CN111392047A - 一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 - Google Patents
一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111392047A CN111392047A CN202010239244.0A CN202010239244A CN111392047A CN 111392047 A CN111392047 A CN 111392047A CN 202010239244 A CN202010239244 A CN 202010239244A CN 111392047 A CN111392047 A CN 111392047A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- motor
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- micro hybrid
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 21
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
- B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D43/00—Arrangements or adaptations of instruments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D43/00—Arrangements or adaptations of instruments
- B64D43/02—Arrangements or adaptations of instruments for indicating aircraft speed or stalling conditions
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
- H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
- H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Abstract
本发明提供一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，包括直流电源、微型混合动力系统起发一体电机、功率电路和控制器，所述直流电源与所述微型混合动力系统起发一体电机组成闭合回路，所述功率电路和所述控制器串联并连接于所述闭合回路；取消了传统的转速传感器，实现了PWM控制下的直流电机无传感器转速测量，将转速测量和调速集成在一个控制器上，提高了系统的可靠性，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统。
背景技术
微小型航空混合动力系统由于续航时间长，载重能力强，是当前工业无人机常用的动力系统解决方案。工业无人机用微小型航空混合动力系统的核心部件为高速二冲程小排量活塞发动机和直流有刷电机。
微小型航空混合动力系统具备如下特点，1)其发动机为高速大压缩比活塞机，起动阻力矩大，阻力矩的波动剧烈，发动机点火转速一般在3000～4000转/分钟；2)电机转子系统连接在发动机输出轴上，一定程度上增加了系统转轴的转动惯量，并且由于电机齿槽转矩的存在，起动阻力和阻力矩的波动进一步加剧。
对于起动阻力矩大的微小型混合动力系统，在起动和工作过程中都需要对起发电机进行转速测量从而控制其转矩和速度。目前比较常用的是安装位置或转速传感器，通过电机轴的某些机械特征转换成电信号测量。传感器的安装既增加了成本和体积，而且一旦损坏就不能工作，可靠性低。
为了解决上述问题，提出一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，以解决现有的无人机用微型混合动力电机需要安装传感器进行测速，传感器在使用过程中存在安装成本高、安装不方便和可靠性低的问题。
本发明提供了如下的技术方案：
一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，包括直流电源、微型混合动力系统起发一体电机、功率电路和控制器，所述直流电源与所述微型混合动力系统起发一体电机组成闭合回路，所述功率电路和所述控制器串联并连接于所述闭合回路。
优选的，所述功率电路包括三级管放大驱动电路，并通过N型MOSFET连接于所述闭合回路，以实现低端驱动。
优选的，所述转速测量电路包括依次连接的采样电阻和差分放大电路，所述采样电路串联于所述闭合回路中。
优选的，所述采样电阻为低温漂、精密型电阻。
优选的，所述微型混合动力系统起发一体电机为直流有刷电机，其输出轴端与混动系统发动机曲轴直接轴联。
优选的，所述微型混合动力系统起发一体电机采用PWM控制，幅值可兼容3.3V和5V，频率在10KHz-50KHz之间，其转子轴末端安装有散热风扇，工作时转子轴带动风扇转动，为其内部散热。
优选的，所述控制器包括控制器芯片和差分放大电路，所述控制器芯片具有PWM信号发出功能，兼容3.3V和5V电源，同时其具有浮点运算功能，使得该测量系统主频可达72MHz；所述控制器芯片内部编程有AD采样滤波算法和FFT算法，能对1024个点的FFT运算能在5ms内完成。
本发明的有益效果是：
本发明公开一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，提出该微型混合动力系统电机采用直流有刷电机，采用PWM(脉冲宽度调制)调速；电机转速的测量采用采样电阻采样后，通过硬件电路进行差分放大，进而输入控制器芯片GPIO引脚进行软件滤波和FFT算法进行幅频变换后得到电机纹波主频，通过对纹波主频换算得到电机转速。本发明提出的电机转速无传感器测量方法和调速方式，取消了传统的转速传感器，可实现PWM控制下的直流电机转速的软件测量，将转速测量和调速集成在一个控制器上，提高了系统的可靠性，降低了成本。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的工作原理示意图；
图2是本发明功率驱动电路图；
图3是本发明转速测量电路图；
图4是本发明采样电阻信号图；
图5是本发明采样电阻信号放大图；
图6是本发明控制器芯片GPIO引脚滤波后的信号图。
具体实施方式
如图1所示，一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，包括直流电源、微型混合动力系统起发一体电机、功率电路、控制芯片、转速测量电路，直流电源与微型混合动力系统起发一体电机组成闭合回路，功率电路和转速测量电路分别连接于控制芯片与闭合回路之间。
如图2所示，功率电路包括三级管放大驱动电路，并通过N型MOSFET连接于闭合回路，以实现低端驱动。MOS管串联在负载电机和采样电阻之间，采样电阻与地端相连。当驱动信号为低时，Q2导通，Q1导通，Q3不导通，MOS管导通；当驱动信号为高时，Q2不导通，Q1不导通，Q3导通，MOS管不导通。
