FC (skrydžio kontroleris) + ESC (greičio reguliatorius) rinkinys – tai drono elektroninė širdis: FC nuskaito jutiklius ir apskaičiuoja korekcijas, o ESC gauna šias komandas ir valdo keturis variklius, keisdamas jų greitį tūkstančius kartų per sekundę. Abi plokštės parduodamos sukrautos viena ant kitos, nes jos nuolat komunikuoja tarpusavyje, o jų sulituotos kartu montavimas ir laidų vedimas tampa paprastesni. Renkantis svarbu atkreipti dėmesį į tris dalykus: ESC amperažas turi padengti realų variklių energijos suvartojimą su atsarga, FC ir ESC komunikacijos protokolas turi būti naujesnis DShot, kad būtų užtikrintas tikslumas ir RPM filtravimas, o fizinis formatas (plokštės dydis, skylių išdėstymas, rinkinio aukštis) turi atitikti rėmą. Likusieji dalykai – programinės parinktys ir papildomos funkcijos – yra antraeiliai.
FC ir ESC: dvi plokštės, viena užduotis
FC (skrydžio kontroleris) yra smegenys: giroskopas, akselerometras, dažnai ir barometras ar magnetometras, plius programinė įranga (FPV lenktynėse/freestyle daugeliu atvejų – Betaflight), kuri vykdo PID kilpas. Ji gauna komandas iš radijo siųstuvo, nuskaito drono padėtį per IMU jutiklį ir apskaičiuoja keturias variklių valdymo reikšmes, kurias siunčia į ESC.
ESC (elektroninis greičio reguliatorius) gauna šias keturias komandas ir paverčia jas trifaziu signalu, kuris suka kiekvieną beketį variklį reikiamu greičiu. Tai galios, o ne skaičiavimų darbas: ESC viduje yra MOSFET tranzistoriai (FET), perjungiantys srovę iš baterijos į variklio apvijas, bei nedidelis mikrovaldiklis, valdantis šį perjungimą.
Kodėl jos parduodamos sukrautos viena ant kitos
Anksčiau buvo montuojama viena FC ir keturi atskiri ESC, sujungti laidais. Tai vis dar veikia, ypač individualiuose sprendimuose ar ilgo nuotolio (long-range) sistemose, tačiau klasikiniam lenktyniniam/freestyle kvadrokopteriui rinkinys (4-in-1 ESC su FC arba kartais AIO su FC+ESC+PDB vienoje plokštėje) sumažina laidų svorį, litavimo taškų skaičių ir įtampos nuostolius linijoje. Trūkumas: jei sudega vienas FET 4-in-1 ESC plokštėje, dažniausiai tenka keisti visą plokštę, o su atskirais ESC pakeičiamas tik vienas variklis. Varžybiniam kvadrokopteriui, patiriančiam smūgius, tai gali būti diskusijų objektas; pirmajam kvadrokopteriui rinkinys yra paprastesnis montuoti ir taisyti.
Amperažas: reikšmė, kuri apsaugo ESC nuo sudegimo
ESC nurodytas amperažas (pavyzdžiui, 35A, 45A, 60A vienai variklio linijai) beveik visada yra nuolatinė srovė, kartais atskirai nurodant kelių sekundžių trukmės pikinę vertę. Klasikinė spąstai: pasirinkti pigiausią ESC, kuris maždaug atitinka variklio dydį, nepasižiūrėjus į realų suvartojimą pilnos apkrovos metu.
Kaip įvertinti reikiamą srovę
- Klasikinis 5 colių freestyle variklis įprastai traukia tarp 20 ir 30A piko metu su agresyviu trijų mentelių sraigtu, mažiau – kreiseriniame skrydyje.
- Kuo didesnis sraigtas ar didesnis žingsnis (pitch), tuo labiau kyla srovės poreikis kylant ir „punch-out“ metu, nepriklausomai nuo variklio dydžio.
- LiPo baterija su daugiau celių (6S vs 4S) suka tą patį variklį naudojant mažiau amperų tai pačiai galiai gauti, kas elektriškai palengvina ESC darbą, tačiau reikalauja, kad kondensatoriai atlaikytų didesnę maksimalią įtampą.
- Aktyvus freestyle skrydis ir „drop“ manevrai apkrauna ESC trumpais ir pasikartojančiais pikais, kas terminiu požiūriu yra sudėtingiau nei nuolatinis kreiserinis skrydis.
Praktikoje veikianti atsarga: siekti ESC, kurio nuolatinė srovė viršija realų numatomą variklio suvartojimą maždaug 20–30%, o ne variklio gamintojo nurodytą pikinę vertę, kuri dažnai būna pernelyg optimistiška. Per mažas dydis – tiesiausias kelias į FET, kuris nutrūksta skrydžio metu, dažniausiai ant labiausiai dirbančio variklio (dažnai to, kuris kompensuoja nedidelį drono disbalansą).
Kas sugenda pirmiausia
ESC, kuris per ilgai perkaista, pirmiausia sudega galios FET tranzistoriai, po jų – maži keraminiai atskyrimo kondensatoriai, jei įtampos pikai nėra tinkamai amortizuojami. Sudeginto kanalo ESC dažnai pasireiškia tuo, kad variklis nebeužsiveda arba vibruoja nesisukdamas tolygiai, o kiti trys veikia normaliai: tai klasikinis mirusio FET simptomas tame kanale.
Protokolas tarp FC ir ESC: DShot, o visa kita – pasenę sprendimai
Protokolas – tai būdas, kuriuo FC „kalba“ su ESC, nurodydama, kokiu greičiu suktis. Čia nereikia komplikuotis: šiuolaikiniame rinkinyje šis pasirinkimas nustatomas ESC ir FC programinėje įrangoje, o ne per atskirą perkamą komponentą.
Pagrindinės šeimos
| Protokolas | Tipas | Ką svarbu žinoti |
|---|---|---|
| Standartinis PWM | Analoginis, senas | Vis dar naudojamas kai kuriuose pigesniuose ESC arba ne lenktynėms skirtose sistemose; prasta delsa ir raiška |
| Oneshot / Multishot | Greitas analoginis | Istorinis tarpinis etapas, beveik nebenaudojamas naujoje įrangoje |
| DShot150 / 300 | Skaitmeninis | Patikimas, pakankamas daugeliui naudojimo atvejų, lėtesnis nei DShot600 |
| DShot600 / 1200 | Greitas skaitmeninis | Dabartinis standartas lenktynėse/freestyle, būtinas dinaminiam RPM filtravimui |
Praktikoje, šiandien perkamame rinkinyje DShot600 yra numatytasis nustatymas, tinkantis beveik visiems projektams. DShot1200 duoda pastebimą naudą tik itin aukšto lygio konfigūracijose su labai greitomis PID kilpomis; tai neturėtų būti kriterijus, lemiantis pirkimo pasirinkimą.
ESC programinė įranga: BLHeli_S, BLHeli_32, AM32
ESC veikianti programinė įranga lemia turimas funkcijas: dvikryptis (bidirectional) DShot (būtinas dinaminiam RPM filtravimui Betaflight sistemoje, kuris gerokai sumažina triukšmą ir leidžia naudoti agresyvesnius PID nustatymus, neverčiant variklių „staugti“), variklio srovės telemetrija, terminė apsauga. BLHeli_32 ir AM32 (pastarasis – atviro kodo, vis populiarėjantis) tinkamai palaiko dvikryptį DShot; senesni pigūs BLHeli_S ESC šią funkciją palaiko prastai arba visai nepalaiko, priklausomai nuo versijos. Tai svarbu patikrinti prieš perkant, jei RPM filtravimas yra tikslas – iš tikrųjų svarbiau nei pasirinkimas tarp DShot600 ir 1200.
Fizinis montavimas: formatas, skylės, rinkinio aukštis
Šiuo metu rinkoje dominuoja du dydžio standartai: 20x20mm (whoops ir maži kvadrokopteriai, siauras varžtų tarpas) ir 30.5×30.5mm (dažniausias 5 colių freestyle/lenktyniniuose dronuose). Taip pat pasitaiko 25.5×25.5mm tam tikruose tarpiniuose formatuose. Pirmasis žingsnis prieš perkant FC ir ESC atskirai (kai neperkamas jau sumontuotas rinkinys): patikrinti, ar abi plokštės naudoja tą patį varžtų tarpo standartą, kitaip jos tiesiog nesudėsi vienos ant kitos.
Sukrovimas ir tvirtinimas
- Rinkiniai tvirtinami naudojant standoffs (sriegines atramas, dažniausiai M3), kurios praeina per FC, ESC, o kartais ir kamerą/VTX, tarp dviejų rėmo plokštelių.
- Standoffs aukštis nustato tarpą tarp plokščių: jei per trumpas, viršutinėje plokštės pusėje sumontuoti komponentai (kondensatoriai, jungtys) liečiasi su viršuje esančia plokšte.
- Minkštas montavimas (soft-mount), naudojant silikonines ar guminės poveržles tarp plokščių, izoliuoja FC nuo variklių vibracijų ir žymiai pagerina giroskopo nuskaitymą, taigi ir skrydžio stabilumą. Standžiame rinkinyje be amortizacijos programinis filtravimas turi kompensuoti daugiau, o tai kainuoja delsą.
- Litavimo taškai (variklio, baterijos, VTX, kameros, garso signalizatoriaus laidai) turi likti pasiekiami sumontavus rinkinį: netinkamai išdėstytas taškas, verčiantis viską išardyti norint perlituoti variklio laidą, yra dažna pradedančiųjų montavimo klaida.
