（原創(chuàng)AlexRice）

你是否遇到過，你裝好一臺(tái)穿越機(jī)，將Betaflight里的一切參數(shù)設(shè)置就緒，興沖沖地拎著嶄新的飛機(jī)去外場(chǎng)試飛，卻在某一次猛烈的打桿操作后，飛機(jī)開始死亡翻滾并最終炸機(jī)？

你是否遇見過，平飛的時(shí)候還好好的，而在做倒帶動(dòng)作時(shí)，伴隨著劇烈的油門變化，飛機(jī)像一腳踩空了似的猛烈一抽，再恢復(fù)正常？

......

如果你仔細(xì)觀察黑匣子記錄，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)在這些問題發(fā)生的時(shí)刻，某一個(gè)或者多個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)曲線快速升高至100%，然而陀螺儀記錄的飛機(jī)姿態(tài)變化卻表明了電機(jī)的轉(zhuǎn)速并沒有如飛控所指示的那樣增加，而是突然降為零。停轉(zhuǎn)電機(jī)上的螺旋槳也停止了提供升力和角動(dòng)量，而其他正常的電機(jī)依舊依舊正常提供升力與角動(dòng)量，這使得飛機(jī)整體受到的合力發(fā)生劇烈的、不受控制的變化，飛機(jī)姿態(tài)無法維持對(duì)遙控信號(hào)的PID跟隨，從而導(dǎo)致劇烈的抽搐與失控。

這些現(xiàn)象，都被老玩家們稱之為“電機(jī)失步（Desync）”，他們會(huì)告訴你，拉高電機(jī)進(jìn)角（Motor Timing）、開高退磁補(bǔ)償（Demag Compensation）、升高或降低PWM驅(qū)動(dòng)頻率和加速功率（Rampup Power）......

然而更多的時(shí)候，他們會(huì)將其歸結(jié)于玄學(xué)，并推薦你更換電調(diào)或者電機(jī)。

但是為什么？為什么有的電機(jī)只需要拉高進(jìn)角失步現(xiàn)象就消失了？為什么有的又要降低啟動(dòng)功率？為什么有的還要開48k 96k 128k的PWM刷新率？為什么有的電機(jī)就非得換電調(diào)不可？退磁補(bǔ)償又是怎么“解決”失步問題的？

Back EMF 反向電動(dòng)勢(shì)

眾所周知，我們穿越機(jī)使用的電機(jī)多為 無感直流無刷電機(jī)（sensorless BLDC），而這種電機(jī)的正常轉(zhuǎn)動(dòng)，依賴于電子調(diào)速器解算反向電動(dòng)勢(shì)（Back EMF），估得轉(zhuǎn)子位置從而按正確的時(shí)序開關(guān)多相線圈。而反向電動(dòng)勢(shì)的大小依賴于轉(zhuǎn)速的大小，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，反向電動(dòng)勢(shì)就小，而穿越機(jī)復(fù)雜的工況決定了線圈中的電流電壓必然不純凈。當(dāng)反向電動(dòng)勢(shì)夾雜著大量的噪音導(dǎo)致反向電動(dòng)勢(shì)的信噪比小于一個(gè)閾值時(shí)，電調(diào)就不能正確地估算出轉(zhuǎn)子的位置。轉(zhuǎn)子位置估測(cè)不準(zhǔn)，則多相線圈開關(guān)速度就會(huì)和轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同，導(dǎo)致失去同步，表現(xiàn)為電機(jī)抽搐或停轉(zhuǎn)。

以下是幾種解決方法和其對(duì)應(yīng)的失步產(chǎn)生的原因：

Rampup Power 加速功率

降低加速功率，則是一種增加反向電動(dòng)勢(shì)的信噪比的嘗試。它將限制低轉(zhuǎn)速加速時(shí)或啟動(dòng)過程中所允許的最大功率，從而抑制快速增加油門時(shí)線圈中的電壓尖峰和電流尖峰所產(chǎn)生的噪音，以便于提升電調(diào)檢測(cè)反向電動(dòng)勢(shì)的準(zhǔn)確度。

