Differences Between CAN and PWM in Drone Motor Control Protocols

ドローンモーター制御プロトコルにおけるCANとPWMの違い

ドローン モーター制御の分野では、CAN (コントローラー エリア ネットワーク) と PWM (パルス幅変調) の 2 つの通信プロトコルが普及しています。 各プロトコルには、異なる特徴、利点、および制限があります。 これらの違いを理解することは、特に農業用ドローンの厳しい環境において、さまざまな用途に適切なシステムを選択するために重要です。

CAN (コントローラーエリアネットワーク)

CAN は、信頼性の高い高速データ送信のために設計された堅牢なデジタル通信プロトコルです。 当初は自動車産業向けに開発されましたが、その後ドローン技術を含むさまざまな分野で広く採用されています。

CAN の技術原理:

  • デジタル通信: CAN は、ノイズを低減し信頼性を向上させるために 2 つの相補信号を送信する差動信号技術を使用します。
  • データ フレーム: データはフレーム単位で送信されます。フレームには、データ ペイロードだけでなく、アドレス指定情報、制御ビット、およびエラー検出ビットも含まれます。
  • エラー処理: CAN には、巡回冗長検査 (CRC) や確認応答スロットなど、エラーの検出と修正のためのメカニズムが組み込まれています。
  • マルチマスター: CAN はマルチマスター アーキテクチャをサポートしています。これは、どのノードでも中央コントローラーなしで通信を開始できることを意味します。

CAN の利点:

  1. デジタル通信: CAN はデータ伝送にデジタル信号を使用するため、モーターの正確かつ信頼性の高い制御が可能になります。 このデジタル的な性質により、指示が明確になり、間違いが起こりにくくなります。

  2. 高い耐干渉性: CAN のデジタル信号は電磁干渉 (EMI) に対する耐性が高く、電子ノイズが顕著な環境では重要です。

  3. 多機能データ送信: CAN は、モーターのスロットルを制御するだけでなく、モーター速度、温度、電流、その他の動作パラメーターを含む幅広いデータを送信できます。 この包括的なデータ送信により、高度な監視と診断がサポートされます。

  4. 閉ループ制御: CAN により閉ループ制御システムが有効になります。 モーターからのリアルタイムフィードバックを使用して制御パラメータを動的に調整し、安定した効率的な動作を保証します。

  5. エラー検出と修正: CAN には、通信の信頼性を高め、データ破損の可能性を減らすエラー検出と修正メカニズムが組み込まれています。

  6. 配線の複雑さの軽減: CAN を使用すると、複数のデバイスが単一のバス上で通信できるため、配線の複雑さと重量が軽減され、ドローン アプリケーションで有利になります。

PWM (パルス幅変調)

PWM は、パルスの幅を変化させてモーターの速度と方向を制御する、より単純なアナログベースの通信プロトコルです。 実装が簡単なため、広く使用されています。

PWM の技術原理:

  • アナログ制御: PWM はデジタル パルスの幅を変調し、モーターへのさまざまなレベルの電力をシミュレートします。 パルスの幅 (デューティ サイクル) によってモーターの速度が決まります。
  • 信号周波数: PWM 信号は通常、固定周波数で動作し、出力電圧と電流を制御するためにデューティ サイクルが調整されます。
  • デューティ サイクル: 信号がアクティブである 1 周期の割合。 デューティ サイクルが高いほど、出力が高く、モーター速度が速くなります。

PWM の利点:

  1. シンプルさ: PWM は実装と理解が比較的簡単で、基本的なモータ制御のニーズに対してコスト効率の高いソリューションとなります。

  2. 低コスト: PWM に必要なハードウェアは一般に CAN に比べて安価であるため、予算を重視するアプリケーションにとって魅力的な選択肢となります。

  3. 幅広い互換性: ほとんどのモーター コントローラーは PWM 信号をサポートしているため、幅広い互換性と統合の容易さが保証されます。

PWM のデメリット:

  1. 干渉の影響を受けやすい: アナログ信号として、PWM は電磁干渉の影響を受けやすく、信号の劣化やモーター制御の信頼性の低下につながる可能性があります。

  2. 制限された機能: PWM は主にモーターの速度と方向を制御しますが、モーターのステータスや動作パラメータなどの追加データの送信はサポートしません。

  3. 開ループ制御: PWM システムは通常、開ループ構成で動作し、リアルタイムのフィードバックが不足しているため、制御の精度が低くなり、安定性の問題が発生する可能性があります。

CAN を重視する理由?

最新のドローン アプリケーション、特に農業などの複雑で要求の厳しい環境では、PWM よりも CAN が重視されるのは、次のような重要な要因によるものです。

  1. 高精度と信頼性: CAN のデジタル特性により、安定した正確なパフォーマンスが必要なタスクに不可欠な高精度モーター制御が可能になります。

  2. 安定性の強化: RTK (リアルタイム運動学) 補正がない単一の GPS シナリオでも、CAN は安定した飛行を維持できます。 これは、CAN システムがさまざまなセンサー (IMU、気圧計、磁力計など) からのデータを統合して、モーター制御を動的に調整できるためです。

  3. 包括的なデータ処理: 包括的なデータ送信を処理する CAN の機能により、より適切な監視と診断が保証され、メンテナンスと運用効率の向上につながります。

  4. 過酷な環境における堅牢性: CAN は、EMI に対する強力な耐性により、干渉が蔓延する産業および農業環境で推奨される選択肢となっています。

  5. 拡張性と柔軟性: 同じバス上で複数のデバイスをサポートする CAN の機能により、多数のセンサーとコントローラーを必要とする複雑なドローン システムに対して拡張性と柔軟性が向上します。

