是欠压和电池单元 不平衡。 欠压意味着， 正如我先前 提到过的，电压应 是固定的，介于 4.2 和 3 伏之间。 如果电压降到 3 伏, 以下，不会有危险， 但这意味着电池 单元会损坏， 我们在后续周期中无法 以相同的电量使用它。 因此，我们应尽量防止 出现这种情况，以便 您的客户不会因为 欠压未得到妥善 处理而导致的较差 电池寿命性能， 而对您的最终产品 产生糟糕的印象。 电池单元不平衡 意味着，例如， 如果有几个 串联的电池单元， 其中一个电池单元已充满电， 一个电池单元已完全放电， 那么就无法 进一步对电池组 进行充电或放电， 因为一个电池单元 将始终过压，而另一个 电池单元始终欠压。 我们需要做的是， 执行电池单元 平衡，以便将电池组 恢复至类似的电压， 从而能够延长 整个电池组的 寿命。 此外，电池单元平衡， 使用的 [? 负载 ?]， 有时较便宜的 电池单元是您 在首次收到它们时在电压 方面不直接匹配的电池单元。 这意味着，或许您 可以纠正该不平衡， 从而使您的整个 电池组实现最佳体验。 那么，这些参数 意味着，我们需要 具有我们稍后 使用的任何解决方案， 强烈建议您查看 整个电池组的电压， 以及每个电池 单元的电压， 进出电池单元的 电流和温度。 那么，对于无人机的 电池组而言，我们 现在应该注意 什么问题呢。 第一个问题当然是 是小巧的外形。 我们的解决方案的 空间和重量应 尽可能地小。 我们希望解决方案的 成本尽可能低，但低成本 并不意味着糟糕的 解决方案，而是意味着 我们能够以最便宜的 价格实现最佳的解决方案。 我们必须考虑的 另一个问题， 我先前稍微 提到过它， 就是我的电池组中 剩余多少电量。 对于无人机，这至关重要， 因为对于其他 [听不清] 设备，如果电池 电量低或者为空， 那么 [听不清] 设备会停止工作， 这没什么大不了的，我们 只需要重新充电，然后 可以继续工作。 对于无人机，如果我们正在 飞行途中，而电池电量为空， 那么无人机会坠落。 因此，我们需要能够 预测电池何时会放电、 您何时需要 充电，这样我们 就可以使无人机 安全地着陆。 但对于无人机而言， 有一个需要考虑的问题， 即我们有一个 I 放电电流， 非连续的电流。 那么，正如我先前提到过的， 如果我们使无人机上下 移动或对其进行 加速或制动，放电 曲线会发生改变。 这就是我们需要能够 妥善处理 I 放电电流的 东西的原因。 在这里，例如， CEDV，因此 [听不清] 放电电压终点 对于 1C 和 25 或 50C 之间的放电 具有很好的性能。 因此，这是我们在我们的 TI 设计之一中采取的解决方案， 对于我们建议的 该解决方案，我们 还可以将其与 Impedance Track 配合使用，这是实现 精确度的下一步骤。 因此，如果具有良好 且精确的解决方案 还不够，我们需要具有 非常好且非常精确的 解决方案，那么 Impedance Track 是理想之选。 我们谈到的串联 电池单元有多少个？ 通常介于两个和四个之间， 可能多达七个电池单元。 我今天要展示的 解决方案聚焦于 两个和四个 之间的平台， 但我们还具有用于更大数量 电池单元的其他解决方案。 当然，作为一个 TI 设计，我们 希望为您提供一些 易于评估的东西， 我们对如何 进行设计、什么 是每个参数的 [听不清] 进行了 全面讨论。 我们为您提供的 也是您可以拥有的 完整 [听不清] 文件、[听不清] 文件、测试报告，等等。 那么，现在更详细地 具体讨论一个 TI 设计， TIDA-00984，该 TI 设计 包含四个电池单元。 它还具有双 电池单元版本， 它是相同的解决方案， 只是配置不同而已。 它包含一个电池 充电器、一个 CEDV [? 补偿 ?] 放电电压 终点，但进行电量监测。 该电池与 Impedance Track 是引脚对引脚 兼容的，如果您 需要更精确的性能。 电池组保护、电池 单元平衡以及 板载充电状态， 因此我们确切地 知道剩余电量的 百分比是多少。 还有 SMBUS 通信，用于 进行高级状态更新。 那么，SMBUS，如果 您对它不熟悉， 与其他通信 协议 [听不清]。 充电器的一些 主要规格。 在这里，我们具有效率为 93% 的 充电器，其输入电压介于 18 和 28 伏直流之间。 充电电压为 16.73， 这稍低于每个 电池单元 4.2 伏。 这是充电 电压测量。 这是测量的放电 电流，1.311 安。 在充电期间， 在接近 24 摄氏度的环境温度下， 灯泡的最高温度可达 43 度。 该充电器还具有 预充电模式。 那么，通常而言， 什么是预充电， 这就是说，如果我们 通过欠压正确地 保护我们的电池组， 那么我们应该不需要该功能。 但是，有时电池单元的 电压可能会降至 3 伏 以下，这是不可取的， 但这有可能发生。 假设每个电池单元的 电压介于 2 和 3 伏之间， 充电器将 识别该情况， 然后会施加非常小的 电流，以安全地达到 3 伏。 一旦达到 3 伏，我们 就处于安全的状况了， 然后我们可以开始 以正常的速率充电。 那么，这就是充电器 包含的预充电功能。 然后看看 保护，我们 具有多种 级别的过流。 例如，以 15 安 持续 20 秒、 以 20 安持续 10 秒、 以 24 安持续 15 秒。 此外，我们还 具有短路保护， 例如以 33 安持续 1 毫秒 或以 44 安持续 244 毫秒。 可以根据您的 具体规格，以及 过压和欠压 保护和温度 保护，在不同 级别对这些 参数的 电流值 和时间值 进行编程。 该板的 一些规格。 我们有针对测量仪表 和稳压器的电流， 测量仪表具有 1.32 微安的有效电流。 我们具有板载 3.3 伏 直流/直流稳压器。 我很快将向您展示的 生产 FET 具有 0.0325 欧的串联阻抗。 在以 10 安的电流 进行放电时， 最高温度为 72 摄氏度。 那么，方框图 如此处所示。 那么，在这里，我们 连接到电池单元， 以测量每个电池单元的 电压并进行平衡。 我们具有电池 正极和负极连接， 电池组正极 和负极连接， 因此电池连接到 电池单元，然后 电池组连接到 系统的其余部分。 我们还具有 针对 [听不清] 测量仪表和充电器的 [听不清] 输入。 [听不清] 测量仪表 负责执行监测 保护和平衡 并且控制两个 FET。 这两个 FET 位于 I 侧， 这意味着在发生故障 期间我们不会中断 通信 [听不清]。 现在，背靠背 FET，意味着 如果在充电期间发生 故障，我们仍然可以 进行放电，但无法充电。 如果在放电 期间发生故障， 这个将用作 [? 二极管 ?]，因此 我们无法进一步放电， 但是，如果我们具有 另一个未发生过压 或欠压的 [听不清]，我们 仍然可以充电。 两个 FET 都将打开， 这样我们就可以 充电或放电。 在这里，我们为充电器 提供了 18 至 28 伏直流输入。 我们还具有 板载 [听不清] 3。 我们还可以 将其更改为 5 伏。直流/直流稳压器， 然后这又到达 用于 SMBUS 通信的 通信连接器。 在板上，我们还有 几个 LED，用于显示 剩余的电量。 板如此处所示，具有 我刚才提到的不同 连接器。 那么，现在我们快速查看 一下一些测试性能。 这里是充电 和放电周期。 在这里，我们可以看到， 在充电期间，我们具有 一个恒定计数阶段。 在这里，执行这些恒定 计数，在我们监测 每个电池单元 期间，其电压 不断升高。 当我们到达充电 电压终点时， 充电器从恒定 计数切换到 恒定电压， 计数将下降， 直到我们达到 充电计数的终点。 看看放电，我们 在这里有应用到 放电的红色计数。 因此，我们 开始具有零， 然后我们应用 10 安， 然后我们再返回到零。 在此期间，整个 电池组的电压 会上升到最高， 然后下降，一直 到我们移除负载， 此时电压重新上升。 请不要关注 小的凸起。 这是因为我们的 负载，当我们释放 负载时，实际上，我们 具有另一个小的尖峰。 这就是我们具有该 小的电压凸起的原因。 但是，在这里， 重要或有趣的是， 我们可以看到 电压在这里， 一旦我们移除 负载，我们就 可以看到 电压重新上升。 这就是我 以前提到过的， 由于电池单元的阻抗， 一旦我们移除或添加 电流，就会 施加电压降。 这里是 10 安放电 期间的 MOSFet 温度。 在这里，我们可以 看到，充电状态会 从 100% 变为零， 在这里，我们 可以看到最高 温度为 72.5 摄氏度。这是 它的热像图， 放电电流为 10 安， 在 1C 充电期间， 具有 47.7 度的尖峰。 这是一个单页信息图表。 其中的大部分内容我已经提到过。 我要再次 强调的是， 该解决方案不仅可以 与 CEDV 算法配合使用， 如果我们需要 更精确地估算剩余 电量，也可与 Impedance Track 配合 使用。 但我们使用的 CEDV 算法非常合适， 应该足够 用于大多数 无人机应用。 我们具有集成的 电池单元平衡。 我们可以针对电压、 电流、温度、充电时间、 充电和放电 FET 等等对故障进行 全面编程。 我们可以对电池组 寿命进行诊断。 由于黑盒原因， 我们将其称为 实际电池，因为我们知道 所有要发生的事情。 因此，基本而言， 我们实际上能够 知道发生了什么，在什么时刻 由于什么原因发生了什么故障。 我们还具有板载 直流/直流稳压器。 然后您可以 在线查看 不同的数据表，或者 查看工具文件夹， 您可以在这里找到 原理图、物料清单、 Gerber、软件、用于 说明如何设计它的 完整设计指南。 我的演示到此 结束，感谢 大家的参与。 在进入问答环节之前， 有几个对于两个 演示都很 有意思的链接。 左侧大部分是 Kristen 介绍的部分， 其中展示了几个显示 三相 ESC 的 TI 设计。 他今天展示了 916，但 643 也 很有意思。 一些用于德州仪器 (TI) 提供的三相电机 驱动器的产品选项。 用于查看和下载 InstaSPIN-FOC 的链接。 还提供了一个 有关电机控制的 很有趣并且很 全面的 [听不清]。 关于电池组，2S， 我可以肯定用于 2S 的 链接已经生效了。 对于 4S 解决方案，我 今天展示的解决方案， 相关链接应在 接下来的几天生效。 但对于 2S 和 4S， 它是相同的解决方案， 它是相同或非常 类似的性能。 因此，如果您需要截至 今天生效的内容， 您可以直接查看 2S。 4S 将在 几天后提供。 还提供了具有不同 结构的解决方案。 如何使用 [听不清] 测量仪表保护等等。 我们可以看看 TIDA-00553。 或许也很有意思， 它一直到 10S， 但它也可以伸缩至 7 或 5 或 5S， TIDA-00449。 现在，我想我们可以 进入问答环节了。 我已经看到了两个问题。 第一个是，您是否 进行过有关测定 单个电池性能的 特征以构建匹配 电池组的研究？ 您可以重复 一遍问题吗？ 那么，如果我们 -- 您是否进行过 有关测定电池 性能的特征以 构建匹配电池组的 研究？ 没有。 这是因为，正如 我提到过的， 该设计包括 电池单元平衡。 这意味着，当我们首次将 电池单元连接到连接器时， 它们可能不匹配。 但随着时间的推移， 由于电池单元平衡， 电池单元将变得匹配。 这就是我提到过的有关 电池单元平衡的内容， 这或许有助于 节约一些成本， 因为您或许不必 总是购买最匹配的 电池单元。 由于平衡，随着时间的推移， 我们会将其变得匹配。 下一个问题是，当一个电池 单元发生故障时，充电器 是否能够识别？ 充电器不能。 让我们回到 方框图。 充电器不能识别，因为充电器 只能看到整个电池组。 但监测保护能够识别。 一旦要发生 某些事情， 例如，一个电池单元 发生故障，或者 发生短路，或者 其他事情， 这会被识别， 并且会告知装置。 因此，这意味着， 例如，它可以告知 无人机的其余部分， 您可以进行通信， 或者您稍后可以识别 发生了什么事情，以及 在哪个电池单元上 发生了什么事情。 问题是，它将 受到保护， 但该部分将能够识别 出现了什么问题并传达 相关信息。 那么，我看到下一个问题， 使用 FOC 控制和使用 梯形控制的无人机 使用的电源之间 有什么差异。 这个问题回答 起来有点困难。 如果您采用理论， 控制理论， FOC 控制应该可以将 效率提高 10% 至 15%， 但是，当然， 在这里， 您需要确保您 使用的电机 未采用梯形绕线方式， 而是采用正弦绕线方式， 这样您可以针对正弦 控制实现最佳性能。 此外，在这里，这是 从理论角度而言。 当您的 梯形控制 包含大量 可提高 效率的 额外算法时， 您的 FOC 控制的 效率提高幅度 会有所不同， 当然，在这里， 您还会看到 它的不匹配情况。 但是，如果您 确实能够对 控制进行一一对应的 比较，这几乎是 不可能的，到最后， 您通过 FOC 控制 所实现的性能 提高始终会很少。 但是，如果要给出一个 具体的数字，我就不知道了。 这是我们需要研究的问题， 需要进行实际比较。 那么，这是 将要实现的， 或者我们需要 执行这些测试， 并且进行比较，我们 说它是一一对应的比较。 我们不知道一个 控制执行的功能， 另一个控制 特别高效， 那么这不是 真正的比较。 这就是我不确定 真正的答案的原因。 还有人有 其他问题吗？ 好的，有人提出了一个问题。 在放电期间会进行 电池单元平衡吗？ 不会。 基本而言，对于电池单元平衡， 我们必须要了解的一点是， 它不是一次性的事件。 并不是说，我们遇到了不平衡， 然后经过一个周期，我们 完全纠正了 该不匹配情况。 它更多地是在充电 期间发生的事件。 [听不清]，我会回到 这个问题上来， 但是，它更倾向于 在多个周期上发生。 因为 我们可以做的事情 -- 可以通过对电池单元 不平衡进行过度校正 来实现它 -- 我们可以通过 I 因素 使其 [听不清]，从而实现它。 但我不建议这么做， 因为我们执行的 电池单元平衡越多，如果 我们做得过度，我们可能 使电池单元老化的程度就越大。 这就是我们宁愿更多地 使用较小的电流并通过 较长的时间来 实现它的原因， 可以更好地实现 电池单元匹配。 此外，在 [? 绕组 ?] 应用 [? 环境 ?] 中，在充电期间， 我们通常具有比 放电期间更低的电流， 在此期间，我们 具有更佳的电池 单元平衡效果。 此外，最重要的是， 电池单元平衡基本上 会对电池单元进行放电， 无论发生什么情况都是如此。 因此，这意味着，如果 我们正处于充电期间， 我们可能会增加几分钟 -- 而不是很多时间，但会 增加一点充电时间。 但是，在充电期间， 这并不重要， 因为充电器 会多连接 几分钟。 在放电期间，这 意味着会直接 影响运行时间。 这意味着，对于无人机， 如果我们尝试实际对 电池单元进行放电，那么 电池组的总体运行时间 甚至会更短。 那么，这就是我们不在放电期间 执行电池单元平衡的原因。 我们有时会根据 平衡的算法来 执行它。 可以在空闲时 完成它， 但最佳时机是 在充电期间执行它。 似乎没有 其他问题了。 那么，今天的网络 研讨会到此结束。 我要感谢 Kristen 和 Kevin 进行了 精彩的演示。 我还要对每一位 参与者表示感谢。 谢谢。 谢谢。
大家好！
欢迎参加今天的网络研讨会。
我是来自 Element14 的 Randy， 今天的网络研讨会由我主持。
今天的演示来自 德州仪器 (TI)。
这就是如何通过 电子速度控制器
来延长四轴飞行器 和工业无人机的
飞行时间 和电池寿命。
本次网络研讨会将由 Kristen Mogensen 和 Kevin Stauder
主讲。
Kristen 是 TI 工业电机 驱动器的系统工程师，
同时专注于 硬件和软件。
