电子速度控制

电子速度控制跟随速度参考信号(来自油门杆、操纵杆或其他手动输入)，并改变场效应晶体管(FETs)网络的开关速率。^[1] 通过调整晶体管的占空比或开关频率，改变电机的速度。晶体管的快速切换导致电机本身发出其特有的高音啸叫，在低速时尤其明显。

有刷直流电机和无刷直流电机需要不同类型的速度控制。有刷电机可以通过改变电枢上的电压来控制速度。(在工业上，用电磁场绕组代替永磁体的电机也可以通过调节电机磁场电流的强度来控制其速度。)无刷电机的工作原理不同。电机的速度通过调节输送到电动机几个绕组的电流脉冲的时序来改变。

无刷电子速度控制系统基本上产生三相交流电源，如在变频驱动中，以运行无刷电机。与传统的有刷电机相比，无刷电机因其效率、功率、寿命和重量轻而受到遥控飞机爱好者的欢迎。无刷交流电机控制器比有刷电机控制器复杂得多。^[2]

正确的相位随电机旋转位置而变化，电子速度控制系统将考虑到这一点:通常使用电机的反电动势检测旋转位置，但也存在使用磁(霍尔效应)或光检测器的电机。计算机可编程速度控制器通常具有用户指定的选项，允许设置低压截止极限、正时、加速度、制动和旋转方向。也可以通过将电子速度控制系统的三根导线中的任意两根切换到电机来实现电机方向的反转。

电子速度控制系统通常根据最大电流进行额定，例如25安培或25A。通常，额定电流越高，电子速度控制系统越大越重，这是计算飞机质量和平衡性时的一个因素。许多现代ESC支持镍金属氢化物、锂离子聚合物和磷酸铁锂电池，具有一系列输入和截止电压。当选择电池消除器电路(BEC)时，无论是内置在控制器中还是作为独立单元，电池类型和连接的电池数量都是一个重要的考虑因素。如果使用线性电压调节器，连接的电池数量越多，额定功率越低，因此集成BEC支持的伺服系统数量越少。使用开关调节器的设计良好的BEC不应有类似的限制。

3.1 电动汽车

大电流电子速度控制系统用于电动汽车，如日产聆风、特斯拉Roadster (2008)、Model S、Model X、Model3和雪佛兰Bolt。能量消耗通常以千瓦为单位(例如，日产聆风使用80千瓦的电机，产生210英尺磅的扭矩)。大多数大规模生产的电动汽车都配备了电子速度控制系统，当汽车滑行或刹车时，该系统可以捕捉能量，使用电动机作为发电机，使汽车减速。捕获的能量用于给电池充电，从而增加汽车的续航里程(这被称为再生制动)。在一些车辆中，例如特斯拉生产的车辆，这可以被用来如此有效地减速，以至于汽车的传统制动器仅在非常低的速度下需要(电机制动效果随着速度的降低而降低)。在其他车型中，如日产聆风，滑行时只有轻微的“阻力”效应，电子速度控制系统与传统制动器协同工作并捕获能量，使汽车停止。

大规模生产的电动汽车中使用的电子速度控制系统通常具有换向能力，允许电机双向运行。汽车可能只有一个挡位，而马达只需要简单地向相反的方向运转就能使汽车反向行驶。一些配有直流电机的电动汽车也有这个特点，使用一个电气开关来反转电机的方向，但另一些则始终以相同的方向运行电机，并使用传统的手动或自动变速器来反转方向(通常这比较容易，因为用于改装的车辆已经有变速器，而电机只是简单地安装在原发动机的位置上)。

3.2 电动自行车

电动自行车应用中使用的电机需要高初始扭矩，因此使用霍尔传感器换向并进行速度测量。电动自行车控制器通常使用制动专用传感器、踏板旋转传感器，并提供电位计可调的电机速度、用于精确调速的闭环速度控制、过压、过流和热保护的保护逻辑。有时踏板扭矩传感器用于实现与施加扭矩成比例的电机辅助，有时为再生制动提供支持，但制动不频繁，自行车质量低限制了回收的能量。^[3]

