---

转自： 四轴飞机及其UAV飞控系统 - 桂林电子科技大学信息科技学院 电子工程系

嗯 ，这篇论文似乎是自己建造的飞行控制电路。我觉得它有很大的参考意义。现在它基本上靠近底部

设计概述(PreliminaryPaper)

目前，世界上主流的飞机基本上分为两类：固定翼飞机和旋翼飞机。著名的直升机属于旋翼飞机.它最大的特点是可以完成空中悬的动作.但直升机需要非常复杂的旋翼机械结构，以保持平衡，完成所需的操作，同时，尾部应安装额外的旋翼，以防止主桨的反应力引起自旋.这大大增加了设计制造的难度和维护成本。 上图是直升机主桨旋翼头结构的示意图。从图中可以看出，即使没有副翼系统，旋翼头的机械结构仍然非常复杂，其制造和维护难度可想而知。因此，在当今高度发达的电子技术中，有必要设计一种新的飞行设备，依靠机载电子设备来取代一些机械结构，降低生产和维护成本，而不失飞机性能.因此，我们选择了基于四轴飞机开发的专用飞行控制系统。四轴飞机具有类似直升机的飞行性能，可在空中悬挂.但机械机构比直升机简单得多.机载电子设备完成了维持机身平衡的所有任务，大大降低了整机的生产成本和维护复杂性.四轴飞机有四个螺旋桨，每个螺旋桨的桨距固定不变，节省了复杂的旋翼头结构.四臂中某一臂的升力需要调整，只需相应改变其电机转速即可。下图是我们设计的四轴飞机实物。

为保持机身平衡稳定，电子控制部分由三轴陀螺仪和三轴加速度传感器组成 ( I M U ) , 通过Altera可编程逻辑器件并行处理能力强，灵活IP加上组合Niosll 在软核的有力支持下，飞机可以实时计算姿势变化并自动调整.结合上位机给出的用户指令，该系统可以很好地完成飞机的控制任务。由于控制过程由电子系统根据实际情况自动调整，对飞机中心、对称性、螺旋桨和电机的性能一致性要求不高.这对降低设计难度和量产质量控制具有重要意义.四轴飞行器作为一种稳定的飞行平台，可搭载航拍系统，空投系统等等，在军用领域，四轴飞机可用于战场无人调查、定点轰炸.民用领域可用于救灾、航拍、完成危险工程等。由于其易于小型化和定制，在许多领域都有很大的发展前景.

功能描述(Final Project Paper)

设计无刷电机电子调速器

什么是无感无刷电机？

设计采用三相无感无刷电机，无感无刷电机是一种交流电机，内绕组为定子，采用三相对称星形连接法，引出三条线。如下左图所示 多组永磁体固定在外部转子的内部。当内部绕组的两个项目分别连接到源和地面时，磁场将转子拉到一个稳定的位置，如上图右图所示。因此，简单地说，如果你想让无刷电机转动，就是在这三条线上不断切换通电状态，产生一个"旋转磁场，驱动外转子旋转。这个过程需要一个驱动电路。该电路为无刷电机电子调速器，简称无刷电调。

驱动臂构建

驱动桥上臂MOS管选用IRFR5305,这是IR公司生产的一种PMOS管道具有导电阻小、开启小的特点 关速快，可通过大电流等特点。该公司的下臂IRFR1205 NMOS管道的搭配值得解释 是，IRFR5305和IRFR1205内置反向续流二极管，在驱动电机等感性负载时可减少电路 复杂性：提高可靠性。 根据芯片手册，PMOS开启电压Vgs应达到-2V到4 V ,供电电压为12V时,考虑到MCU驱动 能力，上臂栅极连接一个NPN驱动三极管。而下臂开启Vgs为2V到4 V ,直接连接MCU引脚 即可。在上述电路中。其中R可减少下臂NMOS同时防止栅极电容充放电电流MOS管关断时 被瞬间增大的Vds击穿。R30与R33分别为PM。S栅极上拉和NMOS栅极下拉电阻的作用是 防止上下臂瞬态导通，提高系统稳定性。R9为三极管基极限流电阻

1.3电机转向和启动

假设某一刻 A臂导通 B 臂 由于电机转子上的永磁体位移，C永磁体磁场位于电机内部的绕组切割产生正感应电 动势，叠加AB项中点电压6V必然大于6 V ,这个时候可以通过模拟来知道BUIM电势略小于EC点电势. 当磁场逐渐减弱时，随着电机的旋转，永磁体的位置也在发生变化，绕组切割永磁体磁场产生的正感应 当电势变小并最终达到临界时，感应电势为0V时，BUIM电势等于EC电势.此后电机由于惯 性仍在旋转，但转子上下永磁体的极性相反，因此C项开始产生反向感应电势，叠加后 上图中C位置电势小于6 V .此时BUIM电势会大于EC电势.由此可见，当BIJIM电势等于 浮空项电势是更合适的换相时机.此时将B项变为高阻，C项下臂导通接地.下一个周期 用同样的方法进行比较EB与BIJIM电势关系可以.在ATMEGA模拟比较器将在8单片机内部提供BIJIM 和EA, EB, EC接入相应的引脚，通过程序捕捉过零点.电机换相即可完成。 通过以上分析，我们可以看到，当电机运行时，换相机是根据浮相反馈确定的。但 启动时，电机没有转动或转速很慢，在这种情况下，浮空相上的电势基本没有参考价值， 因此，我们还需要一套启动算法。一般的想法是，无论反馈如何，无刷电机都被用作步进电机 当转子达到足够的反速的旋转磁场，并希望转子跟随磁场旋转，当转子达到足够的反转时 馈送速度时，上述比较策略可以切入闭环控制

1.4.堵转保护和启动自检

电机换相是一个自动过程，调速是通过改变驱动臂PWM完成空比。当电机启动失败时。 当其他原因导致堵塞时，高空比的输出对驱动臂是毁灭性的。为了避免这种情况 生，我们加入了堵转保护策略:当电机应该运转，但没有进入换相中断时，电调会关闭驱动 动臂，并根据情况判断是否需要重新启动。 同样，为了保护目的，我们编制了一套基于电压采样的自检算法，以确保起飞前的所有计划MOS管工作正 通常，该算法可以自动测试每个电调板MOS管道的性能、锁定故障点并向主控板报告 到达的检测电路仍然是感应电势采集网络。该算法几乎包括所有可以检测到的错误 后果的MOS管故障： *上臂短路 *上臂断路 *上臂导通不良 *上臂关节不好 *下臂短路 *下臂短路或导通不良