他从 2014 年开始 担任该职务。
他于 2008 年加入 德州仪器 (TI)，从加入
公司开始他担任过 各种技术职位。
Kristen 在丹麦 技术大学
学习了 电气工程。
2008 年，他获得了 电气工程理学
硕士学位。
Kevin 是电器和电动 工具系统工程师。
他从 2014 年开始 担任该职务。
他在获得电气 工程理学硕士
学位之后加入 德州仪器 (TI)，
他在 TI 担任过各种 技术职位和营销职位。
在演示结束时， 将会有一个问答环节。
您可以在 WebEx 屏幕的 问答窗口中提问。
那么，现在有请 Kristen 和 Kevin
进行今天的演示。
大家好！
我叫 Kristen Mogensen。
今天的演示 先从我开始，
然后到中间部分后，
Kevin 会接替我 进行演示。
那么，今天的 议程是，首先
讨论用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC
设计。
然后，我们将讨论 德州仪器 (TI) 提供的
用于无人机的 电池组解决方案。
对于用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC，
我们的 议程如下。
首先，我们将对无人机 进行快速概述，以便
我们可以大致 了解在构建完整的
无人机时需要 构建哪些
具体的模块。
然后，讨论梯形控制 和正弦控制
注意事项。
然后，讨论在 进行设计时，
包括开始之前 以及整个
设计过程中， 需要考虑什么
类型的软件。
然后，测试结果是什么， 以及我用于测试
该设计的测试设置是怎样的。
然后是设计概述， 简明扼要地
告诉您该设计 可以执行什么任务。
那么，从无人机的角度来说， 基本而言，您首先需要
无人机飞行 控制器，它主要
接受来自 遥控器的
命令，获取 反馈，并且
对无人机 进行控制。
那么，基本而言， 向电机发送控制
命令，并且 从所有在无人机中
实现的传感器 获取反馈，以确保
无人机正常飞行 并且按照预期飞行。
然后，您需要 一个云台控制器。
云台控制器， 根据其质量，
或者说它的 专业程度，
可能包含 一至三个轴。
然后，还有一个 摄像头模块，
我们将无人机的 该部分称为有效载荷。
从有效载荷的 角度而言，
这基本上可以是 任何东西，您可以说，
这是我的无人机上 应该执行任务的部分。
它可以是从视频摄像机 到可能构建在热成像
摄像机上的雷达传感器， 无论您需要什么，您都
可以将其作为 有效载荷放在这里。
然后，还有您将 连接到飞行
控制器的视觉 和感知系统，
通常实现这些系统是为了 使无人机能够感知
其周围的环境， 以便它基本上能够
避免撞到墙壁等物体上。
如果它知道 那里有墙壁，
它就不会允许用户使其 与墙壁的距离小于它认为
安全的距离。
然后还有电池组。
最后是 ESC， 也称为
电子调速器。
根据您的 无人机类型，
今天，我们将从四轴 飞行器的角度对其
进行更详细的讨论， 因此您有四个电机。
但是，当然，如果您 仅有一个普通
飞机种类的配置， 您就仅有一个电机。
在这里，通常而言， 您今天看到的
是其刷式直流 电机，您将使用
该电机，或者 梯形控制电机。
在这里，对电机 进行速度控制
可以改变推进力，并且 可以改变无人机的方向。
我们将无人机的 该部分称为飞行系统。
然后，当然， 您还有一个遥控器。
在这里，它基本上获取 来自无人机的输入，
并且为无人机提供 有关如何飞行的输入。
当然，该控制器 也需要电池组。
我们把这称为遥控器。
在今天的演示中， 我们会重点讨论
ESC，至少在这部分的 演示中是这样。
我们稍后将重点 讨论电池管理。
那么，对于 ESC， 基本而言，根据
您选择使用的 电机控制的类型，
您可以提高 电机的效率，
以及您的 电机的速度
动态性能。
通常，您可以 看到梯形控制
用于驱动电机。
您将看到， 该梯形控制
在本质上由于其产生 方式而具有一个扭矩纹波。
如果您改用 FOC 控制， 则会消除该扭矩纹波，
并且这将为您提供 更加平稳的控制。
由于 FOC 的 工作方式，
与梯形控制相比， 您还会提高速度
变化或您对速度 变化的响应速度方面的
动态性能。
当然，改为使用 FOC 也会 带来新的挑战。
例如，与梯形控制 相比，对于 FOC，
您需要 更精确的角度。
当然，您可以通过添加 传感器来实现这一点，
而传感器比较昂贵， 因此它当然不是一种
真正可行的解决方案。
因此，如果您选择 FOC， 只有当它能够在无传感器的情况下实现时，
这种方式才真的有意义。
您可以在不使用传感器的 情况下实现它，此时您需要
一个基于 反 EMF 的无传感器
算法，我们稍后还会 对该算法稍作讨论。
那么，在这里，我们显示的是， 如果您有一个典型的梯形 ESC，
这些是您使 电机转动
所需的主要组件。
那么，在今天 结束时，您
将看到，您具有三个 连接到 FET 的半桥
FET 可以是内部的 也可以是外部的。
通常，您具有 外部 FET，因为
您驱动如此大的 电流，以至于您
无法在封装内部 耗散功率，因此您
会尝试通过移出 FET 来将其分离。
您还会看到，您具有一个 电流传感放大器。
然后，可能有电压 传感，以及直流 --
或者您具有 电压传感，
还可能有直流 链路传感，
这具体取决于您 如何实现控制机制。
如果您转向正弦 控制，您将看到，
它不会对其 有大的改变。
最大的改变是， 您需要测量三个相位
电压 --
或者您需要测量 三个相位，而不是
仅测量低侧的 一个混合相位
电流。
那么，现在进行 更深入的比较，
您可以从 控制的角度
了解梯形和 正弦之间的差异。
那么，您具有的 是梯形控制，
您会看到，您具有 一个 60 度角测量。
因此，基本而言，每隔 60 度您就会进行换向，
随着该换向， 您的电机将转动。
对于磁场定向 控制，您具有的是
一个实时精确 角度测量，
因此您的角度 需要精确的多。
根据您执行无传感器 控制的方式，您将
具有不同的基于 反 EFM 的控制技术。
对于梯形控制，
您通常具有 过零技术。
还有一种称为 InstaSPIN-BLDC 的不同
方法，该方法执行集成。
然后，如果您改为 使用 FOC，您将具有
一项滑动 电机技术，
然后，提供了 使用 InstaSPIN
FOC 的选项，您最终 会使用 TI FAST
算法。
因此，当您执行梯形 控制时，您将看到
您需要三个 相位电压，
并且可能具有可选的 单个分流测量。
再次说明一下，对于 InstaSPIN-BLDC，您将
看到您具有相同的设置。
如果您选择滑动模式 观测器，您将看到
您在这里需要直流 总线以及一至三个
分流测量。
根据您选择的 分流器数量，
您还能通过您的 PWM 控制器设置
来限制您可以 使用的 PWM 占空比。
因此，您将在一定程度上 限制可以将多少 [听不清]
总线用于 您的电机控制。
那么，以上就是一些注意事项， 但最后您可以进行选择。
对于 InstaSPIN FAST，您 需要三个相位电压 --
直流链路电压和 两到三个分流测量。
再次强调，我们对 分流的讨论是相同的。
您将限制您自己， 但它是一种选择。
您不必这么做， 然后您可以
执行三项 分流测量。
您通过 扭矩性能
和速度性能 可以看到，
从梯形 角度而言，
由于实现过零 技术的方式，
您具有较差的动态性能，这 意味着当您进行速度改变时，
您需要一定的时间才能 对速度变化做出反应。
如果您改为 使用 InstaSPIN-BLDC，
您将看到您不仅对于 负载变化更加
稳定，而且具有 更佳的动态性能。
您可以更快地 响应速度变化。
从扭矩的 角度而言，
您具有高扭矩，但是 您也具有扭矩纹波，
因为您每隔 60 度就会
进行换向。
这样就会产生 扭矩纹波，
该纹波还会降低 扭矩性能中的
动态零点。
然后转向 FOC， 您会看到
对于滑动 模式观测器，
您通常具有 较差的低速性能。
当然，这还取决于 您的滑动模式
观测器有多先进。
而在全速范围上， 您将具有中等的动态
性能。
有一点可以肯定的是， 它很难进行调节，
您需要针对不同的 负载情况以及不同的
速度对其进行调节， 从而使其在滑动模式
观测器的整个动态 范围内稳定地运行。
转向 InstaSPIN TI FAST 算法，您可以
看到，与其他三个选项 相比，您具有最佳的
低速到高速性能。
您具有最佳的 动态性能。
非常好的一点是， 从角度方面而言，
其无传感器部分 可以进行自主调节。
因此，您具有 用于识别
电机参数的 识别协议。
一旦您拥有 它们，您就
无需再识别电机。
您将其置于 您的系统中，
不必再去考虑 角度测量
问题。
对于扭矩性能， 从 FOC 角度
可以看到，您具有 理想的扭矩控制，
这意味着低噪声、 平滑的运行和
最佳的动态性能。
当然，在这里， 它还包含您的电机。
如果您具有梯形 绕线电机，那么
您用于梯形控制的电机 将具有最佳工作效果，
当然，对于 FOC 也是一样的。
如果您具有 正弦绕线电机，
系统将实现 最佳的性能。
您当然也可以 进行交叉选用，
但这必然会造成 一定程度的
系统性能下降。
从系统成本 角度而言，
您可以在这里看到梯形 控制，它是相同的，
在这里，你将为 电流分流添加
额外的测量。
因此，在这里，您将 有一些额外的成本。
现在，看看 FOC 控制的挑战，
您需要考虑 三个方面的问题。
首先，您需要 考虑 PCB 本身。
我需要什么 类型的功率级？
我需要执行什么 类型的电压电流感应？
它必须有怎样的性能？
你需要事先考虑 这些类型的问题。
然后，从软件 角度而言，
您需要构建 您的 FOC 部分，
当我说 FOC 时， 我是指 Clarke、[? Park ?]、
PI 控制器、加速、
轨道定义。
所有这些 基本上都是标准的。
第二个软件 部分是，
您具有 角度估算，
但理论上，您还可以 使用机械传感器来执行。
现在我们更加详细 一点儿地讨论软件。
从软件角度而言，
您还需要知道 您使用的控制器
具有正确执行 缺欠频带所需的
PWM 功能。
您是否能够在需要的 时间触发 ADC 采样？
您是否能够同时 同步所有 PWM，
以便能够在 驱动 [听不清] 时
尽可能高效地 使用 PWM 模式？
然后，您需要怎样的 电机电气速度？
从电气的角度而言， 您需要运行电机的
速度越快， 您需要的
处理能力就越高， 因为您需要对
您的电流测量进行 采样，或者您需要
能够对电流环路 进行足够的处理，
以便您基本上 可以针对您
运行的高速度进行 稳定的速度控制。
然后，当然，您是否 能够轻松地调节
您的 PI 控制器，或者 它是否进行试错并期待
最佳结果？
然后，从软件 角度而言，最后
一部分是，正如我先前 所说的，我们将讨论
基于反 EMF 的传感器。
当电机未运转时， 不存在反 EMF，
这意味着您无法 获取位于零点的角度。
因此，您需要首先 开始让电机旋转。
然后，在经过 特定的点之后，
您将从开环 控制转为闭环
控制。
您还需要将 该部分算法
构建到您的 软件模板中。
然后，从硬件 角度而言，
您需要考虑 电压和电流感应。
您需要考虑 FET 额定值。
它们是否能够实现 您需要的电流和电压？
您需要从 导电和开关
角度考虑 系统的效率。
然后，当然，如果 发生故障，您需要
对系统进行 什么类型的保护。
然后，从角度方面而言， 您是否要实现机械传感器，
或者您是否要 实现估算算法？
对于估算 算法，
您需要针对整个速度 范围对该算法进行调优，
您还需要知道 您的电机参数。
因此，从 InstaSPIN FOC 角度而言，
您基本上具有 FAST 软件编码器，
这将从您的设计 注意事项中去掉
公式的该部分。
我们已经为您完成了该部分。
然后是第二部分， 正如我先前提到的，
从角度方面而言， 您无需再执行
任何操作， 但仍需要执行
一些任务。
您仍需要为电流环路 调节这里的 PI 控制器、
PI 速度以及 PI， 以确保您的
系统按照您的 预期准确地执行。
因为，当然，您 确切地知道
您希望电机如何旋转。
那么，在此期间， 我们还会向
MotorWare 库中添加 一个工具或项目，
您可以通过它基本上与您 使用的硬件进行实时交互。
对于连接的电机， 您可以实时看到
您的电机实现 步进响应和电流。
此外，还对步进响应 进行调优，以便为您
提供您认为最适合您的 系统的电流步进响应。
在今天结束时，如果 您看看我先前提到的
高速电机， 您基本上
可以看到，每隔 833 微秒，您基本上
会将电机旋转一圈， 这意味着，要使您的
电流控制能够 响应该极高的速度，
您需要非常快地 运行电流环路。
对于该系统， 我们针对高达
22kHz 的电流环路对其 进行了测试，这基本上
意味着大约 44 微秒。
因此，您基本上可以说， 我这里的步进响应，
您可以看到，大致上 对于旧电流，要针对
PI 控制器应用 或调节新电流，
这基本上需要 大约 400 微秒。
您可以看到， 800 微秒已经
足够让您 快速响应
这些高速度。
这意味着， 在今天结束时，
这将使您能够 对您的电机中的
电气频率进行 稳定的步进响应。
这是您对系统 进行基本计时
所需的东西。
当然，使它的 速度超快
还可能会产生 一些效率损失，
您可以通过降低 其速度来进行补偿。
但这是您的系统 动态性能的一部分，
我们无法 了解相关情况，
您需要在此 通过该电流
调优对该电机进行 基本调优，以便系统
实现最佳性能。
然后，转到下一步， 您以前看到的电流
和速度控制器，
我们通过级联 控制实现它们。
因此，您需要 做的是，首先
对电流控制器进行调优， 以实现您认为最佳的设置，
然后您要做的是， 您可以对速度
控制器进行调优。
在这里，您可以 看到我针对高速
信号对轻微过冲情况 调节了速度控制器。
然后，当您完成 该速度控制后，
您要做的是，您基本上 可以转向电机的全速范围。
您在这里看到的是， 凭借极高的动态性能，
您可以在大约 500 毫秒内
从负 8,000 RPM 转向 正 8,000 RPM。
基本而言， 您还可以
在这里看到，当您改变 电机速度时，您在
轨道上具有每秒 3,600 RPM 的加速度。
在这里您可以看到轻微的过冲。
当然，调节 PI 控制器 以实现精确的性能，
[听不清] 您将
能够补偿 它的该部分。
然后，稍微展示我们 是怎样测试系统的。
我们看到，当您 运转该螺旋桨，
然后直接将其放到 桌子上时，您将看到
螺旋桨产生的 湍流基本上还会
使速度性能 变得不稳定，
因为它基本上会将 空气向下推动很多，
以至于它将 影响螺旋桨的
运转方式。
因此，您将看到 由于该空气运动
而带来的螺旋桨 或者电机的不稳定性。
我们通过进行此处的 设置来对其进行补偿，
您可以看到，它看起来 更像一个无人机，
你可以看到空气 可以从电机离开。
然后您可以在这里看到 我们使用的板、电源，
然后我使用 Code Compose Studio
将其与 PC 相连接。
在这里，它基本上直接 连接到该 Launch Pad，
调试器已经 包含在该板中。
您可以稍微 了解一下电机的尺寸，
由于您已经 知道了无人机 [听不清]，
您知道它们有多小， 但您基本上会
在这里看到 它们非常非常小。
从设计 角度而言，
您看到的是，如果 您看到用于无人机
ESC 的极高性能的系统 解决方案，您基本上
具有针对无传感器 FOC 控制实现电机控制
所需的所有接口。
这里还展示了 您能够以这些
极高的速度运行的 TI FAST 观测器。
我们展示了用于 执行该变化的
从 1k RPM 到 10k RPM 的高动态性能。
您可以在不到 200 毫秒的时间内完成它。
我们测试的电机 基本上是 6 极对电机，
