ESC là gì?

ESC là một thiết bị chuyên dụng dùng để điều chỉnh và kiểm soát tốc độ vòng quay của động cơ máy bay không người lái. Thiết bị này đóng vai trò là cầu nối giao tiếp giữa bộ điều khiển và động cơ của máy bay không người lái.  Về bản chất, ESC là một bảng mạch công suất cao có chức năng diễn giải các lệnh từ bộ điều khiển bay và điều chỉnh tốc độ động cơ máy bay không người lái sao cho phù hợp. ESC được cấu thành từ một hệ thống đẩy nhằm xác định tốc độ quay của động cơ máy bay không người lái thông qua việc kiểm soát nguồn điện cung cấp cho nó.

Hình 1. Cấu trúc của bộ điều khiển tốc độ điện tử

Cấu trúc của một bộ điều khiển tốc độ điện tử được thể hiện như hình 1. Trong đó, mỗi ESC sử dụng nguồn từ pin để điều chỉnh tốc độ động cơ, nhằm đảm bảo chuyến bay ổn định. ESC có cấu trúc nhỏ gọn và được thiết kế để xử lý dòng điện cao, đáp ứng các yêu cầu vận hành khác nhau của máy bay không người lái.

Nguyên lý hoạt động của ESC trong động cơ máy bay không người lái

ESC là một thành phần quan trọng trong máy bay không người lái vì nó quản lý tốc độ và hướng của động cơ. Ban đầu, ESC nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển từ xa của máy bay không người lái. Những tín hiệu này thường là tín hiệu PWM, trong đó độ rộng xung thay đổi tương ứng với tốc độ mong muốn của động cơ.. Đối với động cơ DC không chổi than (BLDC), ESC có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành tín hiệu xoay chiều ba pha (AC). Việc chuyển đổi này rất quan trọng vì động cơ BLDC yêu cầu từ trường xoay để hoạt động, và từ trường đó được tạo ra bởi dòng điện xoay chiều ba pha.

Sau khi nhận được tín hiệu PWM, ESC quản lý việc chuyển mạch của động cơ máy bay không người lái bằng cách chuyển đổi chính xác hướng dòng điện giữa các cuộn dây trong động cơ. Việc chuyển đổi dòng điện này dựa trên việc phản hồi từ vòng quay của động cơ được cung cấp bởi các cảm biến back-EMF hoặc hall. Do đó, ESC điều khiển tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tín hiệu tần số và điện áp đầu ra. Tương tự, nó thay đổi hướng của động cơ bằng cách đảo ngược tín hiệu và cho máy bay không người lái thay đổi hướng một cách nhanh chóng.

Chức năng chính của ESC trong máy bay không người lái

Ngày nay, ESC đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống máy bay không người lái, đặc biệt trong việc quản lý và điều khiển động cơ để cho phép bay hoạt động ổn định. Một số chức năng chính của ESC trong máy bay không người lái có thể được liệt kê như:

• Điều chỉnh tốc độ: ESC đóng vai trò kiểm soát tốc độ động cơ máy bay không người lái, đảm bảo sự ổn định và phản ứng với lệnh định hướng.  Cùng với đó, ESC cho phép máy bay khoog người lái tăng tốc thông qua việc điều chỉnh chính xác dòng điện của nó.
• Phanh: Hiện nay, nhiều ESC có chức năng phanh  và điều khiển nhanh. Đối với máy bay không người lái, phanh giúp ổn định chuyến bay, đặc biệt là khi máy bay chuyển hướng gấp.
• Kiểm soát hướng: Đây là một tính năng quan trọng của máy bay không người lái, ESC có thể điều chỉnh hướng quay của động cơ máy bay không người lái. Tính năng này cho phép máy bay không người lái điều chỉnh vị trí giữa không trung và thực hiện các thao tác trên không phức tạp.
• Quản lý pin: ESC cũng theo dõi tình trạng pin và điều chỉnh phân phối điện giữa các động cơ một cách phù hợp. Hiện nay, một số ESC tiên tiến được trang bị bộ ngắt điện áp thấp để ngăn ngừa hư hỏng pin.
• Quản lý nhiệt: Để ngăn ngừa quá nhiệt, ESC cũng được trang bị cảm biến nhiệt nhằm theo dõi nhiệt độ bên trong, giảm công suất động cơ máy bay hoặc tắt máy nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng an toàn.