然而，降低加速功率會(huì)降低電機(jī)用于改變轉(zhuǎn)速的扭矩，使電機(jī)改變轉(zhuǎn)速所需要花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，導(dǎo)致電機(jī)響應(yīng)變慢，飛行手感不跟手。如果一個(gè)公認(rèn)品質(zhì)非常好的電機(jī)（如Tmotor的F系列、致盈動(dòng)力的GTS系列等）不得不用這種方式才能正常工作，那么就得考慮是否是電調(diào)品質(zhì)有問題了。電調(diào)本身對(duì)電壓尖峰和電流尖峰的濾波能力過于羸弱也是這種失步發(fā)生的原因之一。

舉個(gè)例子，AIO發(fā)生失步的概率比飛塔高，其一個(gè)原因就在于AIO飛控所有的零部件都局限于25.5x25.5mm（對(duì)角安裝孔位，實(shí)際面積略大，下同）的雙面PCB板上，其放置濾波電容的空間很小，不足以對(duì)電壓尖峰和電流尖峰產(chǎn)生的噪音形成足夠的抑制。

而飛塔會(huì)有單獨(dú)的一整塊20x20甚至30.5x30.5的雙面PCB板放置電調(diào)的所有的功率器件，可以安裝更多的電容對(duì)噪音形成足夠的抑制。比如Foxeer的Reaper系列電調(diào)和Holybro的Tekko F4系列電調(diào)，其背部密密麻麻的電容和優(yōu)化過的電路設(shè)計(jì)能夠?qū)⒋祟愂Р桨l(fā)生的概率降至最低，飛手們也普遍反映這些電調(diào)就是穩(wěn)。

此外，靠近電調(diào)安裝低內(nèi)阻的濾波電容，也可以提升電調(diào)抑制電壓尖峰和電流尖峰所產(chǎn)生的噪音的能力，減少失步發(fā)生的可能性。

Motor timing 電機(jī)進(jìn)角

在無刷直流電機(jī)BLDC控制里，因?yàn)殡姍C(jī)線圈是感性負(fù)載，所以相對(duì)于線圈上的加載電壓，線圈里的電流會(huì)有一定的時(shí)延，從而影響電機(jī)的效率和產(chǎn)生電氣噪音。這些噪音同樣也會(huì)影響到電調(diào)檢測(cè)反向電動(dòng)勢(shì)的準(zhǔn)確度，這個(gè)時(shí)候就會(huì)用到Lead Angle，即超前角/導(dǎo)通角。

電調(diào)會(huì)根據(jù)給定的超前角，在換相之前提前開始對(duì)下一相線圈進(jìn)行通電，使加載電壓和實(shí)際電流同相，在轉(zhuǎn)子磁極到定子線圈之前就完成對(duì)線圈的激勵(lì)，即使是對(duì)轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)不夠準(zhǔn)確，也能成功驅(qū)動(dòng)電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這么做即能增加電機(jī)效率和減少電氣噪音，也能避免因反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)不準(zhǔn)而產(chǎn)生的失步。

在BLheli32中，這個(gè)控制超前角的參數(shù)被稱之為電機(jī)進(jìn)角，大多數(shù)電調(diào)所默認(rèn)的16度對(duì)大部分電機(jī)而言是適用的。然而對(duì)一些運(yùn)行在6s電壓下（22.8-26.1V）、高KV值（2700-3100）的高轉(zhuǎn)速小電機(jī)（1404-2203.5)來說，16度進(jìn)角是不夠的。這種情況可以先嘗試使用自動(dòng)進(jìn)角，但是自動(dòng)進(jìn)角的算法追求的是效率，它會(huì)實(shí)時(shí)計(jì)算出一個(gè)盡可能低的進(jìn)角來阻止失步的發(fā)生，然而在一些情況下，電機(jī)進(jìn)角的計(jì)算會(huì)出現(xiàn)問題，錯(cuò)誤的進(jìn)角仍然不能消除失步的可能性。此時(shí)再將電機(jī)進(jìn)角拉到固定的30度觀察問題是否有改善。