Hobbywing XRotor モーター シリーズ: 農業用ドローンの究極のソリューション

Hobbywing XRotor Motor シリーズは、農業用ドローン向けの CAN プロトコルと PWM プロトコルの統合の利点を例示します。 堅牢な電源ソリューションを提供するために特別に設計されたこれらのモーターには、CAN と PWM の両方の通信プロトコルが組み込まれており、比類のない信頼性とパフォーマンスを提供します。

デュアル プロトコルの統合:

  • CAN + PWM バックアップ: XRotor モーターは CAN プロトコルと PWM プロトコルの両方をサポートしており、一方のプロトコルに障害が発生した場合でも、もう一方のプロトコルがバックアップとして機能します。 このデュアルプロトコルアプローチにより、モーター制御システムの信頼性が大幅に向上します。

高度な CAN 通信:

  • 強化されたデータ通信: XRotor シリーズへの CAN 通信の包括的な統合により、新しいレベルのデータ通信エクスペリエンスがもたらされます。 詳細なモーターおよび ESC (電子速度コントローラー) データの送信が可能になり、正確な制御と監視が保証されます。

  • デジタル スロットル コントロール: CAN 対応のデジタル スロットルを使用すると、比類のない制御精度が得られます。 これにより、モーターの速度とトルクをスムーズかつ正確に調整でき、困難な状況でも安定した飛行性能を保証します。

リアルタイム データとリモート アップグレード:

  • リアルタイム フィードバック: ESC やモーターの動作データを含むすべての重要な情報がリアルタイムで取得されます。 この継続的なフィードバック ループは、最適なパフォーマンスを維持し、飛行中に即座に調整するのに役立ちます。

  • リモート ESC ファームウェア アップグレード: CAN 経由で ESC ファームウェアをリモートでアップグレードできるため、ドローンに物理的にアクセスすることなく、ドローンを常に最新の機能と改良点で更新できるため、運用効率が向上します。

包括的なフライト コントローラーの統合:

  • シームレスな統合: XRotor モーターは、APM、Microk、Boying、JIYI、Qifei、Jimu などのさまざまな主流のフライト コントローラーと互換性があります。 この幅広い互換性により、XRotor シリーズはさまざまなドローン システムにシームレスに統合できます。

CAN プロトコルをサポートするドローン アクセサリ

CAN プロトコルをサポートし、農業用ドローンのパフォーマンスと信頼性を向上させる高品質のドローン アクセサリをいくつか紹介します。

  1. CUAV 新しい PIX CAN PMU: この高精度の電圧および電流検出電源管理ユニット モジュールは UAV 用に設計されており、正確な電源管理を提供し、ドローン運用の全体的な効率を向上させます。 。

  2. CUAV 新しい CAN PDB キャリア ボード: このキャリア ボードは、Pixhawk、Pixhack、および Px4 フライト コントローラーと互換性があり、RC ドローン ヘリコプターに信頼性の高い電力分配とシームレスな統合を提供します。

  3. HolyBro CAN ハブ 2-12S 給電 CAN ポート拡張モジュール: さまざまなフライト コントローラー用に開発されたこのモジュールは、CAN ポートの拡張を可能にし、複数のデバイスの接続を容易にし、コミュニケーション効率の向上。

  4. CUAV New NEO 3X GPS: Ublox M9N GNSS および DroneCAN プロトコルを備えたこの GPS モジュールは、ドローンに正確な位置特定と信頼性の高いナビゲーションを提供します。

  5. CUAV CAN PDB パワー モジュール キャリア ボードと X7+ Pro コア Pixhawk フライト コントローラー オートパイロット: この包括的なパッケージには配電ボードと高性能フライト コントローラーが含まれており、堅牢な制御を保証します。高度なドローン アプリケーション向けの電源管理も可能です。

  6. CUAV Can PMU: UAV の電源管理用に設計されたデジタル高精度電力検出モジュールで、正確な監視と効率的な電力使用を保証します。

  7. CUAV Pixhawk ドローン FPV X7+ Pro フライト コントローラー NEO 3 Pro GPS および CAN PMU 電源モジュール コンボ: このコンボ パッケージには、フライト コントローラー、GPS モジュール、電源管理ユニットが含まれます。ドローンの制御とナビゲーションのための完全なソリューションを提供します。

  8. K++ V2 フライト コントローラー用 JIYI CAN ハブ モジュール: 6 ～ 14S 電源入力と 12V 出力をサポートするこの CAN ハブ モジュールは、農業用ドローン向けに設計されており、信頼性の高い電力分配と、コミュニケーションの強化。

  9. CUAV MS5525 SKYE 対気速度センサー: このセンサーは、防雨構造、インテリジェント除氷、デュアル温度制御システムを備えており、CAN を使用して最大 500 km/h までの正確な対気速度測定を提供します。プロトコル。

これらのアクセサリは、高度な CAN プロトコルのサポートにより、正確な制御、堅牢な通信、効率的な電力管理を保証し、農業用ドローンのパフォーマンスと信頼性を大幅に向上させます。

結論

CAN と PWM は両方ともドローン モーター制御にそれぞれの役割を果たしていますが、両方のプロトコルを Hobbywing の XRotor Motor シリーズに統合することで、信頼性、精度、高度な機能の新しい基準が確立されました。 CAN プロトコルの堅牢で高精度な制御と包括的なデータ処理機能は、PWM のシンプルさと幅広い互換性と組み合わされて、多用途で信頼性の高いソリューションを提供します。 このデュアル プロトコル アプローチにより、XRotor モーターを搭載した農業用ドローンは、安定した、効率的で正確なパフォーマンスを達成し、現代の農業用途の厳しい要求を確実に満たすことができます。

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