微型混合动力系统起发一体电机为直流有刷电机，其输出轴端与混动系统发动机曲轴直接轴联，微型混合动力系统起发一体电机采用PWM控制，幅值可兼容3.3V和5V，频率在10KHz-50KHz之间，其转子轴末端安装有散热风扇，工作时转子轴带动风扇转动，为其内部散热。
如图3所示，所述转速测量电路包括连接的采样电阻和差分放大电路，所述采样电路串联于所述闭合回路中，采样电阻为低温漂、精密型电阻；采样电阻将直流有刷电机运行中产生的电流变化转换为电压信号；差分放大电路滤除起动时的浪涌电流，放大有效信号后输入控制器芯片的GPIO引脚。
控制器包括控制器芯片和差分放大电路，所述控制器芯片具有PWM信号发出功能，兼容3.3V和5V电源，同时其具有浮点运算功能，使得该测量系统主频可达72MHz；所述控制器芯片内部编程有AD采样滤波算法和FFT算法，能对1024个点的FFT运算能在5ms内完成。
AD采样滤波算法采用中位值平均滤波法，采一组队列15个数值去掉最大值和最小值后取平均值，然后计算13个数据的算术平均值，用来对GPIO引脚信号的软件滤波。FFT算法可以优选的是STM系列芯片的DSP库，函数调用为cr4_fft_256_stm32，来对AD滤波后的GPIO引脚信号进行幅频转换，得到电机纹波的主频。控制芯片内，对纹波主频进行换算，得到电机转速。其中，转速计算公式如下：
n＝60*f/P
其中，f为电机纹波的频率，P是电机极对数。
运行代码如下：
采样电阻采集到的信号如附图4所示，其放大图如附图5所示，控制器芯片GPIO引脚滤波后的信号图如附图6所示。
本发明公开一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，提出该微型混合动力系统电机采用直流有刷电机，采用PWM(脉冲宽度调制)调速；电机转速的测量采用采样电阻采样后，通过硬件电路进行差分放大，进而输入控制器芯片GPIO引脚进行软件滤波和FFT算法进行幅频变换后得到电机纹波主频，通过对纹波主频换算得到电机转速。本发明提出的电机转速无传感器测量方法和调速方式，取消了传统的转速传感器，可实现PWM控制下的直流电机转速的软件测量，将转速测量和调速集成在一个控制器上，提高了系统的可靠性，降低了成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，包括直流电源、微型混合动力系统起发一体电机、功率电路和控制器，所述直流电源与所述微型混合动力系统起发一体电机组成闭合回路，所述功率电路和所述控制器串联并连接于所述闭合回路。
2.根据权利要求1所述的一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，所述功率电路包括三级管放大驱动电路，并通过N型MOSFET连接于所述闭合回路，以实现低端驱动。
3.根据权利要求1所述的一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，所述转速测量电路包括连接的采样电阻和差分放大电路，所述采样电路串联于所述闭合回路中。
4.根据权利要求3所述的一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，所述采样电阻为低温漂、精密型电阻。
5.根据权利要求1所述的一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，所述微型混合动力系统起发一体电机为直流有刷电机，其输出轴端与混动系统发动机曲轴直接轴联。
6.根据权利要求5所述的一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，所述微型混合动力系统起发一体电机采用PWM控制，幅值可兼容3.3V和5V，频率在10KHz-50KHz之间，其转子轴末端安装有散热风扇，工作时转子轴带动风扇转动，为其内部散热。
7.根据权利要求1所述的一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统，其特征在于，所述控制器包括控制器芯片和差分放大电路，所述控制器芯片具有PWM信号发出功能，兼容3.3V和5V电源，同时其具有浮点运算功能，使得该测量系统主频可达72MHz；所述控制器芯片内部编程有AD采样滤波算法和FFT算法，能对1024个点的FFT运算能在5ms内完成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010239244.0A CN111392047B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010239244.0A CN111392047B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111392047A true CN111392047A (zh) | 2020-07-10 |
| CN111392047B CN111392047B (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=71426309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010239244.0A Active CN111392047B (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111392047B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210294354A1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-09-23 | Volocopter Gmbh | Method and controller for turn coordination of an aircraft, and an aircraft with turn coordination |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09219906A (ja) * | 1996-02-14 | 1997-08-19 | Toyota Motor Corp | モータ制御装置及び制御方法 |
| CN102255584A (zh) * | 2010-05-17 | 2011-11-23 | 北京天高智机技术开发公司 | 用于人工辅助心脏系统无位置传感器电机的控制器 |
| CN105186945A (zh) * | 2015-08-12 | 2015-12-23 | 周海波 | 一种无刷直流电机无位置传感器驱动芯片及系统 |
| CN106655918A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-05-10 | 北京航空航天大学 | 一种无位置传感器无刷直流电机换相偏差快速校正控制系统 |