在这里，我们以 12,000 RPM 的转速 运行它 -- 这是最大转速。
我们使用的是标准 TI EVM，因此，基本而言，
InstaSPIN-Motion LaunchPad 和 DRV8305 BoosterPack。
这两者是标准配置。
您可以将其放在一起。
它们已经 包含在硬件中。
阅读设计指南， 我还稍微介绍了
您如何更改 DRV BoosterPack，
使其能够包含 电机将运行的
更高频率。
通常，该板是为 300 赫兹电机构建的，
要将其更改得更高 一些，您需要更改
系统的滤波器， 以便在您快速
运行它时能够 不使信号衰减得
太多。
然后，用于 C2000 LaunchPad 使用 MotorWare 的
非常简单的固件示例， 板本身，由于 BoosterPack
支持 2 至 6 节 锂聚合物电池，
并且相电流 额定值为 15 安培。
也可以通过调节 BoosterPack 上使用的
FET 来更改它， 此外，在这里，
您需要确保您 使用的分流器
也支持更高的电流。
该系统所具有的 一些优势是，
我先前所讨论过的， 22.5kHz PWM 电流
控制。
现在您明白其中的原因了， 因为我以 45kHz PWM 运行它，
然后我 将其除以二。
这些都是在硬件中 完成的，因此您
在执行该转换时不会 损失任何处理器能力。
那么，在今天 结束时，
您无需对无传感器 算法进行调优
即可很快地上市，并且 您可以通过您要使用的
特定螺旋桨很快地 对电机设置进行调优，
以实现您可以 实现的最佳性能。
有关一切是 如何实现的
更多信息， 您可以访问 TIDA-00916，
在这里，您可以找到 介绍我们执行的
部分测试以展示性能 以及我们如何使用系统的
工具文件夹设计指南。
这里稍微 介绍了数据表。
但在这里，您还 可以找到指向
我们使用的两个 EDM 的链接， 您也可以在 TI Store 上购买它们。
我对无人机上的 ESC 介绍到此结束，
现在有请 Kevin 进行演示。
谢谢 Kristen。
那么，我现在将 继续演示的
电池组部分。
Kristen 展示了 无人机中
可能具有的不同块， 我将重点介绍
电池组部分。
那么，首先让我扼要重述 一些电池基础知识。
让我们从什么 是开路电压开始。
那么，如果我们看看 单节锂离子电池的电压，
我们可以看到，电压 将从 4.2 伏变为 3 伏。
它将具有 这种形状，
在周期的开头 和末尾具有
陡峭的曲线， 在中间具有
相对平坦的 稳定阶段。
需要记住的一点是， 该曲线是在非常
非常低的放电 电流下获得的。
电池单元将具有 阻抗，[听不清]
在这里由 I-R BAT，一旦 电池单元中具有充电或
放电电流， 我们将具有
施加到电池 单元的压降。
这意味着，一旦 I-R 为放电电流，
压降将会更大， 并且我们会
更快地达到放电 电压的终点 EDV。
那么，这意味着， 即使在理论上
我的电池单元的 总电量为 Q-max，
我用于对其进行 放电的电流也会
更大，我能够使用的 电量也会更低。
那么，这是我们 必须考虑的事情，
尤其是在电流为 I 的应用中，或者
当电流持续变化时， 例如当我们希望
加速或上下 移动时 [听不清]
无人机。
该电流将完全 改变，这意味着
该曲线还将 持续上升和
下降，使得估算 剩余的电量变得
更加困难。
我很快要讨论的 另一个术语是
充电速率， 它基本上是
放电或充电电流。
这通常是 在一小时后
对电池进行完全 放电所需的电流。
这就是为什么 当我们谈到 1C
电流时，意味着电池 将在一小时后完全放电。
如果它是 2C， 则意味着它
将是在半小时后对电池 进行放电所需的电流，
依此类推。
充电状态，SOC， 我还将提到它。
那么，这就是我宁愿解释 该首字母缩略词的含义的原因。
当我们寻找解决方案 或讨论电池组时，
一件重要的事情 是了解什么是 s
和 p。
那么，s 是我们具有的串联电池 单元的数量，p 是串联的数量。
为什么这很重要？
因为您有两节电池， 您需要具有相同的
解决方案。
2s1p，因此两节串联 电池、一节并联电池
将具有更高的 电压、更低的电流。
那么，这是 相同的额定功率，
但是当我们查看解决 方案时，这很重要。
最后但同样重要的是， 因为我稍后还会提到它，
CEDV。
我先前提到过，EDV 是放电电压的终点。
因此，基本而言， 达到该电压时，
我们应停止对电池 进行放电，以免损坏
电池单元。
CEDV 是 [听不清] 监测算法，
它具有补偿 放电终点，
从而支持在电流 负载变化时对
给定的电量 进行精确的测量。
那么，现在我们 更详细地了解了
电池单元，我们 需要考虑一些参数，
我们为什么需要它们。
首先是有关安全的参数。
即过压、 过流、过热。
如果没有进行 监视以及在
[听不清] 时没有 采取措施，这三项
可能会导致电池 单元出现故障、
损坏、爆炸或着火。
因此，这些确实是对 安全至关重要的参数。
其他两种情况 与用户体验的
关系更密切， 这意味着它们
不会直接导致安全 问题，但更多地会导致
最终用户的体验很差， 它们是欠压和电池单元
不平衡。
欠压意味着， 正如我先前
提到过的，电压应 是固定的，介于
4.2 和 3 伏之间。
如果电压降到 3 伏, 以下，不会有危险，
但这意味着电池 单元会损坏，
我们在后续周期中无法 以相同的电量使用它。
因此，我们应尽量防止 出现这种情况，以便
您的客户不会因为 欠压未得到妥善
处理而导致的较差 电池寿命性能，
而对您的最终产品 产生糟糕的印象。
电池单元不平衡 意味着，例如，
如果有几个 串联的电池单元，
其中一个电池单元已充满电， 一个电池单元已完全放电，
那么就无法 进一步对电池组
进行充电或放电， 因为一个电池单元
将始终过压，而另一个 电池单元始终欠压。
我们需要做的是， 执行电池单元
平衡，以便将电池组 恢复至类似的电压，
从而能够延长 整个电池组的
寿命。
此外，电池单元平衡， 使用的 [? 负载 ?]，
有时较便宜的 电池单元是您
在首次收到它们时在电压 方面不直接匹配的电池单元。
这意味着，或许您 可以纠正该不平衡，
从而使您的整个 电池组实现最佳体验。
那么，这些参数 意味着，我们需要
具有我们稍后 使用的任何解决方案，
强烈建议您查看 整个电池组的电压，
以及每个电池 单元的电压，
进出电池单元的 电流和温度。
那么，对于无人机的 电池组而言，我们
现在应该注意 什么问题呢。
第一个问题当然是 是小巧的外形。
我们的解决方案的 空间和重量应
尽可能地小。
我们希望解决方案的 成本尽可能低，但低成本
并不意味着糟糕的 解决方案，而是意味着
我们能够以最便宜的 价格实现最佳的解决方案。
我们必须考虑的 另一个问题，
我先前稍微 提到过它，
就是我的电池组中 剩余多少电量。
对于无人机，这至关重要， 因为对于其他 [听不清]
设备，如果电池 电量低或者为空，
那么 [听不清] 设备会停止工作，
这没什么大不了的，我们 只需要重新充电，然后
可以继续工作。
对于无人机，如果我们正在 飞行途中，而电池电量为空，
那么无人机会坠落。
因此，我们需要能够 预测电池何时会放电、
您何时需要 充电，这样我们
就可以使无人机 安全地着陆。
但对于无人机而言， 有一个需要考虑的问题，
即我们有一个 I 放电电流，
非连续的电流。
那么，正如我先前提到过的， 如果我们使无人机上下
移动或对其进行 加速或制动，放电
曲线会发生改变。
这就是我们需要能够 妥善处理 I 放电电流的
东西的原因。
在这里，例如， CEDV，因此 [听不清]
放电电压终点 对于 1C 和 25
或 50C 之间的放电 具有很好的性能。
因此，这是我们在我们的 TI 设计之一中采取的解决方案，
对于我们建议的 该解决方案，我们
还可以将其与 Impedance Track 配合使用，这是实现
精确度的下一步骤。
因此，如果具有良好 且精确的解决方案
还不够，我们需要具有 非常好且非常精确的
解决方案，那么 Impedance Track 是理想之选。
我们谈到的串联 电池单元有多少个？
通常介于两个和四个之间， 可能多达七个电池单元。
我今天要展示的 解决方案聚焦于
两个和四个 之间的平台，
但我们还具有用于更大数量 电池单元的其他解决方案。
当然，作为一个 TI 设计，我们
希望为您提供一些 易于评估的东西，
我们对如何 进行设计、什么
是每个参数的 [听不清] 进行了
全面讨论。
我们为您提供的 也是您可以拥有的
完整 [听不清] 文件、[听不清]
文件、测试报告，等等。
那么，现在更详细地 具体讨论一个 TI 设计，
TIDA-00984，该 TI 设计 包含四个电池单元。
它还具有双 电池单元版本，
它是相同的解决方案， 只是配置不同而已。
它包含一个电池 充电器、一个 CEDV
[? 补偿 ?] 放电电压 终点，但进行电量监测。
该电池与 Impedance Track 是引脚对引脚
兼容的，如果您 需要更精确的性能。
电池组保护、电池 单元平衡以及
板载充电状态， 因此我们确切地
知道剩余电量的 百分比是多少。
还有 SMBUS 通信，用于 进行高级状态更新。
那么，SMBUS，如果 您对它不熟悉，
与其他通信 协议 [听不清]。
充电器的一些 主要规格。
在这里，我们具有效率为 93% 的 充电器，其输入电压介于 18
和 28 伏直流之间。
充电电压为 16.73， 这稍低于每个
电池单元 4.2 伏。
这是充电 电压测量。
这是测量的放电 电流，1.311 安。
在充电期间， 在接近 24
摄氏度的环境温度下， 灯泡的最高温度可达
43 度。
该充电器还具有 预充电模式。
那么，通常而言， 什么是预充电，
这就是说，如果我们 通过欠压正确地
保护我们的电池组， 那么我们应该不需要该功能。
但是，有时电池单元的 电压可能会降至 3 伏
以下，这是不可取的， 但这有可能发生。
假设每个电池单元的 电压介于 2 和 3 伏之间，
充电器将 识别该情况，
然后会施加非常小的 电流，以安全地达到
3 伏。
一旦达到 3 伏，我们 就处于安全的状况了，
然后我们可以开始 以正常的速率充电。
那么，这就是充电器 包含的预充电功能。
然后看看 保护，我们
具有多种 级别的过流。
例如，以 15 安 持续 20 秒、
以 20 安持续 10 秒、 以 24 安持续 15 秒。
此外，我们还 具有短路保护，
例如以 33 安持续 1 毫秒 或以 44 安持续 244 毫秒。
可以根据您的 具体规格，以及
过压和欠压 保护和温度
保护，在不同 级别对这些
参数的 电流值
和时间值 进行编程。
该板的 一些规格。
我们有针对测量仪表 和稳压器的电流，
测量仪表具有 1.32 微安的有效电流。
我们具有板载 3.3 伏 直流/直流稳压器。
我很快将向您展示的 生产 FET 具有
0.0325 欧的串联阻抗。
在以 10 安的电流 进行放电时，
最高温度为 72 摄氏度。
那么，方框图 如此处所示。
那么，在这里，我们 连接到电池单元，
以测量每个电池单元的 电压并进行平衡。
我们具有电池 正极和负极连接，
电池组正极 和负极连接，
因此电池连接到 电池单元，然后
电池组连接到 系统的其余部分。
我们还具有 针对 [听不清]
测量仪表和充电器的 [听不清] 输入。
[听不清] 测量仪表 负责执行监测
保护和平衡 并且控制两个
FET。
这两个 FET 位于 I 侧，
这意味着在发生故障 期间我们不会中断
通信 [听不清]。
现在，背靠背 FET，意味着 如果在充电期间发生
故障，我们仍然可以 进行放电，但无法充电。
如果在放电 期间发生故障，
这个将用作 [? 二极管 ?]，因此
我们无法进一步放电， 但是，如果我们具有
另一个未发生过压 或欠压的 [听不清]，我们
仍然可以充电。
两个 FET 都将打开， 这样我们就可以
充电或放电。
在这里，我们为充电器 提供了 18 至 28 伏直流输入。
我们还具有 板载 [听不清] 3。
我们还可以 将其更改为 5 伏。直流/直流稳压器，
然后这又到达 用于 SMBUS 通信的
通信连接器。
在板上，我们还有 几个 LED，用于显示
剩余的电量。
板如此处所示，具有 我刚才提到的不同
连接器。
那么，现在我们快速查看 一下一些测试性能。
这里是充电 和放电周期。
在这里，我们可以看到， 在充电期间，我们具有
一个恒定计数阶段。
在这里，执行这些恒定 计数，在我们监测
每个电池单元 期间，其电压
不断升高。
当我们到达充电 电压终点时，
充电器从恒定 计数切换到
恒定电压， 计数将下降，
直到我们达到 充电计数的终点。
看看放电，我们 在这里有应用到
放电的红色计数。
因此，我们 开始具有零，
然后我们应用 10 安， 然后我们再返回到零。
在此期间，整个 电池组的电压
会上升到最高， 然后下降，一直
到我们移除负载， 此时电压重新上升。
请不要关注 小的凸起。
这是因为我们的 负载，当我们释放
负载时，实际上，我们 具有另一个小的尖峰。
这就是我们具有该 小的电压凸起的原因。
但是，在这里， 重要或有趣的是，
我们可以看到 电压在这里，
一旦我们移除 负载，我们就
可以看到 电压重新上升。
这就是我 以前提到过的，
由于电池单元的阻抗， 一旦我们移除或添加
电流，就会 施加电压降。
这里是 10 安放电 期间的 MOSFet 温度。
在这里，我们可以 看到，充电状态会
从 100% 变为零， 在这里，我们
可以看到最高 温度为 72.5
摄氏度。这是 它的热像图，
放电电流为 10 安， 在 1C 充电期间，
具有 47.7 度的尖峰。
这是一个单页信息图表。
其中的大部分内容我已经提到过。
我要再次 强调的是，
该解决方案不仅可以 与 CEDV 算法配合使用，
如果我们需要 更精确地估算剩余
电量，也可与 Impedance Track 配合
使用。
但我们使用的 CEDV 算法非常合适，
应该足够 用于大多数
无人机应用。
我们具有集成的 电池单元平衡。
我们可以针对电压、 电流、温度、充电时间、
充电和放电 FET 等等对故障进行
全面编程。
我们可以对电池组 寿命进行诊断。
由于黑盒原因， 我们将其称为
实际电池，因为我们知道 所有要发生的事情。
因此，基本而言， 我们实际上能够
知道发生了什么，在什么时刻 由于什么原因发生了什么故障。
我们还具有板载 直流/直流稳压器。
然后您可以 在线查看
不同的数据表，或者 查看工具文件夹，
您可以在这里找到 原理图、物料清单、
Gerber、软件、用于 说明如何设计它的
完整设计指南。
我的演示到此 结束，感谢
大家的参与。
在进入问答环节之前， 有几个对于两个
演示都很 有意思的链接。
左侧大部分是 Kristen 介绍的部分，
其中展示了几个显示 三相 ESC 的 TI 设计。
他今天展示了 916，但 643 也
很有意思。
一些用于德州仪器 (TI) 提供的三相电机
驱动器的产品选项。
用于查看和下载 InstaSPIN-FOC 的链接。
还提供了一个 有关电机控制的
很有趣并且很 全面的 [听不清]。
关于电池组，2S，
我可以肯定用于 2S 的 链接已经生效了。
对于 4S 解决方案，我 今天展示的解决方案，
相关链接应在 接下来的几天生效。
但对于 2S 和 4S， 它是相同的解决方案，
它是相同或非常 类似的性能。
因此，如果您需要截至 今天生效的内容，
您可以直接查看 2S。
4S 将在 几天后提供。
还提供了具有不同 结构的解决方案。
如何使用 [听不清] 测量仪表保护等等。
我们可以看看 TIDA-00553。
