小型倾转旋翼机的无刷直流电机驱动器设计

　　下面简单介绍一下拟合方法，为简便起见，选取三个待拟合的点。根据这三个点的特点，不妨分别称它们为起始点、转折点和切换点，其中从起始点到转折点之间要求快速加速，保证起动速度;在转折点之后曲线应平缓，减小波动以便于平稳切换到自同步运行，切换点的选取应以能产生清晰的反电势信号为准。

　　根据调试实验，固定PWM占空比为15%，选取起始点、转折点和切换点坐标分别为(1，20)、(100，7.3)及(200，6)，括号中第一个元为换相次数N，单位为次;第二个元为换相时间间隔 ，单位为毫秒。拟合的幂函数曲线表达式如式(2)所示。
          

　　电容滞后换相的补偿

　　由于反电势过零检测电路中存在滤波电容，这会导致自同步运行阶段检测到的位置信号滞后于实际位置信号。为确保电机准确换相，需计算出滞后时间并对其进行补偿。由反电势过零检测电路可得：
                (3) 

　　进而计算出滞后的相角为：
          

　　式(3)和式(4)中f为反电势信号频率。利用定时器实时地测量相邻两个反电势过零点的时间间隔，便可计算出f，进而求出滞后角 进行相位补偿。

　　实验调试与分析

　　实验电机采用XXD2212型外转子无刷直流电机，其额定电压为12V，最高空载转速为12000 r/min。螺旋桨采用GF1045高速桨。经反复实验，电机可以成功带载起动。图8是调节PWM占空比为30%时，用RIGOL DS5202型示波器测量的实验波形，其中通道1为A相端电压波形，通道2为A相对应的比较器输出波形，可见电机运转平稳，调速性能良好。从图中也可以看出，比较器提供的转子位置信号略滞后于实际信号，验证了相位补偿的必要性。　　

 

　　结束语

　　本文采用反电势法设计了小型倾转旋翼机无刷直流电机驱动系统，完成了硬件电路以及软件的设计调试。通过实验对电机起动加速曲线进行了拟合，并补偿了滤波电容引起的相位滞后。调试结果表明，在负载为GF1045螺旋桨条件下，该驱动器能驱动XXD2212型无刷直流电机可靠起动，并能实现平稳调速，满足旋翼机的设计要求。

　　参考文献：
　　[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.倾转旋翼机姿态控制问题研究[D].哈尔滨工业大学,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]吴红星,叶宇骄,倪天,等.无刷直流电机转子位置检测技术综述[J].微电机,2011,44,(8):75-76
　　[5]孟磊,蒋宏,罗俊,等.四旋翼飞行器无刷直流电机调速系统的设计[J].电子设计工程,2011,19,(12):95-96
　　[6]廖承喜,朱志杰,翁微.无刷直流电机三段式自起动关键技术研究[J].电力电子技术,2008,42,(5):61-62