小型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的無刷直流電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計

　　下面簡單介紹一下擬合方法，為簡便起見，選取三個待擬合的點。根據(jù)這三個點的特點，不妨分別稱它們?yōu)槠鹗键c、轉(zhuǎn)折點和切換點，其中從起始點到轉(zhuǎn)折點之間要求快速加速，保證起動速度;在轉(zhuǎn)折點之后曲線應(yīng)平緩，減小波動以便于平穩(wěn)切換到自同步運行，切換點的選取應(yīng)以能產(chǎn)生清晰的反電勢信號為準(zhǔn)。

　　根據(jù)調(diào)試實驗，固定PWM占空比為15%，選取起始點、轉(zhuǎn)折點和切換點坐標(biāo)分別為(1，20)、(100，7.3)及(200，6)，括號中第一個元為換相次數(shù)N，單位為次;第二個元為換相時間間隔 ，單位為毫秒。擬合的冪函數(shù)曲線表達(dá)式如式(2)所示。
          

　　電容滯后換相的補(bǔ)償

　　由于反電勢過零檢測電路中存在濾波電容，這會導(dǎo)致自同步運行階段檢測到的位置信號滯后于實際位置信號。為確保電機(jī)準(zhǔn)確換相，需計算出滯后時間并對其進(jìn)行補(bǔ)償。由反電勢過零檢測電路可得：
                (3) 

　　進(jìn)而計算出滯后的相角為：
          

　　式(3)和式(4)中f為反電勢信號頻率。利用定時器實時地測量相鄰兩個反電勢過零點的時間間隔，便可計算出f，進(jìn)而求出滯后角 進(jìn)行相位補(bǔ)償。

　　實驗調(diào)試與分析

　　實驗電機(jī)采用XXD2212型外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)，其額定電壓為12V，最高空載轉(zhuǎn)速為12000 r/min。螺旋槳采用GF1045高速槳。經(jīng)反復(fù)實驗，電機(jī)可以成功帶載起動。圖8是調(diào)節(jié)PWM占空比為30%時，用RIGOL DS5202型示波器測量的實驗波形，其中通道1為A相端電壓波形，通道2為A相對應(yīng)的比較器輸出波形，可見電機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，調(diào)速性能良好。從圖中也可以看出，比較器提供的轉(zhuǎn)子位置信號略滯后于實際信號，驗證了相位補(bǔ)償?shù)谋匾??！　?/p>

 

　　結(jié)束語

　　本文采用反電勢法設(shè)計了小型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)無刷直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，完成了硬件電路以及軟件的設(shè)計調(diào)試。通過實驗對電機(jī)起動加速曲線進(jìn)行了擬合，并補(bǔ)償了濾波電容引起的相位滯后。調(diào)試結(jié)果表明，在負(fù)載為GF1045螺旋槳條件下，該驅(qū)動器能驅(qū)動XXD2212型無刷直流電機(jī)可靠起動，并能實現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速，滿足旋翼機(jī)的設(shè)計要求。

　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]Martin D M, Demo J G, Daniel C D. The history of the XV 215 tilt rotor research aircraft: from concept to flight [R]. NASA SP2200024517, 2000: 12299
　　[2]徐昊.傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)姿態(tài)控制問題研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011
　　[3]SU G J, MCKEEVER J W. Low-cost Sensorless Control of Brushless DC Motors with Improved Speed Range[J].IEEE Trans. on Power Electronics, 2004, 19,(2):296-302
　　[4]吳紅星,葉宇驕,倪天,等.無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)綜述[J].微電機(jī),2011,44,(8):75-76
　　[5]孟磊,蔣宏,羅俊,等.四旋翼飛行器無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2011,19,(12):95-96
　　[6]廖承喜,朱志杰,翁微.無刷直流電機(jī)三段式自起動關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電力電子技術(shù),2008,42,(5):61-62