或许也很有意思， 它一直到 10S，
但它也可以伸缩至 7 或 5 或 5S，
TIDA-00449。
现在，我想我们可以 进入问答环节了。
我已经看到了两个问题。
第一个是，您是否 进行过有关测定
单个电池性能的 特征以构建匹配
电池组的研究？
您可以重复 一遍问题吗？
那么，如果我们 --
您是否进行过 有关测定电池
性能的特征以 构建匹配电池组的
研究？
没有。
这是因为，正如 我提到过的，
该设计包括 电池单元平衡。
这意味着，当我们首次将 电池单元连接到连接器时，
它们可能不匹配。
但随着时间的推移， 由于电池单元平衡，
电池单元将变得匹配。
这就是我提到过的有关 电池单元平衡的内容，
这或许有助于 节约一些成本，
因为您或许不必 总是购买最匹配的
电池单元。
由于平衡，随着时间的推移， 我们会将其变得匹配。
下一个问题是，当一个电池 单元发生故障时，充电器
是否能够识别？
充电器不能。
让我们回到 方框图。
充电器不能识别，因为充电器 只能看到整个电池组。
但监测保护能够识别。
一旦要发生 某些事情，
例如，一个电池单元 发生故障，或者
发生短路，或者 其他事情，
这会被识别， 并且会告知装置。
因此，这意味着， 例如，它可以告知
无人机的其余部分， 您可以进行通信，
或者您稍后可以识别 发生了什么事情，以及
在哪个电池单元上 发生了什么事情。
问题是，它将 受到保护，
但该部分将能够识别 出现了什么问题并传达
相关信息。
那么，我看到下一个问题， 使用 FOC 控制和使用
梯形控制的无人机 使用的电源之间
有什么差异。
这个问题回答 起来有点困难。
如果您采用理论， 控制理论，
FOC 控制应该可以将 效率提高 10% 至 15%，
但是，当然， 在这里，
您需要确保您 使用的电机
未采用梯形绕线方式， 而是采用正弦绕线方式，
这样您可以针对正弦 控制实现最佳性能。
此外，在这里，这是 从理论角度而言。
当您的 梯形控制
包含大量 可提高
效率的 额外算法时，
您的 FOC 控制的 效率提高幅度
会有所不同， 当然，在这里，
您还会看到 它的不匹配情况。
但是，如果您 确实能够对
控制进行一一对应的 比较，这几乎是
不可能的，到最后， 您通过 FOC 控制
所实现的性能 提高始终会很少。
但是，如果要给出一个 具体的数字，我就不知道了。
这是我们需要研究的问题， 需要进行实际比较。
那么，这是 将要实现的，
或者我们需要 执行这些测试，
并且进行比较，我们 说它是一一对应的比较。
我们不知道一个 控制执行的功能，
另一个控制 特别高效，
那么这不是 真正的比较。
这就是我不确定 真正的答案的原因。
还有人有 其他问题吗？
好的，有人提出了一个问题。
在放电期间会进行 电池单元平衡吗？
不会。
基本而言，对于电池单元平衡， 我们必须要了解的一点是，
它不是一次性的事件。
并不是说，我们遇到了不平衡， 然后经过一个周期，我们
完全纠正了 该不匹配情况。
它更多地是在充电 期间发生的事件。
[听不清]，我会回到 这个问题上来，
但是，它更倾向于 在多个周期上发生。
因为
我们可以做的事情 --
可以通过对电池单元 不平衡进行过度校正
来实现它 --
我们可以通过 I 因素 使其 [听不清]，从而实现它。
但我不建议这么做， 因为我们执行的
电池单元平衡越多，如果 我们做得过度，我们可能
使电池单元老化的程度就越大。
这就是我们宁愿更多地 使用较小的电流并通过
较长的时间来 实现它的原因，
可以更好地实现 电池单元匹配。
此外，在 [? 绕组 ?] 应用 [? 环境 ?] 中，在充电期间，
我们通常具有比 放电期间更低的电流，
在此期间，我们 具有更佳的电池
单元平衡效果。
此外，最重要的是， 电池单元平衡基本上
会对电池单元进行放电， 无论发生什么情况都是如此。
因此，这意味着，如果 我们正处于充电期间，
我们可能会增加几分钟 --
而不是很多时间，但会 增加一点充电时间。
但是，在充电期间， 这并不重要，
因为充电器 会多连接
几分钟。
在放电期间，这 意味着会直接
影响运行时间。
这意味着，对于无人机， 如果我们尝试实际对
电池单元进行放电，那么 电池组的总体运行时间
甚至会更短。
那么，这就是我们不在放电期间 执行电池单元平衡的原因。
我们有时会根据 平衡的算法来
执行它。
可以在空闲时 完成它，
但最佳时机是 在充电期间执行它。
似乎没有 其他问题了。
那么，今天的网络 研讨会到此结束。
我要感谢 Kristen 和 Kevin 进行了
精彩的演示。
我还要对每一位 参与者表示感谢。
谢谢。
谢谢。
大家好！ 欢迎参加今天的网络研讨会。 我是来自 Element14 的 Randy， 今天的网络研讨会由我主持。 今天的演示来自 德州仪器 (TI)。 这就是如何通过 电子速度控制器 来延长四轴飞行器 和工业无人机的 飞行时间 和电池寿命。 本次网络研讨会将由 Kristen Mogensen 和 Kevin Stauder 主讲。 Kristen 是 TI 工业电机 驱动器的系统工程师， 同时专注于 硬件和软件。 他从 2014 年开始 担任该职务。 他于 2008 年加入 德州仪器 (TI)，从加入 公司开始他担任过 各种技术职位。 Kristen 在丹麦 技术大学 学习了 电气工程。 2008 年，他获得了 电气工程理学 硕士学位。 Kevin 是电器和电动 工具系统工程师。 他从 2014 年开始 担任该职务。 他在获得电气 工程理学硕士 学位之后加入 德州仪器 (TI)， 他在 TI 担任过各种 技术职位和营销职位。 在演示结束时， 将会有一个问答环节。 您可以在 WebEx 屏幕的 问答窗口中提问。 那么，现在有请 Kristen 和 Kevin 进行今天的演示。 大家好！ 我叫 Kristen Mogensen。 今天的演示 先从我开始， 然后到中间部分后， Kevin 会接替我 进行演示。 那么，今天的 议程是，首先 讨论用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC 设计。 然后，我们将讨论 德州仪器 (TI) 提供的 用于无人机的 电池组解决方案。 对于用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC， 我们的 议程如下。 首先，我们将对无人机 进行快速概述，以便 我们可以大致 了解在构建完整的 无人机时需要 构建哪些 具体的模块。 然后，讨论梯形控制 和正弦控制 注意事项。 然后，讨论在 进行设计时， 包括开始之前 以及整个 设计过程中， 需要考虑什么 类型的软件。 然后，测试结果是什么， 以及我用于测试 该设计的测试设置是怎样的。 然后是设计概述， 简明扼要地 告诉您该设计 可以执行什么任务。 那么，从无人机的角度来说， 基本而言，您首先需要 无人机飞行 控制器，它主要 接受来自 遥控器的 命令，获取 反馈，并且 对无人机 进行控制。 那么，基本而言， 向电机发送控制 命令，并且 从所有在无人机中 实现的传感器 获取反馈，以确保 无人机正常飞行 并且按照预期飞行。 然后，您需要 一个云台控制器。 云台控制器， 根据其质量， 或者说它的 专业程度， 可能包含 一至三个轴。 然后，还有一个 摄像头模块， 我们将无人机的 该部分称为有效载荷。 从有效载荷的 角度而言， 这基本上可以是 任何东西，您可以说， 这是我的无人机上 应该执行任务的部分。 它可以是从视频摄像机 到可能构建在热成像 摄像机上的雷达传感器， 无论您需要什么，您都 可以将其作为 有效载荷放在这里。 然后，还有您将 连接到飞行 控制器的视觉 和感知系统， 通常实现这些系统是为了 使无人机能够感知 其周围的环境， 以便它基本上能够 避免撞到墙壁等物体上。 如果它知道 那里有墙壁， 它就不会允许用户使其 与墙壁的距离小于它认为 安全的距离。 然后还有电池组。 最后是 ESC， 也称为 电子调速器。 根据您的 无人机类型， 今天，我们将从四轴 飞行器的角度对其 进行更详细的讨论， 因此您有四个电机。 但是，当然，如果您 仅有一个普通 飞机种类的配置， 您就仅有一个电机。 在这里，通常而言， 您今天看到的 是其刷式直流 电机，您将使用 该电机，或者 梯形控制电机。 在这里，对电机 进行速度控制 可以改变推进力，并且 可以改变无人机的方向。 我们将无人机的 该部分称为飞行系统。 然后，当然， 您还有一个遥控器。 在这里，它基本上获取 来自无人机的输入， 并且为无人机提供 有关如何飞行的输入。 当然，该控制器 也需要电池组。 我们把这称为遥控器。 在今天的演示中， 我们会重点讨论 ESC，至少在这部分的 演示中是这样。 我们稍后将重点 讨论电池管理。 那么，对于 ESC， 基本而言，根据 您选择使用的 电机控制的类型， 您可以提高 电机的效率， 以及您的 电机的速度 动态性能。 通常，您可以 看到梯形控制 用于驱动电机。 您将看到， 该梯形控制 在本质上由于其产生 方式而具有一个扭矩纹波。 如果您改用 FOC 控制， 则会消除该扭矩纹波， 并且这将为您提供 更加平稳的控制。 由于 FOC 的 工作方式， 与梯形控制相比， 您还会提高速度 变化或您对速度 变化的响应速度方面的 动态性能。 当然，改为使用 FOC 也会 带来新的挑战。 例如，与梯形控制 相比，对于 FOC， 您需要 更精确的角度。 当然，您可以通过添加 传感器来实现这一点， 而传感器比较昂贵， 因此它当然不是一种 真正可行的解决方案。 因此，如果您选择 FOC， 只有当它能够在无传感器的情况下实现时， 这种方式才真的有意义。 您可以在不使用传感器的 情况下实现它，此时您需要 一个基于 反 EMF 的无传感器 算法，我们稍后还会 对该算法稍作讨论。 那么，在这里，我们显示的是， 如果您有一个典型的梯形 ESC， 这些是您使 电机转动 所需的主要组件。 那么，在今天 结束时，您 将看到，您具有三个 连接到 FET 的半桥 FET 可以是内部的 也可以是外部的。 通常，您具有 外部 FET，因为 您驱动如此大的 电流，以至于您 无法在封装内部 耗散功率，因此您 会尝试通过移出 FET 来将其分离。 您还会看到，您具有一个 电流传感放大器。 然后，可能有电压 传感，以及直流 -- 或者您具有 电压传感， 还可能有直流 链路传感， 这具体取决于您 如何实现控制机制。 如果您转向正弦 控制，您将看到， 它不会对其 有大的改变。 最大的改变是， 您需要测量三个相位 电压 -- 或者您需要测量 三个相位，而不是 仅测量低侧的 一个混合相位 电流。 那么，现在进行 更深入的比较， 您可以从 控制的角度 了解梯形和 正弦之间的差异。 那么，您具有的 是梯形控制， 您会看到，您具有 一个 60 度角测量。 因此，基本而言，每隔 60 度您就会进行换向， 随着该换向， 您的电机将转动。 对于磁场定向 控制，您具有的是 一个实时精确 角度测量， 因此您的角度 需要精确的多。 根据您执行无传感器 控制的方式，您将 具有不同的基于 反 EFM 的控制技术。 对于梯形控制， 您通常具有 过零技术。 还有一种称为 InstaSPIN-BLDC 的不同 方法，该方法执行集成。 然后，如果您改为 使用 FOC，您将具有 一项滑动 电机技术， 然后，提供了 使用 InstaSPIN FOC 的选项，您最终 会使用 TI FAST 算法。 因此，当您执行梯形 控制时，您将看到 您需要三个 相位电压， 并且可能具有可选的 单个分流测量。 再次说明一下，对于 InstaSPIN-BLDC，您将 看到您具有相同的设置。 如果您选择滑动模式 观测器，您将看到 您在这里需要直流 总线以及一至三个 分流测量。 根据您选择的 分流器数量， 您还能通过您的 PWM 控制器设置 来限制您可以 使用的 PWM 占空比。 因此，您将在一定程度上 限制可以将多少 [听不清] 总线用于 您的电机控制。 那么，以上就是一些注意事项， 但最后您可以进行选择。 对于 InstaSPIN FAST，您 需要三个相位电压 -- 直流链路电压和 两到三个分流测量。 再次强调，我们对 分流的讨论是相同的。 您将限制您自己， 但它是一种选择。 您不必这么做， 然后您可以 执行三项 分流测量。 您通过 扭矩性能 和速度性能 可以看到， 从梯形 角度而言， 由于实现过零 技术的方式， 您具有较差的动态性能，这 意味着当您进行速度改变时， 您需要一定的时间才能 对速度变化做出反应。 如果您改为 使用 InstaSPIN-BLDC， 您将看到您不仅对于 负载变化更加 稳定，而且具有 更佳的动态性能。 您可以更快地 响应速度变化。 从扭矩的 角度而言， 您具有高扭矩，但是 您也具有扭矩纹波， 因为您每隔 60 度就会 进行换向。 这样就会产生 扭矩纹波， 该纹波还会降低 扭矩性能中的 动态零点。 然后转向 FOC， 您会看到 对于滑动 模式观测器， 您通常具有 较差的低速性能。 当然，这还取决于 您的滑动模式 观测器有多先进。 而在全速范围上， 您将具有中等的动态 性能。 有一点可以肯定的是， 它很难进行调节， 您需要针对不同的 负载情况以及不同的 速度对其进行调节， 从而使其在滑动模式 观测器的整个动态 范围内稳定地运行。 转向 InstaSPIN TI FAST 算法，您可以 看到，与其他三个选项 相比，您具有最佳的 低速到高速性能。 您具有最佳的 动态性能。 非常好的一点是， 从角度方面而言， 其无传感器部分 可以进行自主调节。 因此，您具有 用于识别 电机参数的 识别协议。 一旦您拥有 它们，您就 无需再识别电机。 您将其置于 您的系统中， 不必再去考虑 角度测量 问题。 对于扭矩性能， 从 FOC 角度 可以看到，您具有 理想的扭矩控制， 这意味着低噪声、 平滑的运行和 最佳的动态性能。 当然，在这里， 它还包含您的电机。 如果您具有梯形 绕线电机，那么 您用于梯形控制的电机 将具有最佳工作效果， 当然，对于 FOC 也是一样的。 如果您具有 正弦绕线电机， 系统将实现 最佳的性能。 您当然也可以 进行交叉选用， 但这必然会造成 一定程度的 系统性能下降。 从系统成本 角度而言， 您可以在这里看到梯形 控制，它是相同的， 在这里，你将为 电流分流添加 额外的测量。 因此，在这里，您将 有一些额外的成本。 现在，看看 FOC 控制的挑战， 您需要考虑 三个方面的问题。 首先，您需要 考虑 PCB 本身。 我需要什么 类型的功率级？ 我需要执行什么 类型的电压电流感应？ 它必须有怎样的性能？ 你需要事先考虑 这些类型的问题。 然后，从软件 角度而言， 您需要构建 您的 FOC 部分， 当我说 FOC 时， 我是指 Clarke、[? Park ?]、 PI 控制器、加速、 轨道定义。 所有这些 基本上都是标准的。 第二个软件 部分是， 您具有 角度估算， 但理论上，您还可以 使用机械传感器来执行。 现在我们更加详细 一点儿地讨论软件。 从软件角度而言， 您还需要知道 您使用的控制器 具有正确执行 缺欠频带所需的 PWM 功能。 您是否能够在需要的 时间触发 ADC 采样？ 您是否能够同时 同步所有 PWM， 以便能够在 驱动 [听不清] 时 尽可能高效地 使用 PWM 模式？ 然后，您需要怎样的 电机电气速度？ 从电气的角度而言， 您需要运行电机的 速度越快， 您需要的 处理能力就越高， 因为您需要对 您的电流测量进行 采样，或者您需要 能够对电流环路 进行足够的处理， 以便您基本上 可以针对您 运行的高速度进行 稳定的速度控制。 