| CN206379872U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-08-04 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 一种电调集成化电路及无人机 |
| US20180181099A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | General Dynamics - Ots, Inc. | Electric motor drive system for low-voltage motor |
| CN208539813U (zh) * | 2018-07-27 | 2019-02-22 | 无锡雷利电子控制技术有限公司 | 一种电机转速闭环控制系统 |
| CN109404140A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-01 | 中国航发南方工业有限公司 | 电子控制器及无人机 |
-
2020
- 2020-03-30 CN CN202010239244.0A patent/CN111392047B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09219906A (ja) * | 1996-02-14 | 1997-08-19 | Toyota Motor Corp | モータ制御装置及び制御方法 |
| CN102255584A (zh) * | 2010-05-17 | 2011-11-23 | 北京天高智机技术开发公司 | 用于人工辅助心脏系统无位置传感器电机的控制器 |
| CN105186945A (zh) * | 2015-08-12 | 2015-12-23 | 周海波 | 一种无刷直流电机无位置传感器驱动芯片及系统 |
| CN106655918A (zh) * | 2016-11-09 | 2017-05-10 | 北京航空航天大学 | 一种无位置传感器无刷直流电机换相偏差快速校正控制系统 |
| CN206379872U (zh) * | 2016-11-28 | 2017-08-04 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | 一种电调集成化电路及无人机 |
| US20180181099A1 (en) * | 2016-12-22 | 2018-06-28 | General Dynamics - Ots, Inc. | Electric motor drive system for low-voltage motor |
| CN208539813U (zh) * | 2018-07-27 | 2019-02-22 | 无锡雷利电子控制技术有限公司 | 一种电机转速闭环控制系统 |
| CN109404140A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-01 | 中国航发南方工业有限公司 | 电子控制器及无人机 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210294354A1 (en) * | 2020-03-18 | 2021-09-23 | Volocopter Gmbh | Method and controller for turn coordination of an aircraft, and an aircraft with turn coordination |
| US11989037B2 (en) * | 2020-03-18 | 2024-05-21 | Volocopter Gmbh | Method and controller for turn coordination of an aircraft, and an aircraft with turn coordination |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111392047B (zh) | 2023-08-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101931353B (zh) | 汽车空调风扇用无刷直流电机控制方法 | |
| JPS63302119A (ja) | 排気エネルギ−回収エンジン | |
| CN109713949B (zh) | 一种无刷直流电机转矩脉动的抑制方法及系统 | |
| CN102611369B (zh) | 电动汽车专用开关磁阻电机调速系统 | |
| CN102497143A (zh) | 一种带补偿反馈的有刷直流电机调速装置及其方法 | |
| CN104242246A (zh) | 一种基于电流跟踪的直流有刷电机堵转保护装置及方法 | |
| CN103856132A (zh) | 一种交流伺服永磁同步电机控制系统 | |
| CN102064753A (zh) | 交流永磁同步电机控制器 | |
| CN111392047A (zh) | 一种无人机用微型混合动力电机的转速无传感器测量系统 | |
| CN105453415A (zh) | 减小无刷电机的功率消耗 | |
| Shao et al. | Analysis of the null current gradient position for sensorless control of SRM | |
| WO2023000366A1 (zh) | 一种新能源商用车散热系统温控方法及模块 | |
| JP2017131053A (ja) | モータ調整システム | |
| CN111392046B (zh) | 一种无人机用微型混合动力的电机控制系统 | |
| CN109687810B (zh) | 一种纯电动物流车防止电机超速的转速控制方法 | |
| CN207283344U (zh) | 一种电动机液冷装置 | |
| CN101590815B (zh) | 一种动力驱动装置 | |
| CN101908812A (zh) | 风力发电机变桨用直流无刷电机 | |
| CN101908810A (zh) | 风力发电机变桨用直流无刷电机及其驱动系统 | |
| CN105958881B (zh) | 一种直流电机运动驱动装置 | |
| CN112234886B (zh) | 一种起发一体机的反向励磁方法 | |
| CN202550951U (zh) | 电动汽车专用开关磁阻电机调速系统 | |
| CN203352516U (zh) | 电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机控制器 | |
| CN203027179U (zh) | 一种无刷直流蒸发风机 | |
| CN219204368U (zh) | 一种风扇用供电电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |