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技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于无人机
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果是：本专利技术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。本专利技术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专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的工作原理示意图；图2是本专利技术功率驱动电路图；图3是本专利技术转速测量电路图；图4是本专利技术采样电阻信号图；图5是本专利技术采样电阻信号放大图；图6是本专利技术控制器芯片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。本专利技术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。本专利技术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。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫凤军，李宝民，涂楷，费冬青，
申请(专利权)人：扬州翊翔航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32