然后，当然，您是否 能够轻松地调节 您的 PI 控制器，或者 它是否进行试错并期待 最佳结果？ 然后，从软件 角度而言，最后 一部分是，正如我先前 所说的，我们将讨论 基于反 EMF 的传感器。 当电机未运转时， 不存在反 EMF， 这意味着您无法 获取位于零点的角度。 因此，您需要首先 开始让电机旋转。 然后，在经过 特定的点之后， 您将从开环 控制转为闭环 控制。 您还需要将 该部分算法 构建到您的 软件模板中。 然后，从硬件 角度而言， 您需要考虑 电压和电流感应。 您需要考虑 FET 额定值。 它们是否能够实现 您需要的电流和电压？ 您需要从 导电和开关 角度考虑 系统的效率。 然后，当然，如果 发生故障，您需要 对系统进行 什么类型的保护。 然后，从角度方面而言， 您是否要实现机械传感器， 或者您是否要 实现估算算法？ 对于估算 算法， 您需要针对整个速度 范围对该算法进行调优， 您还需要知道 您的电机参数。 因此，从 InstaSPIN FOC 角度而言， 您基本上具有 FAST 软件编码器， 这将从您的设计 注意事项中去掉 公式的该部分。 我们已经为您完成了该部分。 然后是第二部分， 正如我先前提到的， 从角度方面而言， 您无需再执行 任何操作， 但仍需要执行 一些任务。 您仍需要为电流环路 调节这里的 PI 控制器、 PI 速度以及 PI， 以确保您的 系统按照您的 预期准确地执行。 因为，当然，您 确切地知道 您希望电机如何旋转。 那么，在此期间， 我们还会向 MotorWare 库中添加 一个工具或项目， 您可以通过它基本上与您 使用的硬件进行实时交互。 对于连接的电机， 您可以实时看到 您的电机实现 步进响应和电流。 此外，还对步进响应 进行调优，以便为您 提供您认为最适合您的 系统的电流步进响应。 在今天结束时，如果 您看看我先前提到的 高速电机， 您基本上 可以看到，每隔 833 微秒，您基本上 会将电机旋转一圈， 这意味着，要使您的 电流控制能够 响应该极高的速度， 您需要非常快地 运行电流环路。 对于该系统， 我们针对高达 22kHz 的电流环路对其 进行了测试，这基本上 意味着大约 44 微秒。 因此，您基本上可以说， 我这里的步进响应， 您可以看到，大致上 对于旧电流，要针对 PI 控制器应用 或调节新电流， 这基本上需要 大约 400 微秒。 您可以看到， 800 微秒已经 足够让您 快速响应 这些高速度。 这意味着， 在今天结束时， 这将使您能够 对您的电机中的 电气频率进行 稳定的步进响应。 这是您对系统 进行基本计时 所需的东西。 当然，使它的 速度超快 还可能会产生 一些效率损失， 您可以通过降低 其速度来进行补偿。 但这是您的系统 动态性能的一部分， 我们无法 了解相关情况， 您需要在此 通过该电流 调优对该电机进行 基本调优，以便系统 实现最佳性能。 然后，转到下一步， 您以前看到的电流 和速度控制器， 我们通过级联 控制实现它们。 因此，您需要 做的是，首先 对电流控制器进行调优， 以实现您认为最佳的设置， 然后您要做的是， 您可以对速度 控制器进行调优。 在这里，您可以 看到我针对高速 信号对轻微过冲情况 调节了速度控制器。 然后，当您完成 该速度控制后， 您要做的是，您基本上 可以转向电机的全速范围。 您在这里看到的是， 凭借极高的动态性能， 您可以在大约 500 毫秒内 从负 8,000 RPM 转向 正 8,000 RPM。 基本而言， 您还可以 在这里看到，当您改变 电机速度时，您在 轨道上具有每秒 3,600 RPM 的加速度。 在这里您可以看到轻微的过冲。 当然，调节 PI 控制器 以实现精确的性能， [听不清] 您将 能够补偿 它的该部分。 然后，稍微展示我们 是怎样测试系统的。 我们看到，当您 运转该螺旋桨， 然后直接将其放到 桌子上时，您将看到 螺旋桨产生的 湍流基本上还会 使速度性能 变得不稳定， 因为它基本上会将 空气向下推动很多， 以至于它将 影响螺旋桨的 运转方式。 因此，您将看到 由于该空气运动 而带来的螺旋桨 或者电机的不稳定性。 我们通过进行此处的 设置来对其进行补偿， 您可以看到，它看起来 更像一个无人机， 你可以看到空气 可以从电机离开。 然后您可以在这里看到 我们使用的板、电源， 然后我使用 Code Compose Studio 将其与 PC 相连接。 在这里，它基本上直接 连接到该 Launch Pad， 调试器已经 包含在该板中。 您可以稍微 了解一下电机的尺寸， 由于您已经 知道了无人机 [听不清]， 您知道它们有多小， 但您基本上会 在这里看到 它们非常非常小。 从设计 角度而言， 您看到的是，如果 您看到用于无人机 ESC 的极高性能的系统 解决方案，您基本上 具有针对无传感器 FOC 控制实现电机控制 所需的所有接口。 这里还展示了 您能够以这些 极高的速度运行的 TI FAST 观测器。 我们展示了用于 执行该变化的 从 1k RPM 到 10k RPM 的高动态性能。 您可以在不到 200 毫秒的时间内完成它。 我们测试的电机 基本上是 6 极对电机， 在这里，我们以 12,000 RPM 的转速 运行它 -- 这是最大转速。 我们使用的是标准 TI EVM，因此，基本而言， InstaSPIN-Motion LaunchPad 和 DRV8305 BoosterPack。 这两者是标准配置。 您可以将其放在一起。 它们已经 包含在硬件中。 阅读设计指南， 我还稍微介绍了 您如何更改 DRV BoosterPack， 使其能够包含 电机将运行的 更高频率。 通常，该板是为 300 赫兹电机构建的， 要将其更改得更高 一些，您需要更改 系统的滤波器， 以便在您快速 运行它时能够 不使信号衰减得 太多。 然后，用于 C2000 LaunchPad 使用 MotorWare 的 非常简单的固件示例， 板本身，由于 BoosterPack 支持 2 至 6 节 锂聚合物电池， 并且相电流 额定值为 15 安培。 也可以通过调节 BoosterPack 上使用的 FET 来更改它， 此外，在这里， 您需要确保您 使用的分流器 也支持更高的电流。 该系统所具有的 一些优势是， 我先前所讨论过的， 22.5kHz PWM 电流 控制。 现在您明白其中的原因了， 因为我以 45kHz PWM 运行它， 然后我 将其除以二。 这些都是在硬件中 完成的，因此您 在执行该转换时不会 损失任何处理器能力。 那么，在今天 结束时， 您无需对无传感器 算法进行调优 即可很快地上市，并且 您可以通过您要使用的 特定螺旋桨很快地 对电机设置进行调优， 以实现您可以 实现的最佳性能。 有关一切是 如何实现的 更多信息， 您可以访问 TIDA-00916， 在这里，您可以找到 介绍我们执行的 部分测试以展示性能 以及我们如何使用系统的 工具文件夹设计指南。 这里稍微 介绍了数据表。 但在这里，您还 可以找到指向 我们使用的两个 EDM 的链接， 您也可以在 TI Store 上购买它们。 我对无人机上的 ESC 介绍到此结束， 现在有请 Kevin 进行演示。 谢谢 Kristen。 那么，我现在将 继续演示的 电池组部分。 Kristen 展示了 无人机中 可能具有的不同块， 我将重点介绍 电池组部分。 那么，首先让我扼要重述 一些电池基础知识。 让我们从什么 是开路电压开始。 那么，如果我们看看 单节锂离子电池的电压， 我们可以看到，电压 将从 4.2 伏变为 3 伏。 它将具有 这种形状， 在周期的开头 和末尾具有 陡峭的曲线， 在中间具有 相对平坦的 稳定阶段。 需要记住的一点是， 该曲线是在非常 非常低的放电 电流下获得的。 电池单元将具有 阻抗，[听不清] 在这里由 I-R BAT，一旦 电池单元中具有充电或 放电电流， 我们将具有 施加到电池 单元的压降。 这意味着，一旦 I-R 为放电电流， 压降将会更大， 并且我们会 更快地达到放电 电压的终点 EDV。 那么，这意味着， 即使在理论上 我的电池单元的 总电量为 Q-max， 我用于对其进行 放电的电流也会 更大，我能够使用的 电量也会更低。 那么，这是我们 必须考虑的事情， 尤其是在电流为 I 的应用中，或者 当电流持续变化时， 例如当我们希望 加速或上下 移动时 [听不清] 无人机。 该电流将完全 改变，这意味着 该曲线还将 持续上升和 下降，使得估算 剩余的电量变得 更加困难。 我很快要讨论的 另一个术语是 充电速率， 它基本上是 放电或充电电流。 这通常是 在一小时后 对电池进行完全 放电所需的电流。 这就是为什么 当我们谈到 1C 电流时，意味着电池 将在一小时后完全放电。 如果它是 2C， 则意味着它 将是在半小时后对电池 进行放电所需的电流， 依此类推。 充电状态，SOC， 我还将提到它。 那么，这就是我宁愿解释 该首字母缩略词的含义的原因。 当我们寻找解决方案 或讨论电池组时， 一件重要的事情 是了解什么是 s 和 p。 那么，s 是我们具有的串联电池 单元的数量，p 是串联的数量。 为什么这很重要？ 因为您有两节电池， 您需要具有相同的 解决方案。 2s1p，因此两节串联 电池、一节并联电池 将具有更高的 电压、更低的电流。 那么，这是 相同的额定功率， 但是当我们查看解决 方案时，这很重要。 最后但同样重要的是， 因为我稍后还会提到它， CEDV。 我先前提到过，EDV 是放电电压的终点。 因此，基本而言， 达到该电压时， 我们应停止对电池 进行放电，以免损坏 电池单元。 CEDV 是 [听不清] 监测算法， 它具有补偿 放电终点， 从而支持在电流 负载变化时对 给定的电量 进行精确的测量。 那么，现在我们 更详细地了解了 电池单元，我们 需要考虑一些参数， 我们为什么需要它们。 首先是有关安全的参数。 即过压、 过流、过热。 如果没有进行 监视以及在 [听不清] 时没有 采取措施，这三项 可能会导致电池 单元出现故障、 损坏、爆炸或着火。 因此，这些确实是对 安全至关重要的参数。 其他两种情况 与用户体验的 关系更密切， 这意味着它们 不会直接导致安全 问题，但更多地会导致 最终用户的体验很差， 它们是欠压和电池单元 不平衡。 欠压意味着， 正如我先前 提到过的，电压应 是固定的，介于 4.2 和 3 伏之间。 如果电压降到 3 伏, 以下，不会有危险， 但这意味着电池 单元会损坏， 我们在后续周期中无法 以相同的电量使用它。 因此，我们应尽量防止 出现这种情况，以便 您的客户不会因为 欠压未得到妥善 处理而导致的较差 电池寿命性能， 而对您的最终产品 产生糟糕的印象。 电池单元不平衡 意味着，例如， 如果有几个 串联的电池单元， 其中一个电池单元已充满电， 一个电池单元已完全放电， 那么就无法 进一步对电池组 进行充电或放电， 因为一个电池单元 将始终过压，而另一个 电池单元始终欠压。 我们需要做的是， 执行电池单元 平衡，以便将电池组 恢复至类似的电压， 从而能够延长 整个电池组的 寿命。 此外，电池单元平衡， 使用的 [? 负载 ?]， 有时较便宜的 电池单元是您 在首次收到它们时在电压 方面不直接匹配的电池单元。 这意味着，或许您 可以纠正该不平衡， 从而使您的整个 电池组实现最佳体验。 那么，这些参数 意味着，我们需要 具有我们稍后 使用的任何解决方案， 强烈建议您查看 整个电池组的电压， 以及每个电池 单元的电压， 进出电池单元的 电流和温度。 那么，对于无人机的 电池组而言，我们 现在应该注意 什么问题呢。 第一个问题当然是 是小巧的外形。 我们的解决方案的 空间和重量应 尽可能地小。 我们希望解决方案的 成本尽可能低，但低成本 并不意味着糟糕的 解决方案，而是意味着 我们能够以最便宜的 价格实现最佳的解决方案。 我们必须考虑的 另一个问题， 我先前稍微 提到过它， 就是我的电池组中 剩余多少电量。 对于无人机，这至关重要， 因为对于其他 [听不清] 设备，如果电池 电量低或者为空， 那么 [听不清] 设备会停止工作， 这没什么大不了的，我们 只需要重新充电，然后 可以继续工作。 对于无人机，如果我们正在 飞行途中，而电池电量为空， 那么无人机会坠落。 因此，我们需要能够 预测电池何时会放电、 您何时需要 充电，这样我们 就可以使无人机 安全地着陆。 但对于无人机而言， 有一个需要考虑的问题， 即我们有一个 I 放电电流， 非连续的电流。 那么，正如我先前提到过的， 如果我们使无人机上下 移动或对其进行 加速或制动，放电 曲线会发生改变。 这就是我们需要能够 妥善处理 I 放电电流的 东西的原因。 在这里，例如， CEDV，因此 [听不清] 放电电压终点 对于 1C 和 25 或 50C 之间的放电 具有很好的性能。 因此，这是我们在我们的 TI 设计之一中采取的解决方案， 对于我们建议的 该解决方案，我们 还可以将其与 Impedance Track 配合使用，这是实现 精确度的下一步骤。 因此，如果具有良好 且精确的解决方案 还不够，我们需要具有 非常好且非常精确的 解决方案，那么 Impedance Track 是理想之选。 我们谈到的串联 电池单元有多少个？ 通常介于两个和四个之间， 可能多达七个电池单元。 我今天要展示的 解决方案聚焦于 两个和四个 之间的平台， 但我们还具有用于更大数量 电池单元的其他解决方案。 当然，作为一个 TI 设计，我们 希望为您提供一些 易于评估的东西， 我们对如何 进行设计、什么 是每个参数的 [听不清] 进行了 全面讨论。 我们为您提供的 也是您可以拥有的 完整 [听不清] 文件、[听不清] 文件、测试报告，等等。 那么，现在更详细地 具体讨论一个 TI 设计， TIDA-00984，该 TI 设计 包含四个电池单元。 它还具有双 电池单元版本， 它是相同的解决方案， 只是配置不同而已。 它包含一个电池 充电器、一个 CEDV [? 补偿 ?] 放电电压 终点，但进行电量监测。 该电池与 Impedance Track 是引脚对引脚 兼容的，如果您 需要更精确的性能。 电池组保护、电池 单元平衡以及 板载充电状态， 因此我们确切地 知道剩余电量的 百分比是多少。 还有 SMBUS 通信，用于 进行高级状态更新。 那么，SMBUS，如果 您对它不熟悉， 与其他通信 协议 [听不清]。 充电器的一些 主要规格。 在这里，我们具有效率为 93% 的 充电器，其输入电压介于 18 和 28 伏直流之间。 充电电压为 16.73， 这稍低于每个 电池单元 4.2 伏。 这是充电 电压测量。 这是测量的放电 电流，1.311 安。 在充电期间， 在接近 24 摄氏度的环境温度下， 灯泡的最高温度可达 43 度。 该充电器还具有 预充电模式。 那么，通常而言， 什么是预充电， 这就是说，如果我们 通过欠压正确地 保护我们的电池组， 那么我们应该不需要该功能。 但是，有时电池单元的 电压可能会降至 3 伏 以下，这是不可取的， 但这有可能发生。 假设每个电池单元的 电压介于 2 和 3 伏之间， 充电器将 识别该情况， 然后会施加非常小的 电流，以安全地达到 3 伏。 一旦达到 3 伏，我们 就处于安全的状况了， 然后我们可以开始 以正常的速率充电。 那么，这就是充电器 包含的预充电功能。 然后看看 保护，我们 具有多种 级别的过流。 例如，以 15 安 持续 20 秒、 以 20 安持续 10 秒、 以 24 安持续 15 秒。 此外，我们还 具有短路保护， 例如以 33 安持续 1 毫秒 或以 44 安持续 244 毫秒。 