Порядок величин должен быть другой, "с 30% до 70%" за ~0.1с. Что-то не то с вашими ESC, и дело не в принципе их работы по ЭДС свободн6ой фазы.
Есть бездатчиковые варианты векторного управления, с помощью наблюдателя по токам и напряжениям фаз. Можно использовать ЭДС (не прямо, а её влияние на токи) либо анизотропию импеданса статора зависящую от положения ротора.
Очень странные идеи про трёхмерную функцию. По возможности надо делать чисто, а неучтенные зависимости забивать в таблицы это уже последнее, когда иначе никак.
Таймер для управления мостом, несколько АЦП с привязкой момента выборки к таймеру, вычисления с плавающей точкой.
Можно, но для воздушного винта нет необходимости в датчике положения, достаточно хорошо можно управлять двигателем и без него т.к. нагрузка предсказуема. Датчик здесь только приносит дополнительную возможность отказа, и вес.