Demag Compensation 退磁補(bǔ)償

退磁補(bǔ)償旨在防止電調(diào)換向/整流后因線圈退磁時(shí)間過長(zhǎng)而導(dǎo)致的電機(jī)失步。這種失步的典型表現(xiàn)為低轉(zhuǎn)速突然加大油門時(shí)引發(fā)電機(jī)停轉(zhuǎn)或卡頓。

首先，它會(huì)檢測(cè)退磁情況發(fā)生。當(dāng)檢測(cè)到退磁時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，電調(diào)會(huì)嘗試根據(jù)一個(gè)預(yù)估的進(jìn)角值進(jìn)行換相/整流。此外，電機(jī)的動(dòng)力會(huì)在下一次換向/整流前被切斷，然后電調(diào)會(huì)計(jì)算出一個(gè)表明退磁嚴(yán)重程度的度量標(biāo)準(zhǔn)。退磁程度越嚴(yán)重，則被切斷的動(dòng)力越多。退磁補(bǔ)償設(shè)置為“關(guān)閉”時(shí)，則任何時(shí)候電機(jī)動(dòng)力都不會(huì)被切斷。設(shè)置為“低”或“高”時(shí)，動(dòng)力都會(huì)被切斷。差異在于，設(shè)置為“高”時(shí)，電調(diào)對(duì)退磁情況的敏感程度更高，電機(jī)動(dòng)力切斷得也更加迅速。 一般說來，高退磁補(bǔ)償參數(shù)可提供更好的失步保護(hù)。但是，退磁補(bǔ)償值設(shè)置得太高，電機(jī)的最大功率也會(huì)一定程度地受到削減。

此外，最新的BLheli32固件測(cè)試版本32.83，增加了“非常高”級(jí)別的退磁補(bǔ)償，這是因?yàn)槟承╇姍C(jī)制造廠商傾向于制造一些更加暴力的電機(jī)，采用多股繞線技術(shù)繞更多的線圈，設(shè)計(jì)更高的kv值，導(dǎo)致更大的電感，更長(zhǎng)的退磁時(shí)間，（此處點(diǎn)名Tmotor F2203.5 2850kv）這些都推高了電機(jī)失步保護(hù)所需要的退磁補(bǔ)償。

PWM Frequency 脈沖寬度調(diào)制頻率

電調(diào)使用脈沖寬度調(diào)制來擬合控制無刷電機(jī)的所需要的方波/梯形波電流，而脈沖寬度調(diào)制的頻率決定了在低轉(zhuǎn)速的扭矩和轉(zhuǎn)速變化的平滑程度。當(dāng)PWM頻率過高時(shí)候，線圈在低轉(zhuǎn)速提供的扭矩可能不足以推動(dòng)較重的轉(zhuǎn)子和槳葉負(fù)載繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而造成電機(jī)啟動(dòng)慢一拍，卡頓與抽搐；而當(dāng)PWM頻率過低的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化不夠平滑，又會(huì)引起反向電動(dòng)勢(shì)劇烈變化，轉(zhuǎn)子位置估測(cè)不準(zhǔn)，失步。

舉個(gè)例子，Tmotor P2505配上曼巴65A 128k，默認(rèn)電調(diào)設(shè)置失步直接死亡翻滾炸雞。而我將退磁補(bǔ)償拉到高、最高和最低PWM刷新率全部設(shè)置為128k之后，失步的程度減輕至僅在低油門快速變化至高油門時(shí)失步且能自主恢復(fù)，后續(xù)我降低了啟動(dòng)功率但是失步的情況并沒有進(jìn)一步改善。

直到今年一月份，BLheli32電調(diào)固件釋出了32.83測(cè)試版，我抱著死馬當(dāng)活馬醫(yī)的心態(tài)刷了上去，并打開了這次更新主推的功能：基于轉(zhuǎn)速的可變頻率PWM。這次我終于徹底地掙脫了失步的夢(mèng)魘，同時(shí)享受到了128k的如德芙般絲滑的油門變化，和P2505強(qiáng)勁的低轉(zhuǎn)速扭矩所帶來的無與倫比操控感～