可以根据您的 具体规格，以及 过压和欠压 保护和温度 保护，在不同 级别对这些 参数的 电流值 和时间值 进行编程。 该板的 一些规格。 我们有针对测量仪表 和稳压器的电流， 测量仪表具有 1.32 微安的有效电流。 我们具有板载 3.3 伏 直流/直流稳压器。 我很快将向您展示的 生产 FET 具有 0.0325 欧的串联阻抗。 在以 10 安的电流 进行放电时， 最高温度为 72 摄氏度。 那么，方框图 如此处所示。 那么，在这里，我们 连接到电池单元， 以测量每个电池单元的 电压并进行平衡。 我们具有电池 正极和负极连接， 电池组正极 和负极连接， 因此电池连接到 电池单元，然后 电池组连接到 系统的其余部分。 我们还具有 针对 [听不清] 测量仪表和充电器的 [听不清] 输入。 [听不清] 测量仪表 负责执行监测 保护和平衡 并且控制两个 FET。 这两个 FET 位于 I 侧， 这意味着在发生故障 期间我们不会中断 通信 [听不清]。 现在，背靠背 FET，意味着 如果在充电期间发生 故障，我们仍然可以 进行放电，但无法充电。 如果在放电 期间发生故障， 这个将用作 [? 二极管 ?]，因此 我们无法进一步放电， 但是，如果我们具有 另一个未发生过压 或欠压的 [听不清]，我们 仍然可以充电。 两个 FET 都将打开， 这样我们就可以 充电或放电。 在这里，我们为充电器 提供了 18 至 28 伏直流输入。 我们还具有 板载 [听不清] 3。 我们还可以 将其更改为 5 伏。直流/直流稳压器， 然后这又到达 用于 SMBUS 通信的 通信连接器。 在板上，我们还有 几个 LED，用于显示 剩余的电量。 板如此处所示，具有 我刚才提到的不同 连接器。 那么，现在我们快速查看 一下一些测试性能。 这里是充电 和放电周期。 在这里，我们可以看到， 在充电期间，我们具有 一个恒定计数阶段。 在这里，执行这些恒定 计数，在我们监测 每个电池单元 期间，其电压 不断升高。 当我们到达充电 电压终点时， 充电器从恒定 计数切换到 恒定电压， 计数将下降， 直到我们达到 充电计数的终点。 看看放电，我们 在这里有应用到 放电的红色计数。 因此，我们 开始具有零， 然后我们应用 10 安， 然后我们再返回到零。 在此期间，整个 电池组的电压 会上升到最高， 然后下降，一直 到我们移除负载， 此时电压重新上升。 请不要关注 小的凸起。 这是因为我们的 负载，当我们释放 负载时，实际上，我们 具有另一个小的尖峰。 这就是我们具有该 小的电压凸起的原因。 但是，在这里， 重要或有趣的是， 我们可以看到 电压在这里， 一旦我们移除 负载，我们就 可以看到 电压重新上升。 这就是我 以前提到过的， 由于电池单元的阻抗， 一旦我们移除或添加 电流，就会 施加电压降。 这里是 10 安放电 期间的 MOSFet 温度。 在这里，我们可以 看到，充电状态会 从 100% 变为零， 在这里，我们 可以看到最高 温度为 72.5 摄氏度。这是 它的热像图， 放电电流为 10 安， 在 1C 充电期间， 具有 47.7 度的尖峰。 这是一个单页信息图表。 其中的大部分内容我已经提到过。 我要再次 强调的是， 该解决方案不仅可以 与 CEDV 算法配合使用， 如果我们需要 更精确地估算剩余 电量，也可与 Impedance Track 配合 使用。 但我们使用的 CEDV 算法非常合适， 应该足够 用于大多数 无人机应用。 我们具有集成的 电池单元平衡。 我们可以针对电压、 电流、温度、充电时间、 充电和放电 FET 等等对故障进行 全面编程。 我们可以对电池组 寿命进行诊断。 由于黑盒原因， 我们将其称为 实际电池，因为我们知道 所有要发生的事情。 因此，基本而言， 我们实际上能够 知道发生了什么，在什么时刻 由于什么原因发生了什么故障。 我们还具有板载 直流/直流稳压器。 然后您可以 在线查看 不同的数据表，或者 查看工具文件夹， 您可以在这里找到 原理图、物料清单、 Gerber、软件、用于 说明如何设计它的 完整设计指南。 我的演示到此 结束，感谢 大家的参与。 在进入问答环节之前， 有几个对于两个 演示都很 有意思的链接。 左侧大部分是 Kristen 介绍的部分， 其中展示了几个显示 三相 ESC 的 TI 设计。 他今天展示了 916，但 643 也 很有意思。 一些用于德州仪器 (TI) 提供的三相电机 驱动器的产品选项。 用于查看和下载 InstaSPIN-FOC 的链接。 还提供了一个 有关电机控制的 很有趣并且很 全面的 [听不清]。 关于电池组，2S， 我可以肯定用于 2S 的 链接已经生效了。 对于 4S 解决方案，我 今天展示的解决方案， 相关链接应在 接下来的几天生效。 但对于 2S 和 4S， 它是相同的解决方案， 它是相同或非常 类似的性能。 因此，如果您需要截至 今天生效的内容， 您可以直接查看 2S。 4S 将在 几天后提供。 还提供了具有不同 结构的解决方案。 如何使用 [听不清] 测量仪表保护等等。 我们可以看看 TIDA-00553。 或许也很有意思， 它一直到 10S， 但它也可以伸缩至 7 或 5 或 5S， TIDA-00449。 现在，我想我们可以 进入问答环节了。 我已经看到了两个问题。 第一个是，您是否 进行过有关测定 单个电池性能的 特征以构建匹配 电池组的研究？ 您可以重复 一遍问题吗？ 那么，如果我们 -- 您是否进行过 有关测定电池 性能的特征以 构建匹配电池组的 研究？ 没有。 这是因为，正如 我提到过的， 该设计包括 电池单元平衡。 这意味着，当我们首次将 电池单元连接到连接器时， 它们可能不匹配。 但随着时间的推移， 由于电池单元平衡， 电池单元将变得匹配。 这就是我提到过的有关 电池单元平衡的内容， 这或许有助于 节约一些成本， 因为您或许不必 总是购买最匹配的 电池单元。 由于平衡，随着时间的推移， 我们会将其变得匹配。 下一个问题是，当一个电池 单元发生故障时，充电器 是否能够识别？ 充电器不能。 让我们回到 方框图。 充电器不能识别，因为充电器 只能看到整个电池组。 但监测保护能够识别。 一旦要发生 某些事情， 例如，一个电池单元 发生故障，或者 发生短路，或者 其他事情， 这会被识别， 并且会告知装置。 因此，这意味着， 例如，它可以告知 无人机的其余部分， 您可以进行通信， 或者您稍后可以识别 发生了什么事情，以及 在哪个电池单元上 发生了什么事情。 问题是，它将 受到保护， 但该部分将能够识别 出现了什么问题并传达 相关信息。 那么，我看到下一个问题， 使用 FOC 控制和使用 梯形控制的无人机 使用的电源之间 有什么差异。 这个问题回答 起来有点困难。 如果您采用理论， 控制理论， FOC 控制应该可以将 效率提高 10% 至 15%， 但是，当然， 在这里， 您需要确保您 使用的电机 未采用梯形绕线方式， 而是采用正弦绕线方式， 这样您可以针对正弦 控制实现最佳性能。 此外，在这里，这是 从理论角度而言。 当您的 梯形控制 包含大量 可提高 效率的 额外算法时， 您的 FOC 控制的 效率提高幅度 会有所不同， 当然，在这里， 您还会看到 它的不匹配情况。 但是，如果您 确实能够对 控制进行一一对应的 比较，这几乎是 不可能的，到最后， 您通过 FOC 控制 所实现的性能 提高始终会很少。 但是，如果要给出一个 具体的数字，我就不知道了。 这是我们需要研究的问题， 需要进行实际比较。 那么，这是 将要实现的， 或者我们需要 执行这些测试， 并且进行比较，我们 说它是一一对应的比较。 我们不知道一个 控制执行的功能， 另一个控制 特别高效， 那么这不是 真正的比较。 这就是我不确定 真正的答案的原因。 还有人有 其他问题吗？ 好的，有人提出了一个问题。 在放电期间会进行 电池单元平衡吗？ 不会。 基本而言，对于电池单元平衡， 我们必须要了解的一点是， 它不是一次性的事件。 并不是说，我们遇到了不平衡， 然后经过一个周期，我们 完全纠正了 该不匹配情况。 它更多地是在充电 期间发生的事件。 [听不清]，我会回到 这个问题上来， 但是，它更倾向于 在多个周期上发生。 因为 我们可以做的事情 -- 可以通过对电池单元 不平衡进行过度校正 来实现它 -- 我们可以通过 I 因素 使其 [听不清]，从而实现它。 但我不建议这么做， 因为我们执行的 电池单元平衡越多，如果 我们做得过度，我们可能 使电池单元老化的程度就越大。 这就是我们宁愿更多地 使用较小的电流并通过 较长的时间来 实现它的原因， 可以更好地实现 电池单元匹配。 此外，在 [? 绕组 ?] 应用 [? 环境 ?] 中，在充电期间， 我们通常具有比 放电期间更低的电流， 在此期间，我们 具有更佳的电池 单元平衡效果。 此外，最重要的是， 电池单元平衡基本上 会对电池单元进行放电， 无论发生什么情况都是如此。 因此，这意味着，如果 我们正处于充电期间， 我们可能会增加几分钟 -- 而不是很多时间，但会 增加一点充电时间。 但是，在充电期间， 这并不重要， 因为充电器 会多连接 几分钟。 在放电期间，这 意味着会直接 影响运行时间。 这意味着，对于无人机， 如果我们尝试实际对 电池单元进行放电，那么 电池组的总体运行时间 甚至会更短。 那么，这就是我们不在放电期间 执行电池单元平衡的原因。 我们有时会根据 平衡的算法来 执行它。 可以在空闲时 完成它， 但最佳时机是 在充电期间执行它。 似乎没有 其他问题了。 那么，今天的网络 研讨会到此结束。 我要感谢 Kristen 和 Kevin 进行了 精彩的演示。 我还要对每一位 参与者表示感谢。 谢谢。 谢谢。
大家好！
欢迎参加今天的网络研讨会。
我是来自 Element14 的 Randy， 今天的网络研讨会由我主持。
今天的演示来自 德州仪器 (TI)。
这就是如何通过 电子速度控制器
来延长四轴飞行器 和工业无人机的
飞行时间 和电池寿命。
本次网络研讨会将由 Kristen Mogensen 和 Kevin Stauder
主讲。
Kristen 是 TI 工业电机 驱动器的系统工程师，
同时专注于 硬件和软件。
他从 2014 年开始 担任该职务。
他于 2008 年加入 德州仪器 (TI)，从加入
公司开始他担任过 各种技术职位。
Kristen 在丹麦 技术大学
学习了 电气工程。
2008 年，他获得了 电气工程理学
硕士学位。
Kevin 是电器和电动 工具系统工程师。
他从 2014 年开始 担任该职务。
他在获得电气 工程理学硕士
学位之后加入 德州仪器 (TI)，
他在 TI 担任过各种 技术职位和营销职位。
在演示结束时， 将会有一个问答环节。
您可以在 WebEx 屏幕的 问答窗口中提问。
那么，现在有请 Kristen 和 Kevin
进行今天的演示。
大家好！
我叫 Kristen Mogensen。
今天的演示 先从我开始，
然后到中间部分后，
Kevin 会接替我 进行演示。
那么，今天的 议程是，首先
讨论用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC
设计。
然后，我们将讨论 德州仪器 (TI) 提供的
用于无人机的 电池组解决方案。
对于用于无人机 ESC 的 高速无传感器 FOC，
我们的 议程如下。
首先，我们将对无人机 进行快速概述，以便
我们可以大致 了解在构建完整的
无人机时需要 构建哪些
具体的模块。
然后，讨论梯形控制 和正弦控制
注意事项。
然后，讨论在 进行设计时，
包括开始之前 以及整个
设计过程中， 需要考虑什么
类型的软件。
然后，测试结果是什么， 以及我用于测试
该设计的测试设置是怎样的。
然后是设计概述， 简明扼要地
告诉您该设计 可以执行什么任务。
那么，从无人机的角度来说， 基本而言，您首先需要
无人机飞行 控制器，它主要
接受来自 遥控器的
命令，获取 反馈，并且
对无人机 进行控制。
那么，基本而言， 向电机发送控制
命令，并且 从所有在无人机中
实现的传感器 获取反馈，以确保
无人机正常飞行 并且按照预期飞行。
然后，您需要 一个云台控制器。
云台控制器， 根据其质量，
或者说它的 专业程度，
可能包含 一至三个轴。
然后，还有一个 摄像头模块，
我们将无人机的 该部分称为有效载荷。
从有效载荷的 角度而言，
这基本上可以是 任何东西，您可以说，
这是我的无人机上 应该执行任务的部分。
它可以是从视频摄像机 到可能构建在热成像
摄像机上的雷达传感器， 无论您需要什么，您都
可以将其作为 有效载荷放在这里。
然后，还有您将 连接到飞行
控制器的视觉 和感知系统，
通常实现这些系统是为了 使无人机能够感知
其周围的环境， 以便它基本上能够
避免撞到墙壁等物体上。
如果它知道 那里有墙壁，
它就不会允许用户使其 与墙壁的距离小于它认为
安全的距离。
然后还有电池组。
最后是 ESC， 也称为
电子调速器。
根据您的 无人机类型，
今天，我们将从四轴 飞行器的角度对其
进行更详细的讨论， 因此您有四个电机。
但是，当然，如果您 仅有一个普通
飞机种类的配置， 您就仅有一个电机。
在这里，通常而言， 您今天看到的
是其刷式直流 电机，您将使用
该电机，或者 梯形控制电机。
在这里，对电机 进行速度控制
可以改变推进力，并且 可以改变无人机的方向。
我们将无人机的 该部分称为飞行系统。
然后，当然， 您还有一个遥控器。
在这里，它基本上获取 来自无人机的输入，
并且为无人机提供 有关如何飞行的输入。
当然，该控制器 也需要电池组。
我们把这称为遥控器。
在今天的演示中， 我们会重点讨论
ESC，至少在这部分的 演示中是这样。
我们稍后将重点 讨论电池管理。
那么，对于 ESC， 基本而言，根据
您选择使用的 电机控制的类型，
您可以提高 电机的效率，
以及您的 电机的速度
动态性能。
通常，您可以 看到梯形控制
用于驱动电机。
您将看到， 该梯形控制
在本质上由于其产生 方式而具有一个扭矩纹波。
如果您改用 FOC 控制， 则会消除该扭矩纹波，
并且这将为您提供 更加平稳的控制。
由于 FOC 的 工作方式，
与梯形控制相比， 您还会提高速度
变化或您对速度 变化的响应速度方面的
动态性能。
当然，改为使用 FOC 也会 带来新的挑战。
例如，与梯形控制 相比，对于 FOC，
您需要 更精确的角度。
当然，您可以通过添加 传感器来实现这一点，
而传感器比较昂贵， 因此它当然不是一种
真正可行的解决方案。
因此，如果您选择 FOC， 只有当它能够在无传感器的情况下实现时，
这种方式才真的有意义。
您可以在不使用传感器的 情况下实现它，此时您需要
一个基于 反 EMF 的无传感器
算法，我们稍后还会 对该算法稍作讨论。
那么，在这里，我们显示的是， 如果您有一个典型的梯形 ESC，
这些是您使 电机转动
所需的主要组件。
那么，在今天 结束时，您
将看到，您具有三个 连接到 FET 的半桥
FET 可以是内部的 也可以是外部的。
通常，您具有 外部 FET，因为
您驱动如此大的 电流，以至于您
无法在封装内部 耗散功率，因此您
会尝试通过移出 FET 来将其分离。
您还会看到，您具有一个 电流传感放大器。
然后，可能有电压 传感，以及直流 --
或者您具有 电压传感，
还可能有直流 链路传感，
这具体取决于您 如何实现控制机制。
如果您转向正弦 控制，您将看到，
它不会对其 有大的改变。
最大的改变是， 您需要测量三个相位
电压 --
或者您需要测量 三个相位，而不是
仅测量低侧的 一个混合相位
电流。