自动变速系统可能出现在自行车电动转换套件的部件列表中，这意味着踏板辅助传感器或脉冲踏板辅助传感器。脉冲通常来自测量曲柄转速的磁体和传感器。脚下可能有踏板压力传感器，但并不常见。^[4]

电子速度控制系统可以是一个独立的单元，它可以插入接收器的油门控制通道，也可以集成到接收器本身，就像大多数玩具级遥控车辆一样。一些研发中心制造商在他们的入门级车辆、船只或飞机上安装专有的爱好级电子设备，他们使用机载电子设备，将两者结合在一个电路板上。

遥控模型车辆的电子速度控制装置可以包括一个免电池电路来调节接收器的电压，从而消除了对单独的接收器电池的需求。调节器可以是线性或开关模式。从更广的意义上说，电子速度控制系统是电动机的脉宽调制控制器。电子速度控制系统通常接受标称的50赫兹脉宽调制伺服输入信号，其脉冲宽度从1毫秒到2毫秒不等。当以50赫兹提供1毫秒宽度的脉冲时，电子速度控制系统通过关闭与其输出相连的电机来响应。1.5毫秒的脉宽输入信号以大约一半的速度驱动电机。当出现2.0 ms输入信号时，电机全速运行。

4.1 汽车

专为汽车运动设计的电子速度控制系统通常具有倒车功能；较新的运动控制可以覆盖倒车能力，因此不能在比赛中使用。专为赛车设计的控制装置，甚至一些运动控制装置都具有动态制动能力的额外优势。电子速度控制系统通过在电枢上施加电负载来迫使电机充当发电机。这反过来使得电枢更难转动，从而减慢或停止模型。一些控制器增加了再生制动的好处。

4.2 直升机

为无线电控制直升机设计的电子速度控制系统不需要制动功能(因为单向轴承无论如何会使其无用)，也不需要反向(尽管这很有帮助，因为一旦安装，电机电线通常很难接近和更换)。

许多高端直升机电子速度控制系统提供了一种“调速器模式”，将电机转速固定在一个设定的速度，大大有助于CCPM的飞行。它也用于四轴飞行器。

4.3 飞机

为无线电控制飞机设计的电子速度控制系统通常包含一些安全特性。如果来自电池的功率不足以继续运行电动机，电子速度控制系统将减少或切断电动机的功率，同时允许继续使用副翼、方向舵和升降舵功能。这允许飞行员保持对飞机滑行或以低功率安全飞行的控制。

4.4 船

为船只设计的电子速度控制系统必然是防水的。水密结构与非船用ESC有很大的不同，它有一个更密集的空气捕集箱。因此，需要有效冷却电机和电子速度控制系统，以防止快速故障。大多数船用ESC由电机运行的循环水或传动轴输出附近的螺旋桨负压冷却。像汽车电子速度控制系统一样，船电子速度控制系统也有制动和倒车功能。

4.5 四轴飞行器

电子速度控制器(ESC)是现代四旋翼飞行器(以及所有多旋翼飞行器)的重要组成部分，它以极其紧凑的微型封装为电机提供高功率、高频、高分辨率的三相交流电源。这些飞行器完全依赖驱动螺旋桨的马达的变速。电机/螺旋桨速度的这种大范围变化和精细的转速控制为四旋翼飞机(和所有多旋翼飞机)的飞行提供了所有必要的控制。

与大多数其他遥控应用中使用的标准50 Hz信号相比，四轴遥控电子速度控制器通常可以使用更快的更新速率。除了脉宽调制之外的多种电子速度控制协议用于现代无人机，包括Oneshot42、Oneshot125、Multishot和DShot。DShot是一种数字协议，与经典模拟控制相比，它具有某些优势，例如更高的分辨率、CRC校验和以及无振荡器漂移(无需校准)。现代电子速度控制系统协议可以以37.5千赫兹或更高的速度通信，DSHOT2400帧只需6.5微秒。^[5][6]

大多数现代电子速度控制系统包含一个微控制器，理解输入信号，并使用内置程序或固件适当控制电机。在某些情况下，可以将工厂内置固件更改为替代的、公开可用的开源固件。这样做通常是为了使电子速度控制适应特定的应用。有些ESC是工厂制造的，具有用户可升级固件的能力。其他需要程序员紧密配合。