Dead Time 死區(qū)時(shí)間與電機(jī)的匹配

互補(bǔ) PWM（在blheli中被稱為“damped light”）是指在 PWM周期的 OFF 階段時(shí)，不關(guān)閉所有MOS管并讓轉(zhuǎn)子滑行，而是打開 MOS管，從而導(dǎo)致兩個(gè)電機(jī)線圈端部短路。如果你曾經(jīng)使用過無刷電機(jī)并將兩根電線連接在一起并嘗試使其旋轉(zhuǎn)，你會(huì)看到會(huì)發(fā)生什么：轉(zhuǎn)子被制動(dòng)。

這就是大多數(shù)典型的穿越機(jī)電調(diào)使用的互補(bǔ)PWM技術(shù) ，這可以提供非?？焖俚碾姍C(jī)減速并消除穿越機(jī)飛行的“漂浮感”。電機(jī)在除死區(qū)時(shí)間之外的任何時(shí)間點(diǎn)都在被驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)?；パa(bǔ) PWM 對(duì)電機(jī)的 RPM 曲線也有很大影響。它將使其變得相當(dāng)線性，因?yàn)樗尿?qū)動(dòng)制動(dòng)比隨油門線性變化。

死區(qū)時(shí)間，是指在關(guān)閉驅(qū)動(dòng) MOSFET 之后，在開啟制動(dòng)的互補(bǔ) MOSFET 之前，讓 MOSFET 做出反應(yīng)所需要的時(shí)間，這是為了避免橋的上下 MOSFET 同時(shí)開啟導(dǎo)致電流擊穿的可能性。在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)子將滑行直至制動(dòng)MOS管開啟。

死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)度隨著PWM頻率的增長(zhǎng)而增加。

而隨著死區(qū)時(shí)間變長(zhǎng)，電調(diào)對(duì)電機(jī)加速能力與制動(dòng)能力都會(huì)受到一定程度的削弱。

對(duì)于超高轉(zhuǎn)速的小電機(jī)（0802-1204）而言，即使是在低轉(zhuǎn)速下，風(fēng)阻仍然是其制動(dòng)力的主要來源，提高PWM刷新率會(huì)使其在0-99油門內(nèi)推力變化更加平滑，飛行效率更高，相比于其損失的一點(diǎn)點(diǎn)加速制動(dòng)能力而言是十分劃算的。

對(duì)于這些高轉(zhuǎn)速或超小型的電機(jī)而言，電調(diào)剎車的功能有時(shí)候會(huì)過沖，其制動(dòng)電流和風(fēng)阻會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這種失步常表現(xiàn)為一些軸距在2寸以下的穿越機(jī)做劇烈的動(dòng)作結(jié)束后發(fā)生的抽動(dòng)。而遇到這種情況時(shí)，除了將PWM刷新率拉高以外，還可以嘗試關(guān)閉電調(diào)的剎車功能（在BLheli32中，開啟Non Damped Mode以關(guān)閉剎車功能）。

而對(duì)于那些低轉(zhuǎn)速的大電機(jī)而言，死區(qū)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)嚴(yán)重影響到他們的響應(yīng)速度，極端情況會(huì)出現(xiàn)解鎖啟動(dòng)時(shí)和加速時(shí)的卡頓（前面曼巴128k配P2505的例子），解決方法也是很簡(jiǎn)單，避免使用過高的PWM刷新率，或者使用32.83的動(dòng)態(tài)刷新率功能（最低-By RPM）。

總結(jié)

電機(jī)失步，它像是沒有弱點(diǎn)的兇獸，是世界無情一面的體現(xiàn)，令我恐懼。

而飛手也會(huì)因此失去勇氣。

飛手失去勇氣便無法飛翔。

我不再飛行，而是做起更大更遠(yuǎn)的夢(mèng)。

人類發(fā)明工具，征服自然。

又因?yàn)楸蛔匀徽鞣l(fā)明更好的工具。

雙腿不能抵達(dá)，就用工具代替。

工具無法做到，還可以借助羽翼。

親愛的朋友，我將這未完成的羽翼留給了你們。

人類在未知面前凝為一體，只要活著，終將抵達(dá)所有可見之地。

在我們之中，在你們的子女、學(xué)生、朋友之中，

必有一人，能夠抵達(dá)。

攀爬的人，試圖抵達(dá)未知的高峰。

執(zhí)著的人，愿將意志傳遞給未來。