那么，现在进行 更深入的比较，
您可以从 控制的角度
了解梯形和 正弦之间的差异。
那么，您具有的 是梯形控制，
您会看到，您具有 一个 60 度角测量。
因此，基本而言，每隔 60 度您就会进行换向，
随着该换向， 您的电机将转动。
对于磁场定向 控制，您具有的是
一个实时精确 角度测量，
因此您的角度 需要精确的多。
根据您执行无传感器 控制的方式，您将
具有不同的基于 反 EFM 的控制技术。
对于梯形控制，
您通常具有 过零技术。
还有一种称为 InstaSPIN-BLDC 的不同
方法，该方法执行集成。
然后，如果您改为 使用 FOC，您将具有
一项滑动 电机技术，
然后，提供了 使用 InstaSPIN
FOC 的选项，您最终 会使用 TI FAST
算法。
因此，当您执行梯形 控制时，您将看到
您需要三个 相位电压，
并且可能具有可选的 单个分流测量。
再次说明一下，对于 InstaSPIN-BLDC，您将
看到您具有相同的设置。
如果您选择滑动模式 观测器，您将看到
您在这里需要直流 总线以及一至三个
分流测量。
根据您选择的 分流器数量，
您还能通过您的 PWM 控制器设置
来限制您可以 使用的 PWM 占空比。
因此，您将在一定程度上 限制可以将多少 [听不清]
总线用于 您的电机控制。
那么，以上就是一些注意事项， 但最后您可以进行选择。
对于 InstaSPIN FAST，您 需要三个相位电压 --
直流链路电压和 两到三个分流测量。
再次强调，我们对 分流的讨论是相同的。
您将限制您自己， 但它是一种选择。
您不必这么做， 然后您可以
执行三项 分流测量。
您通过 扭矩性能
和速度性能 可以看到，
从梯形 角度而言，
由于实现过零 技术的方式，
您具有较差的动态性能，这 意味着当您进行速度改变时，
您需要一定的时间才能 对速度变化做出反应。
如果您改为 使用 InstaSPIN-BLDC，
您将看到您不仅对于 负载变化更加
稳定，而且具有 更佳的动态性能。
您可以更快地 响应速度变化。
从扭矩的 角度而言，
您具有高扭矩，但是 您也具有扭矩纹波，
因为您每隔 60 度就会
进行换向。
这样就会产生 扭矩纹波，
该纹波还会降低 扭矩性能中的
动态零点。
然后转向 FOC， 您会看到
对于滑动 模式观测器，
您通常具有 较差的低速性能。
当然，这还取决于 您的滑动模式
观测器有多先进。
而在全速范围上， 您将具有中等的动态
性能。
有一点可以肯定的是， 它很难进行调节，
您需要针对不同的 负载情况以及不同的
速度对其进行调节， 从而使其在滑动模式
观测器的整个动态 范围内稳定地运行。
转向 InstaSPIN TI FAST 算法，您可以
看到，与其他三个选项 相比，您具有最佳的
低速到高速性能。
您具有最佳的 动态性能。
非常好的一点是， 从角度方面而言，
其无传感器部分 可以进行自主调节。
因此，您具有 用于识别
电机参数的 识别协议。
一旦您拥有 它们，您就
无需再识别电机。
您将其置于 您的系统中，
不必再去考虑 角度测量
问题。
对于扭矩性能， 从 FOC 角度
可以看到，您具有 理想的扭矩控制，
这意味着低噪声、 平滑的运行和
最佳的动态性能。
当然，在这里， 它还包含您的电机。
如果您具有梯形 绕线电机，那么
您用于梯形控制的电机 将具有最佳工作效果，
当然，对于 FOC 也是一样的。
如果您具有 正弦绕线电机，
系统将实现 最佳的性能。
您当然也可以 进行交叉选用，
但这必然会造成 一定程度的
系统性能下降。
从系统成本 角度而言，
您可以在这里看到梯形 控制，它是相同的，
在这里，你将为 电流分流添加
额外的测量。
因此，在这里，您将 有一些额外的成本。
现在，看看 FOC 控制的挑战，
您需要考虑 三个方面的问题。
首先，您需要 考虑 PCB 本身。
我需要什么 类型的功率级？
我需要执行什么 类型的电压电流感应？
它必须有怎样的性能？
你需要事先考虑 这些类型的问题。
然后，从软件 角度而言，
您需要构建 您的 FOC 部分，
当我说 FOC 时， 我是指 Clarke、[? Park ?]、
PI 控制器、加速、
轨道定义。
所有这些 基本上都是标准的。
第二个软件 部分是，
您具有 角度估算，
但理论上，您还可以 使用机械传感器来执行。
现在我们更加详细 一点儿地讨论软件。
从软件角度而言，
您还需要知道 您使用的控制器
具有正确执行 缺欠频带所需的
PWM 功能。
您是否能够在需要的 时间触发 ADC 采样？
您是否能够同时 同步所有 PWM，
以便能够在 驱动 [听不清] 时
尽可能高效地 使用 PWM 模式？
然后，您需要怎样的 电机电气速度？
从电气的角度而言， 您需要运行电机的
速度越快， 您需要的
处理能力就越高， 因为您需要对
您的电流测量进行 采样，或者您需要
能够对电流环路 进行足够的处理，
以便您基本上 可以针对您
运行的高速度进行 稳定的速度控制。
然后，当然，您是否 能够轻松地调节
您的 PI 控制器，或者 它是否进行试错并期待
最佳结果？
然后，从软件 角度而言，最后
一部分是，正如我先前 所说的，我们将讨论
基于反 EMF 的传感器。
当电机未运转时， 不存在反 EMF，
这意味着您无法 获取位于零点的角度。
因此，您需要首先 开始让电机旋转。
然后，在经过 特定的点之后，
您将从开环 控制转为闭环
控制。
您还需要将 该部分算法
构建到您的 软件模板中。
然后，从硬件 角度而言，
您需要考虑 电压和电流感应。
您需要考虑 FET 额定值。
它们是否能够实现 您需要的电流和电压？
您需要从 导电和开关
角度考虑 系统的效率。
然后，当然，如果 发生故障，您需要
对系统进行 什么类型的保护。
然后，从角度方面而言， 您是否要实现机械传感器，
或者您是否要 实现估算算法？
对于估算 算法，
您需要针对整个速度 范围对该算法进行调优，
您还需要知道 您的电机参数。
因此，从 InstaSPIN FOC 角度而言，
您基本上具有 FAST 软件编码器，
这将从您的设计 注意事项中去掉
公式的该部分。
我们已经为您完成了该部分。
然后是第二部分， 正如我先前提到的，
从角度方面而言， 您无需再执行
任何操作， 但仍需要执行
一些任务。
您仍需要为电流环路 调节这里的 PI 控制器、
PI 速度以及 PI， 以确保您的
系统按照您的 预期准确地执行。
因为，当然，您 确切地知道
您希望电机如何旋转。
那么，在此期间， 我们还会向
MotorWare 库中添加 一个工具或项目，
您可以通过它基本上与您 使用的硬件进行实时交互。
对于连接的电机， 您可以实时看到
您的电机实现 步进响应和电流。
此外，还对步进响应 进行调优，以便为您
提供您认为最适合您的 系统的电流步进响应。
在今天结束时，如果 您看看我先前提到的
高速电机， 您基本上
可以看到，每隔 833 微秒，您基本上
会将电机旋转一圈， 这意味着，要使您的
电流控制能够 响应该极高的速度，
您需要非常快地 运行电流环路。
对于该系统， 我们针对高达
22kHz 的电流环路对其 进行了测试，这基本上
意味着大约 44 微秒。
因此，您基本上可以说， 我这里的步进响应，
您可以看到，大致上 对于旧电流，要针对
PI 控制器应用 或调节新电流，
这基本上需要 大约 400 微秒。
您可以看到， 800 微秒已经
足够让您 快速响应
这些高速度。
这意味着， 在今天结束时，
这将使您能够 对您的电机中的
电气频率进行 稳定的步进响应。
这是您对系统 进行基本计时
所需的东西。
当然，使它的 速度超快
还可能会产生 一些效率损失，
您可以通过降低 其速度来进行补偿。
但这是您的系统 动态性能的一部分，
我们无法 了解相关情况，
您需要在此 通过该电流
调优对该电机进行 基本调优，以便系统
实现最佳性能。
然后，转到下一步， 您以前看到的电流
和速度控制器，
我们通过级联 控制实现它们。
因此，您需要 做的是，首先
对电流控制器进行调优， 以实现您认为最佳的设置，
然后您要做的是， 您可以对速度
控制器进行调优。
在这里，您可以 看到我针对高速
信号对轻微过冲情况 调节了速度控制器。
然后，当您完成 该速度控制后，
您要做的是，您基本上 可以转向电机的全速范围。
您在这里看到的是， 凭借极高的动态性能，
您可以在大约 500 毫秒内
从负 8,000 RPM 转向 正 8,000 RPM。
基本而言， 您还可以
在这里看到，当您改变 电机速度时，您在
轨道上具有每秒 3,600 RPM 的加速度。
在这里您可以看到轻微的过冲。
当然，调节 PI 控制器 以实现精确的性能，
[听不清] 您将
能够补偿 它的该部分。
然后，稍微展示我们 是怎样测试系统的。
我们看到，当您 运转该螺旋桨，
然后直接将其放到 桌子上时，您将看到
螺旋桨产生的 湍流基本上还会
使速度性能 变得不稳定，
因为它基本上会将 空气向下推动很多，
以至于它将 影响螺旋桨的
运转方式。
因此，您将看到 由于该空气运动
而带来的螺旋桨 或者电机的不稳定性。
我们通过进行此处的 设置来对其进行补偿，
您可以看到，它看起来 更像一个无人机，
你可以看到空气 可以从电机离开。
然后您可以在这里看到 我们使用的板、电源，
然后我使用 Code Compose Studio
将其与 PC 相连接。
在这里，它基本上直接 连接到该 Launch Pad，
调试器已经 包含在该板中。
您可以稍微 了解一下电机的尺寸，
由于您已经 知道了无人机 [听不清]，
您知道它们有多小， 但您基本上会
在这里看到 它们非常非常小。
从设计 角度而言，
您看到的是，如果 您看到用于无人机
ESC 的极高性能的系统 解决方案，您基本上
具有针对无传感器 FOC 控制实现电机控制
所需的所有接口。
这里还展示了 您能够以这些
极高的速度运行的 TI FAST 观测器。
我们展示了用于 执行该变化的
从 1k RPM 到 10k RPM 的高动态性能。
您可以在不到 200 毫秒的时间内完成它。
我们测试的电机 基本上是 6 极对电机，
在这里，我们以 12,000 RPM 的转速 运行它 -- 这是最大转速。
我们使用的是标准 TI EVM，因此，基本而言，
InstaSPIN-Motion LaunchPad 和 DRV8305 BoosterPack。
这两者是标准配置。
您可以将其放在一起。
它们已经 包含在硬件中。
阅读设计指南， 我还稍微介绍了
您如何更改 DRV BoosterPack，
使其能够包含 电机将运行的
更高频率。
通常，该板是为 300 赫兹电机构建的，
要将其更改得更高 一些，您需要更改
系统的滤波器， 以便在您快速
运行它时能够 不使信号衰减得
太多。
然后，用于 C2000 LaunchPad 使用 MotorWare 的
非常简单的固件示例， 板本身，由于 BoosterPack
支持 2 至 6 节 锂聚合物电池，
并且相电流 额定值为 15 安培。
也可以通过调节 BoosterPack 上使用的
FET 来更改它， 此外，在这里，
您需要确保您 使用的分流器
也支持更高的电流。
该系统所具有的 一些优势是，
我先前所讨论过的， 22.5kHz PWM 电流
控制。
现在您明白其中的原因了， 因为我以 45kHz PWM 运行它，
然后我 将其除以二。
这些都是在硬件中 完成的，因此您
在执行该转换时不会 损失任何处理器能力。
那么，在今天 结束时，
您无需对无传感器 算法进行调优
即可很快地上市，并且 您可以通过您要使用的
特定螺旋桨很快地 对电机设置进行调优，
以实现您可以 实现的最佳性能。
有关一切是 如何实现的
更多信息， 您可以访问 TIDA-00916，
在这里，您可以找到 介绍我们执行的
部分测试以展示性能 以及我们如何使用系统的
工具文件夹设计指南。
这里稍微 介绍了数据表。
但在这里，您还 可以找到指向
我们使用的两个 EDM 的链接， 您也可以在 TI Store 上购买它们。
我对无人机上的 ESC 介绍到此结束，
现在有请 Kevin 进行演示。
谢谢 Kristen。
那么，我现在将 继续演示的
电池组部分。
Kristen 展示了 无人机中
可能具有的不同块， 我将重点介绍
电池组部分。
那么，首先让我扼要重述 一些电池基础知识。
让我们从什么 是开路电压开始。
那么，如果我们看看 单节锂离子电池的电压，
我们可以看到，电压 将从 4.2 伏变为 3 伏。
它将具有 这种形状，
在周期的开头 和末尾具有
陡峭的曲线， 在中间具有
相对平坦的 稳定阶段。
需要记住的一点是， 该曲线是在非常
非常低的放电 电流下获得的。
电池单元将具有 阻抗，[听不清]
在这里由 I-R BAT，一旦 电池单元中具有充电或
放电电流， 我们将具有
施加到电池 单元的压降。
这意味着，一旦 I-R 为放电电流，
压降将会更大， 并且我们会
更快地达到放电 电压的终点 EDV。
那么，这意味着， 即使在理论上
我的电池单元的 总电量为 Q-max，
我用于对其进行 放电的电流也会
更大，我能够使用的 电量也会更低。
那么，这是我们 必须考虑的事情，
尤其是在电流为 I 的应用中，或者
当电流持续变化时， 例如当我们希望
加速或上下 移动时 [听不清]
无人机。
该电流将完全 改变，这意味着
该曲线还将 持续上升和
下降，使得估算 剩余的电量变得
更加困难。
我很快要讨论的 另一个术语是
充电速率， 它基本上是
放电或充电电流。
这通常是 在一小时后
对电池进行完全 放电所需的电流。
这就是为什么 当我们谈到 1C
电流时，意味着电池 将在一小时后完全放电。
如果它是 2C， 则意味着它
将是在半小时后对电池 进行放电所需的电流，
依此类推。
充电状态，SOC， 我还将提到它。
那么，这就是我宁愿解释 该首字母缩略词的含义的原因。
当我们寻找解决方案 或讨论电池组时，
一件重要的事情 是了解什么是 s
和 p。
那么，s 是我们具有的串联电池 单元的数量，p 是串联的数量。
为什么这很重要？
因为您有两节电池， 您需要具有相同的
解决方案。
2s1p，因此两节串联 电池、一节并联电池
将具有更高的 电压、更低的电流。
那么，这是 相同的额定功率，
但是当我们查看解决 方案时，这很重要。
最后但同样重要的是， 因为我稍后还会提到它，
CEDV。
我先前提到过，EDV 是放电电压的终点。
因此，基本而言， 达到该电压时，
我们应停止对电池 进行放电，以免损坏
电池单元。
CEDV 是 [听不清] 监测算法，
它具有补偿 放电终点，
从而支持在电流 负载变化时对
给定的电量 进行精确的测量。
那么，现在我们 更详细地了解了
电池单元，我们 需要考虑一些参数，
我们为什么需要它们。
首先是有关安全的参数。
即过压、 过流、过热。
如果没有进行 监视以及在
[听不清] 时没有 采取措施，这三项
可能会导致电池 单元出现故障、
损坏、爆炸或着火。
因此，这些确实是对 安全至关重要的参数。
其他两种情况 与用户体验的
关系更密切， 这意味着它们
不会直接导致安全 问题，但更多地会导致
最终用户的体验很差， 它们是欠压和电池单元
不平衡。
欠压意味着， 正如我先前
提到过的，电压应 是固定的，介于
4.2 和 3 伏之间。
如果电压降到 3 伏, 以下，不会有危险，
但这意味着电池 单元会损坏，
我们在后续周期中无法 以相同的电量使用它。
因此，我们应尽量防止 出现这种情况，以便
您的客户不会因为 欠压未得到妥善
处理而导致的较差 电池寿命性能，
而对您的最终产品 产生糟糕的印象。
