毕业论文课题相关文献综述
1.无刷电机及小型旋翼飞行器的介绍
四轴飞行器，又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器（Quadrotor）是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。具体的技术细节在基本运动原理中讲述。[1]因为它固有的复杂性，历史上从未有大型的商用四轴飞行器。[1]近年来得益于微机电控制技术的发展，稳定的四轴飞行器得到了广泛的关注，应用前景十分可观。国际上比较知名的四轴飞行器公司有中国大疆创新公司、法国Parrot公司、德国AscTec公司和美国3DRobotics公司。
四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该类无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。为了提高四旋翼飞行器的性能，完成直流无刷电机无感调速系统的硬件、软件设计。
无刷直流电动机既具有运行效率高、调速性能好，同时又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点，是电机主要发展方向之一，现已成功应用于军事、航空、计算机、数控机床、机器人和电动自行车等多个领域。在该四旋翼飞行器上使用了新西达2217外转子式无刷直流电机，其结构为12绕组7对磁极，典型KV值为1400。通常无刷直流电机的控制方式分为有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。有位置传感器控制方式通过在定子上安装电磁式、光电式或者磁敏式位置传感器来检测转子的位置，为驱动电路提供换向信息。无位置传感器的控制方式有很多，包括磁链计算法、反电动势法、状态观测器法、电感法等。在各种无位置传感器控制方法中，反电动势法是目前技术为成熟、应用最广泛的一种位置检测方法。本系统采用的反电动势过零检测法是反电动势法中的一种，通过检测各相绕组反电动势的过零点来判断转子的位置。根据无刷直流电机的特性，电机的最佳换向时刻是相反电动势过零点延迟30电角度的时刻，而该延迟的电角度对应的时间可以根据两次过零点时间间隔计算得到。
四旋翼微型飞行平台呈十字形交叉，由4个独立电机驱动螺旋桨组成，如图1所示。当飞行器工作时，平台中心对角的螺旋桨(如1与3)转向相同，相邻的螺旋桨(如1与2)转向相反。同时增加减小4个螺旋桨的速度，飞行器就垂直上下运动；相反的改变中心对角的螺旋桨的速度，可以产生滚动、俯仰等运动。
四旋翼飞行器的控制系统分为两个部分，飞行控制系统与无刷直流电机调速系统。飞行控制系统通过IMU惯性测量单元(由陀螺传感器与加速度传感器组成)检测飞行姿态，通过无线通信模块与地面遥控器通信。4个无刷直流电机调速系统通过I2C总线与飞行控制器通信，通过改变4个无刷直流电机的转速来改变飞行姿态，系统采用12V电池供电，控制系统结构图如图2所示。
2.无刷电机驱动控制方法
无刷直流电机调速系统由三相全桥驱动电路、反电势过零检测电路、电流电压监测电路组成电机驱动器。使用一片ATmega8单片机作为控制器，该单片机内部集成了8kB的Flash，最多具有23个可编程的I／O口，输出时为推挽结构输出，驱动能力较强。片上集成了AD转换器、模拟比较器、通用定时器、可编程计数器等资源。三相全桥驱动电路设计三相全桥驱动电路利用功率型MOS管作为开关器件，选用P型MOS管FD6637与N型MOS管FD6635搭配使用，设计容量为允许通过的最大电流为30A。FD6637的开关利用三极管9013进行驱动、FD6635的开关直接利用单片机的I／O口驱动。电路如图3所示。通过R17、R19、R25来减少下管FDD6635的栅极充电电流的峰值，防止震荡并且保护MOS管；R16、R23、R24作为下拉电阻，保证下管的正常导通与关断；R7、R5、R8作为上管栅极的上拉电阻，阻值选择470Ω，既保证了MOS管的开关速率不降低，同时也防止三极管Ic电流过大。A 、B 、C 提供驱动桥的上桥臂的栅极导通信号，分别通过ATmega8单片机的3个硬件PWM通道驱动，通过改变PWM信号的占空比来实现电机调速：A-、B-、C-提供下桥臂栅极的驱动信号，由单片机的I／O口控制，只有导通与关闭两种状态。
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