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?控制
微特电扣200年第6期
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微飞行器用无刷直流电动机驱动控制系统
屈滔,陈佳品,李振波
(上海交通大学,上海200030)
摘要:作为多旋翼微直升机的驱动器,微型无刷直流电动机具有结构简单、制造方便、无換向火花等特点。文
章根据微型飞行器的系统需求,设计并完成了一套可以实现旋翼驱动和上层计算机参数设置和控制的测试系统。
该系统包括驱动控制通信、计算和反馈五部分,并基于DSP芯片TMS320LF2407。
关键词:多旋翼微直升机;无刷直流电动机;DSP
中图分类号:TM33文献标识码:A文章编号:1004-7018(2007)0%6-0042-03
The Driving Control System of Micro Brushless DC Motor Used in Micro Craft
,
( Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China)
Abstract: As the driver of the micro multi rotor craft the micro BLDC motor was of simple structure, easy f
tion, non commutation spark and so on. According the need of micro craft, a test system was presented which can implemen
the driving of rotor, set parameters and testing. It included five parts of driving, control, communication, computation and
feedback based on DSP chip TMS320L2407
Key words: micro multi-rotor craft a brushless DC molor; DSP
是尺寸小、重量轻,输出力矩大、效率高,因此我们采
0引言
用这种无刷直流电动机。
ld
旋翼微飞行器主要是通过改变旋翼拉力的大小
DSP是上世纪80年代开发出来的新一代微处
以及旋翼桨盘的方向来控制飞行器的运动方向。大理器芯片,具有很强的指令系统和硬件支持;与单片
型旋翼飞机的拉力大小由总距控制;旋翼桨盘方向机相比,它具有更加适合于数字信号处理的软件和
由周期变距控制。以上两种控制方法由于机械结构硬件资源,可用于复杂的数字信号处理。在微飞行
复杂,所以无法在微型旋翼飞行器中适用。因此本器的实际应用中,DSP将实现以下几个方面的功能:
文研究的多旋翼微直升机的驱动器采用无刷直流电完成微飞行器的微电机的换相控制,使得其能按要
动机,因为无刷直流电动机的转速可叮以快速地整,求有规则的运转;将采样回来的反电动勢转换成相
:从而能够通过改变旋翼转速来改变和控制拉力大应的速度信号,并进行速度环的运算:协调DSP控
小。旋翼桨盘方向的改变,则可以采用新的旋翼飞制器使得四个微电机的转动和谐,根据控制要求調
行器设计结构,通过改变各个旋翼拉力的大小来调节各微电机的速度以实现微飞行器的平稳飞
微;整旋翼桨盘方向,从而控制飞行器的飞行方向。
在设计中使用的无刷直流电动机是上海交通大1控制系统硬件
:学微纳米科学技术研究院
该驱动系统的硬件构成主要包括以下几个部
:研制的电磁型微电机,其
分:以DSP为核心的控制部分、四个电机驱动芯片
直;机电转换效率也较高、并
L6234组成的驱动部分以及一些必要的外围电路,
电:且便于调速,非常适合作
効:为微直升机的驱动器,如
如为了协调各电机速度的通信电路、存储电路和电
源电路等。系统框图如图2所示。
驱!图1所示。四旋翼微飞行
图1四旋翼微型直升机
控;器的负载能力决定于单个
命令指示灯
系:徽驱动器的负载能力。微飞行器对微驱动器的要求
统
控制)16234驱动
收稿日期:2005-01-18
sP算
微电机
法
基金项目:国家863高技术研究发展计划(2002AA42220)
に」AMD转换」区电势
国家自然科学基金资助项目(1047703)
图2测试系统框图
普资环
特电200年第6期
控制
.1DSP核心
电脑的 PC RXD引脚上
为了实现图2的控制系统,DSP被分为几个功
能模块。微电机驱动模块:DSP的O口将产生席2控制系统软件
低脉冲来驱动后面的电机驱动芯片D6234;速度测2.1微电机驱动程序
量模块:IDSP的AD通道将接受測量所得的微电机
在整个下层软件中最主要的是控制微电机转动!
的反电动势值,并将接受值转换成最终所需的微电
DSP程序,其主要负责接收来自上位机的数据,!層
机速度值。此外,还有仿真和程序下载模块:DSP芯其中包括从加速曲线采样的加速点,起动电机,停止
片上被装有JTAG( Joint Test Action Group)标准测试电机等信号。然后根据相应的信号控制微电机旋
接口及相应的控制器,从而不但能控制和观察系统转。在这个控制系统中,采用两两通电的方式来驱
中处理器的运行,测试每一块芯片,还可以用这个接动微电机转动。也就是说将采用一定的顺序分别对シ手
口下载程序,这为DSP的应用提供了很大的方便。微电机中的两相通电。
此外,还设置了MP/MC的跳针和V。的跳针,这使
由于本文控制系统RNA
得DSP在仿真模式和下载模式下很方便地进行切中采用了专门的驱动芯M
换。当选择仿真模式的时候,Ve引脚被接到5V电片L6234来驱动微电机,
压上,跳针被置于MP模式下,即DSP处于微处理器所以DSP输出的信号电pc
状态下,并从外部程序存储器的000h开始执行程平必须满足I6234需要wc
序。当选择下载模式的时候,V引脚可以被接到5的电平,各个レO口输出
图3I6234的驱动规律
V或0V电压上,跳针被置于MC模式下,即DSP处的信号电平如图3所示。
于微控制器状态下。在程序下载完毕以后,运行时
L6234对微电机每相的管理分为两个部分
引脚必须接地,程序从DSP内部程序存储器部分是选通通电相(ENA),另一部分是选择该通电
( FLASH EEPROY)的0000h开始执行。
相是正向导通还是反向导通(INA)。根据换相规
1.2驱动芯片[6234在微飞行器中的应用
律,我们很容易地得到如图3所示的D6234的驱动!
在微飞行器的控制系统中,I6234将被用来驱规律。
动设电机的转动。为了使微电机能高速运转且能精
DSP复位后,即进入主程序,首先进行DSP的
确测量微电机的反电动势,采用两两通电的控制方初始化,然后等待上位机发来的命令。如果命令是
式。D6234从DBSP的VOロ接受控制指令,并按指下载数据,则将从串口读出的用于加速的数据保存
令所给的微电机通电规律驱动后面的微电机转动。至内存中。收到运行的命令则按照刚接收到的数据
当然,驱动芯片[6234上还加上了电流测量电路和控制电机换相,使电机旋转。同时程序采用了DSP
电压量电路。我们在芯片16234的输出管脚处