电池单元不平衡 意味着，例如，
如果有几个 串联的电池单元，
其中一个电池单元已充满电， 一个电池单元已完全放电，
那么就无法 进一步对电池组
进行充电或放电， 因为一个电池单元
将始终过压，而另一个 电池单元始终欠压。
我们需要做的是， 执行电池单元
平衡，以便将电池组 恢复至类似的电压，
从而能够延长 整个电池组的
寿命。
此外，电池单元平衡， 使用的 [? 负载 ?]，
有时较便宜的 电池单元是您
在首次收到它们时在电压 方面不直接匹配的电池单元。
这意味着，或许您 可以纠正该不平衡，
从而使您的整个 电池组实现最佳体验。
那么，这些参数 意味着，我们需要
具有我们稍后 使用的任何解决方案，
强烈建议您查看 整个电池组的电压，
以及每个电池 单元的电压，
进出电池单元的 电流和温度。
那么，对于无人机的 电池组而言，我们
现在应该注意 什么问题呢。
第一个问题当然是 是小巧的外形。
我们的解决方案的 空间和重量应
尽可能地小。
我们希望解决方案的 成本尽可能低，但低成本
并不意味着糟糕的 解决方案，而是意味着
我们能够以最便宜的 价格实现最佳的解决方案。
我们必须考虑的 另一个问题，
我先前稍微 提到过它，
就是我的电池组中 剩余多少电量。
对于无人机，这至关重要， 因为对于其他 [听不清]
设备，如果电池 电量低或者为空，
那么 [听不清] 设备会停止工作，
这没什么大不了的，我们 只需要重新充电，然后
可以继续工作。
对于无人机，如果我们正在 飞行途中，而电池电量为空，
那么无人机会坠落。
因此，我们需要能够 预测电池何时会放电、
您何时需要 充电，这样我们
就可以使无人机 安全地着陆。
但对于无人机而言， 有一个需要考虑的问题，
即我们有一个 I 放电电流，
非连续的电流。
那么，正如我先前提到过的， 如果我们使无人机上下
移动或对其进行 加速或制动，放电
曲线会发生改变。
这就是我们需要能够 妥善处理 I 放电电流的
东西的原因。
在这里，例如， CEDV，因此 [听不清]
放电电压终点 对于 1C 和 25
或 50C 之间的放电 具有很好的性能。
因此，这是我们在我们的 TI 设计之一中采取的解决方案，
对于我们建议的 该解决方案，我们
还可以将其与 Impedance Track 配合使用，这是实现
精确度的下一步骤。
因此，如果具有良好 且精确的解决方案
还不够，我们需要具有 非常好且非常精确的
解决方案，那么 Impedance Track 是理想之选。
我们谈到的串联 电池单元有多少个？
通常介于两个和四个之间， 可能多达七个电池单元。
我今天要展示的 解决方案聚焦于
两个和四个 之间的平台，
但我们还具有用于更大数量 电池单元的其他解决方案。
当然，作为一个 TI 设计，我们
希望为您提供一些 易于评估的东西，
我们对如何 进行设计、什么
是每个参数的 [听不清] 进行了
全面讨论。
我们为您提供的 也是您可以拥有的
完整 [听不清] 文件、[听不清]
文件、测试报告，等等。
那么，现在更详细地 具体讨论一个 TI 设计，
TIDA-00984，该 TI 设计 包含四个电池单元。
它还具有双 电池单元版本，
它是相同的解决方案， 只是配置不同而已。
它包含一个电池 充电器、一个 CEDV
[? 补偿 ?] 放电电压 终点，但进行电量监测。
该电池与 Impedance Track 是引脚对引脚
兼容的，如果您 需要更精确的性能。
电池组保护、电池 单元平衡以及
板载充电状态， 因此我们确切地
知道剩余电量的 百分比是多少。
还有 SMBUS 通信，用于 进行高级状态更新。
那么，SMBUS，如果 您对它不熟悉，
与其他通信 协议 [听不清]。
充电器的一些 主要规格。
在这里，我们具有效率为 93% 的 充电器，其输入电压介于 18
和 28 伏直流之间。
充电电压为 16.73， 这稍低于每个
电池单元 4.2 伏。
这是充电 电压测量。
这是测量的放电 电流，1.311 安。
在充电期间， 在接近 24
摄氏度的环境温度下， 灯泡的最高温度可达
43 度。
该充电器还具有 预充电模式。
那么，通常而言， 什么是预充电，
这就是说，如果我们 通过欠压正确地
保护我们的电池组， 那么我们应该不需要该功能。
但是，有时电池单元的 电压可能会降至 3 伏
以下，这是不可取的， 但这有可能发生。
假设每个电池单元的 电压介于 2 和 3 伏之间，
充电器将 识别该情况，
然后会施加非常小的 电流，以安全地达到
3 伏。
一旦达到 3 伏，我们 就处于安全的状况了，
然后我们可以开始 以正常的速率充电。
那么，这就是充电器 包含的预充电功能。
然后看看 保护，我们
具有多种 级别的过流。
例如，以 15 安 持续 20 秒、
以 20 安持续 10 秒、 以 24 安持续 15 秒。
此外，我们还 具有短路保护，
例如以 33 安持续 1 毫秒 或以 44 安持续 244 毫秒。
可以根据您的 具体规格，以及
过压和欠压 保护和温度
保护，在不同 级别对这些
参数的 电流值
和时间值 进行编程。
该板的 一些规格。
我们有针对测量仪表 和稳压器的电流，
测量仪表具有 1.32 微安的有效电流。
我们具有板载 3.3 伏 直流/直流稳压器。
我很快将向您展示的 生产 FET 具有
0.0325 欧的串联阻抗。
在以 10 安的电流 进行放电时，
最高温度为 72 摄氏度。
那么，方框图 如此处所示。
那么，在这里，我们 连接到电池单元，
以测量每个电池单元的 电压并进行平衡。
我们具有电池 正极和负极连接，
电池组正极 和负极连接，
因此电池连接到 电池单元，然后
电池组连接到 系统的其余部分。
我们还具有 针对 [听不清]
测量仪表和充电器的 [听不清] 输入。
[听不清] 测量仪表 负责执行监测
保护和平衡 并且控制两个
FET。
这两个 FET 位于 I 侧，
这意味着在发生故障 期间我们不会中断
通信 [听不清]。
现在，背靠背 FET，意味着 如果在充电期间发生
故障，我们仍然可以 进行放电，但无法充电。
如果在放电 期间发生故障，
这个将用作 [? 二极管 ?]，因此
我们无法进一步放电， 但是，如果我们具有
另一个未发生过压 或欠压的 [听不清]，我们
仍然可以充电。
两个 FET 都将打开， 这样我们就可以
充电或放电。
在这里，我们为充电器 提供了 18 至 28 伏直流输入。
我们还具有 板载 [听不清] 3。
我们还可以 将其更改为 5 伏。直流/直流稳压器，
然后这又到达 用于 SMBUS 通信的
通信连接器。
在板上，我们还有 几个 LED，用于显示
剩余的电量。
板如此处所示，具有 我刚才提到的不同
连接器。
那么，现在我们快速查看 一下一些测试性能。
这里是充电 和放电周期。
在这里，我们可以看到， 在充电期间，我们具有
一个恒定计数阶段。
在这里，执行这些恒定 计数，在我们监测
每个电池单元 期间，其电压
不断升高。
当我们到达充电 电压终点时，
充电器从恒定 计数切换到
恒定电压， 计数将下降，
直到我们达到 充电计数的终点。
看看放电，我们 在这里有应用到
放电的红色计数。
因此，我们 开始具有零，
然后我们应用 10 安， 然后我们再返回到零。
在此期间，整个 电池组的电压
会上升到最高， 然后下降，一直
到我们移除负载， 此时电压重新上升。
请不要关注 小的凸起。
这是因为我们的 负载，当我们释放
负载时，实际上，我们 具有另一个小的尖峰。
这就是我们具有该 小的电压凸起的原因。
但是，在这里， 重要或有趣的是，
我们可以看到 电压在这里，
一旦我们移除 负载，我们就
可以看到 电压重新上升。
这就是我 以前提到过的，
由于电池单元的阻抗， 一旦我们移除或添加
电流，就会 施加电压降。
这里是 10 安放电 期间的 MOSFet 温度。
在这里，我们可以 看到，充电状态会
从 100% 变为零， 在这里，我们
可以看到最高 温度为 72.5
摄氏度。这是 它的热像图，
放电电流为 10 安， 在 1C 充电期间，
具有 47.7 度的尖峰。
这是一个单页信息图表。
其中的大部分内容我已经提到过。
我要再次 强调的是，
该解决方案不仅可以 与 CEDV 算法配合使用，
如果我们需要 更精确地估算剩余
电量，也可与 Impedance Track 配合
使用。
但我们使用的 CEDV 算法非常合适，
应该足够 用于大多数
无人机应用。
我们具有集成的 电池单元平衡。
我们可以针对电压、 电流、温度、充电时间、
充电和放电 FET 等等对故障进行
全面编程。
我们可以对电池组 寿命进行诊断。
由于黑盒原因， 我们将其称为
实际电池，因为我们知道 所有要发生的事情。
因此，基本而言， 我们实际上能够
知道发生了什么，在什么时刻 由于什么原因发生了什么故障。
我们还具有板载 直流/直流稳压器。
然后您可以 在线查看
不同的数据表，或者 查看工具文件夹，
您可以在这里找到 原理图、物料清单、
Gerber、软件、用于 说明如何设计它的
完整设计指南。
我的演示到此 结束，感谢
大家的参与。
在进入问答环节之前， 有几个对于两个
演示都很 有意思的链接。
左侧大部分是 Kristen 介绍的部分，
其中展示了几个显示 三相 ESC 的 TI 设计。
他今天展示了 916，但 643 也
很有意思。
一些用于德州仪器 (TI) 提供的三相电机
驱动器的产品选项。
用于查看和下载 InstaSPIN-FOC 的链接。
还提供了一个 有关电机控制的
很有趣并且很 全面的 [听不清]。
关于电池组，2S，
我可以肯定用于 2S 的 链接已经生效了。
对于 4S 解决方案，我 今天展示的解决方案，
相关链接应在 接下来的几天生效。
但对于 2S 和 4S， 它是相同的解决方案，
它是相同或非常 类似的性能。
因此，如果您需要截至 今天生效的内容，
您可以直接查看 2S。
4S 将在 几天后提供。
还提供了具有不同 结构的解决方案。
如何使用 [听不清] 测量仪表保护等等。
我们可以看看 TIDA-00553。
或许也很有意思， 它一直到 10S，
但它也可以伸缩至 7 或 5 或 5S，
TIDA-00449。
现在，我想我们可以 进入问答环节了。
我已经看到了两个问题。
第一个是，您是否 进行过有关测定
单个电池性能的 特征以构建匹配
电池组的研究？
您可以重复 一遍问题吗？
那么，如果我们 --
您是否进行过 有关测定电池
性能的特征以 构建匹配电池组的
研究？
没有。
这是因为，正如 我提到过的，
该设计包括 电池单元平衡。
这意味着，当我们首次将 电池单元连接到连接器时，
它们可能不匹配。
但随着时间的推移， 由于电池单元平衡，
电池单元将变得匹配。
这就是我提到过的有关 电池单元平衡的内容，
这或许有助于 节约一些成本，
因为您或许不必 总是购买最匹配的
电池单元。
由于平衡，随着时间的推移， 我们会将其变得匹配。
下一个问题是，当一个电池 单元发生故障时，充电器
是否能够识别？
充电器不能。
让我们回到 方框图。
充电器不能识别，因为充电器 只能看到整个电池组。
但监测保护能够识别。
一旦要发生 某些事情，
例如，一个电池单元 发生故障，或者
发生短路，或者 其他事情，
这会被识别， 并且会告知装置。
因此，这意味着， 例如，它可以告知
无人机的其余部分， 您可以进行通信，
或者您稍后可以识别 发生了什么事情，以及
在哪个电池单元上 发生了什么事情。
问题是，它将 受到保护，
但该部分将能够识别 出现了什么问题并传达
相关信息。
那么，我看到下一个问题， 使用 FOC 控制和使用
梯形控制的无人机 使用的电源之间
有什么差异。
这个问题回答 起来有点困难。
如果您采用理论， 控制理论，
FOC 控制应该可以将 效率提高 10% 至 15%，
但是，当然， 在这里，
您需要确保您 使用的电机
未采用梯形绕线方式， 而是采用正弦绕线方式，
这样您可以针对正弦 控制实现最佳性能。
此外，在这里，这是 从理论角度而言。
当您的 梯形控制
包含大量 可提高
效率的 额外算法时，
您的 FOC 控制的 效率提高幅度
会有所不同， 当然，在这里，
您还会看到 它的不匹配情况。
但是，如果您 确实能够对
控制进行一一对应的 比较，这几乎是
不可能的，到最后， 您通过 FOC 控制
所实现的性能 提高始终会很少。
但是，如果要给出一个 具体的数字，我就不知道了。
这是我们需要研究的问题， 需要进行实际比较。
那么，这是 将要实现的，
或者我们需要 执行这些测试，
并且进行比较，我们 说它是一一对应的比较。
我们不知道一个 控制执行的功能，
另一个控制 特别高效，
那么这不是 真正的比较。
这就是我不确定 真正的答案的原因。
还有人有 其他问题吗？
好的，有人提出了一个问题。
在放电期间会进行 电池单元平衡吗？
不会。
基本而言，对于电池单元平衡， 我们必须要了解的一点是，
它不是一次性的事件。
并不是说，我们遇到了不平衡， 然后经过一个周期，我们
完全纠正了 该不匹配情况。
它更多地是在充电 期间发生的事件。
[听不清]，我会回到 这个问题上来，
但是，它更倾向于 在多个周期上发生。
因为
我们可以做的事情 --
可以通过对电池单元 不平衡进行过度校正
来实现它 --
我们可以通过 I 因素 使其 [听不清]，从而实现它。
但我不建议这么做， 因为我们执行的
电池单元平衡越多，如果 我们做得过度，我们可能
使电池单元老化的程度就越大。
这就是我们宁愿更多地 使用较小的电流并通过
较长的时间来 实现它的原因，
可以更好地实现 电池单元匹配。
此外，在 [? 绕组 ?] 应用 [? 环境 ?] 中，在充电期间，
我们通常具有比 放电期间更低的电流，
在此期间，我们 具有更佳的电池
单元平衡效果。
此外，最重要的是， 电池单元平衡基本上
会对电池单元进行放电， 无论发生什么情况都是如此。
因此，这意味着，如果 我们正处于充电期间，
我们可能会增加几分钟 --
而不是很多时间，但会 增加一点充电时间。
但是，在充电期间， 这并不重要，
因为充电器 会多连接
几分钟。
在放电期间，这 意味着会直接
影响运行时间。
这意味着，对于无人机， 如果我们尝试实际对
电池单元进行放电，那么 电池组的总体运行时间
甚至会更短。
那么，这就是我们不在放电期间 执行电池单元平衡的原因。
我们有时会根据 平衡的算法来
执行它。
可以在空闲时 完成它，
但最佳时机是 在充电期间执行它。
似乎没有 其他问题了。
那么，今天的网络 研讨会到此结束。
我要感谢 Kristen 和 Kevin 进行了
精彩的演示。
我还要对每一位 参与者表示感谢。
谢谢。
谢谢。
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视频简介
网络研讨会：如何延长四轴飞行器和工业无人机的飞行时间和电池寿命
所属课程：SimpleLink™Sub-1 GHz传感器到云端
发布时间：2019.03.11
视频集数：2
本节视频时长：00:56:45
增加飞行时间的障碍是转动无人机螺旋桨的效率低下。 加入Kristen和Kevin讨论无人机电子速度控制器（ESC）的解决方案，这将有助于制造商创建具有更长飞行时间和更平稳，更稳定性能的无人机。 在本次会议中，设计人员可以学习如何为任何现有的无人机设计添加测量，保护，平衡和充电功能，以缩短飞行时间。
未学习 网络研讨会：如何延长四轴飞行器和工业无人机的飞行时间和电池寿命
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