Các loại ESC được sử dụng trong drone

Ngày nay, mỗi máy bay không người lái lại sử dụng một loại ESC khác nhau, tương ứng với nhu cầu về hiệu suất và điều khiển của nó. Một số loại có thể kể đến như:

• ESC chổi than: Loại này được dùng cho động cơ DC chổi than với thiết kế đơn giản và có chuyển mạch cơ học. Tuy nhiên, ESC chổi than kém hiệu quả hơn và có công suất hạn chế so với ESC không chổi than.
• ESC không chổi than: Loại này được thiết kế cho động cơ DC không chổi than và thường được sử dụng trong máy bay không người lái tùy theo tuổi thọ và hiệu suất của chúng. ESC không chổi than sử dụng chuyển mạch điện tử và cho phép máy bay không người lái đạt được những chuyến bay ổn định với tốc độ cao.
• ESC cách ly quang: Các ESC này có tính năng cách ly quang học để bảo vệ bộ điều khiển bay khỏi nhiễu điện. Chúng lý tưởng cho máy bay không người lái cần điều khiển chính xác và tín hiệu ổn định, đặc biệt là trong các thiết lập công suất cao.
• ESC D-Shot: Đây là những ESC tiên tiến nhất sử dụng giao thức kỹ thuật số để chuyển mạch với bộ điều khiển bay nhằm đảm bảo thời gian phản hồi nhanh hơn và giảm nhiễu tín hiệu, mang lại khả năng điều khiển mượt mà và chính xác hơn.

ESCs nâng cao hiệu suất của máy bay không người lái

Như đã đề cập, ESC đóng một vai trò vô cùng quan trọng nhằm cải thiện hiệu quả và độ ổn định của máy bay không người lái. Trong đó, ESC cung cấp khả năng điều khiển chính xác và nhất quán cho từng động cơ máy bay không người lái. Đối với một ESC chất lượng cao có thể cho phép điều chỉnh chính xác tốc độ của động cơ, giúp nó phản ứng nhanh với các lệnh bay để đạt được tốc độ ổn định và thực hiện các thao tác một cách nhanh chóng. Tính năng này rất cần thiết cho máy bay không người với lái hiệu suất cao, nơi cần độ ổn định và khả năng phản hồi tốt.

Bên cạnh đó, ESC tiên tiến thường đi kèm với các tính năng như D-Shot và OneShot ESC giúp tăng cường khả năng kiểm soát và phản hồi của động cơ máy bay không người lái. D-shot và One-Shot là các giao thức truyền thông tốc độ cao giúp giảm khoảng cách truyền thông giữa bộ điều khiển bay và động cơ máy bay không người lái để có thể phản hồi nhanh. Các ESC tiên tiến này cũng cải thiện hiệu quả năng lượng bằng cách tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng, điều này rất cần thiết cho các chuyến bay dài. Bằng cách quản lý công suất của động cơ máy bay không người lái chính xác hơn, ESC giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng và tỏa nhiệt. Trong các nhiệm vụ trên không phức tạp như bay lơ lửng chính xác, thay đổi hướng nhanh và chụp ảnh trên không động, vai trò của ESC là không thể thiếu. Nó đảm bảo hiệu suất máy bay không người lái mượt mà, ổn định và hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

Kết luận

Nhìn chung, ESC là một phần không thể thiếu của hiệu suất động cơ máy bay không người lái nhằm cân bằng công suất, đảm bảo độ chính xác và độ ổn định để kiểm soát các chuyến bay. Từ việc điều chỉnh tốc độ cơ bản đến các tính năng tiên tiến như phanh chủ động, đo từ xa và các giao thức có thể lập trình, ESC giúp máy bay không người lái thực hiện các nhiệm vụ trên không phức tạp một cách dễ dàng. Khi công nghệ ESC phát triển, máy bay không người lái được kỳ vọng sẽ đạt được sự nhanh nhẹn, hiệu quả và khả năng phản ứng cao hơn nữa, mở ra những khả năng mới trong nhiều lĩnh vực, từ nhiếp ảnh đến kiểm tra công nghiệp.