Baterijos jungtys
Dauguma rinkinio ESC turi kontaktinę aikštelę arba XT30/XT60 jungtį pagrindiniam maitinimui, atskirą nuo mažų signalo litavimo taškų tarp FC ir ESC (dažnai jau tiesiogiai sulituotų surinktuose rinkiniuose). Plug-and-play rinkinyje (FC ir ESC sujungti jungtimi, o ne tiesioginiu litavimu) montavimas greitesnis, tačiau atsiranda papildomas kontakto taškas, taigi ir prasto kontakto rizika stiprių vibracijų ar pasikartojančių kritimų atveju; tiesioginis litavimas ilgalaikėje perspektyvoje yra patikimesnis, tačiau reikalauja atlitavimo, jei reikia keisti rinkinio komponentą.
Viskas viename rinkinys ar atskiros plokštės: kas turi prasmę pradedant
Pirmam projektui ar standartiniam pakeitimui, sumontuotas FC + 4-in-1 ESC rinkinys (kartais su integruotu PDB, kartais net AIO su VTX) yra paprasčiausias pasirinkimas: mažiau litavimo, mažesnė laidų sujungimo klaidos rizika, tiesesnis remontas laikantis įprastų šio plokščių tipo gidų. Atskiri individualūs ESC yra prasmingi ilgo nuotolio (long-range) sistemoms, kur svarbus svoris vienam varikliui ir remontas dalimis, arba varžybose, kur norima galėti pakeisti vieną variklį/ESC po kritimo, neliečiant likusios sistemos. Tai nėra pasirinkimas, kurį verta daryti pirmajam kvadrokopteriui.
Dažnos klaidos ir kas nenaudinga pradiniame etape
- Pirkti gerokai per didelio amperažo ESC „ramybei dėl visa ko“: tai kainuoja brangiau, sveria daugiau ir nieko neduoda, jei variklis niekada netrauks tokios srovės.
- Nepaisyti ESC leidžiamos maksimalios įtampos, siekiant naudoti 6S, kai plokštė skirta 4S: kondensatoriai neatlaiko įtampos ir sugenda per pirmą staigų dujinimą.
- Rinktis DShot1200 arba pažangias programines parinktis dar prieš pasiekiant švarų skrydį su numatytaisiais nustatymais: tai prideda derinimo sudėtingumo be jokios naudos, kol likusi rinkinio dalis (montavimas, soft-mount, tvarkingas laidų sujungimas) nėra tvarkinga.
- Nepaisyti soft-mount, manant, kad FC programinis filtravimas viską kompensuos: per stipriai vibruojantis rinkinys sukuria giroskopo triukšmą, kurį net geras filtravimas kompensuoja tik aukojant reaktyvumą.
- Pamiršti patikrinti BLHeli_32/AM32 suderinamumą dėl dvikrypčio DShot, jei RPM filtravimas yra tikslas: pigus ESC be šio palaikymo apriboja galimus FC nustatymus, nepriklausomai nuo jame įdiegtos programinės įrangos.
Dažniausiai užduodami klausimai
Kuo skiriasi 4-in-1 ESC nuo keturių atskirų ESC?
4-in-1 sujungia keturis kanalus vienoje plokštėje, tai lengviau ir paprasčiau sujungti laidais. Atskiri ESC leidžia pakeisti tik vieną variklį gedimo atveju, nekeičiant visos plokštės, tačiau tai kainuoja daugiau litavimo darbų ir laidų svorio.
Ar visada verta rinktis DShot600 protokolą?
Taip, šiuolaikinėms lenktynėms/freestyle skrydžiams tai numatytasis nustatymas, tinkantis beveik visiems projektams. DShot1200 duoda naudą tik jau labai optimizuotose konfigūracijose, tai nėra prioritetinis kriterijus perkant.
Kaip sužinoti, ar ESC amperažas pakankamas mano varikliams?
Palyginti ESC nurodytą nuolatinę srovę su realiu variklio suvartojimu pilnos apkrovos metu su pasirinktu sraigtu, paliekant apie 20–30% atsargą, o ne pasikliauti variklio gamintojo nurodyta pikine verte.
Ar minkštas montavimas (soft-mount) tikrai naudingas?
Taip, jis sumažina į FC perduodamas vibracijas ir pagerina giroskopo nuskaitymą, kas palengvina programinio filtravimo darbą ir suteikia švaresnį skrydį su mažesne filtravimo sukelta delsa.
Ar galima derinti skirtingų dydžio standartų FC ir ESC?
Tik jei jie naudoja tą patį varžtų tarpą (dažniausiai 20×20 arba 30.5×30.5). Priešingu atveju reikės adapterių arba nestandartinio montavimo, kurio verta vengti pirmajame projekte.