小型倾转旋翼机的无刷直流电机驱动器设计翟琨，陈平，葛文哲，莫丽**510152025303540（哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院ADI联合实验室，哈尔滨150001）摘要：为了实现小型倾转旋翼机螺旋桨的可靠驱动，以ADuC7060微控制器为核心，采用反电势法设计了一种无位置传感器无刷直流电机驱动器。利用MOSFET作为开关器件，给出了桥式逆变电路和位置检测电路的原理图。针对螺旋桨负载的特点，利用MATLAB优化了三段式起动方法的起动加速曲线，并对转子位置检测电路中滤波电容产生的相移进行了补偿。通过调试表明，无刷直流电机能够带载可靠起动，并通过PWM平稳调速，验证了设计的有效性。关键词：电力电子与电力传动；无刷直流电机；反电势法；三段式起动；倾转旋翼机：TP23BLDCMDriveSystemDesignforSmallTiltRotorAircraftZHAIKun,CHENPing,GEWenzhe,MOLi(HarbinInstituteofTechnology,theColledgeofElectricalengineeringandautomation,HIT-ADIJointLaboratory,Harbin150001)Abstract:Toreliablydrivethepropelleroftiltrotormodelaircraft,abackEMFmethodisemployedtodesignasensorlessBLDCMdriver.Theschematicdiagramsofinverterandrotorpositiondetectioncircuitaregiveninthispaper.MATLABisusedtooptimizethestart-upaccelerationcurveofthethree-stagestartupmethodfortheloadcharacteristicofpropeller.Thephaseshiftproducedbythecapacitorintherotorpositiondetectioncircuitisalsoconsideredandcompensatedinthispaper.ExperimentalsimulationsshowthattheBLDCMcanstartupsuccessfullyandadjustthespeedsmoothly.Keywords:Powerelectronicsanddrives;BLDCM;BackEMF;ADuC7060;Tiltrotor0引言倾转旋翼机是一种集固定翼飞机和直升机优点于一身的新型飞行器。通过倾转轴带动螺旋桨的倾转，倾转旋翼机可以实现垂直起降和水平飞行两种模式的切换，因此与传统飞机相比，倾转旋翼机具有机动性强、载重量大、可垂直起降等优点[1]。近年来对倾转旋翼机的研究已经成为航空领域的新热点。目前，国内已经有研究机构开始试制小型样机，并对倾转旋翼机控制系统进行分析[2]。本文在制作了小型倾转旋翼机结构的基础上，根据旋翼机的设计需求，选用运行可靠、电磁噪声小的无刷直流电机作为驱动电机，并采用ADuC7060单片机为控制芯片，对倾转旋翼机的驱动系统进行了设计。1倾转旋翼机系统结构倾转旋翼机的结构如图1所示，分为垂直起降模式和水平飞行模式。系统采用MEMS陀螺仪和加速度计作为传感器，为控制器提供位置姿态信号，在负反馈机制作用下，驱动执行器进行姿态调节。以垂直起降模式为例，当两倾转轴同向转动时，就可以实现俯仰姿态的调节；当两倾转轴反向转动时，就会为机体提供一个扭矩，实现偏航姿态的调节；而当左右作者简介：翟琨，女，(1989-)，硕士研究生，主要研究方向：电力电子与电力传动。通信联系人：陈平，女，(1963-)，博士，副教授，主要研究方向：智能控制。E-mail:chenping@hit.edu-1-两个电机转速差动时，就实现滚转姿态的调节。可见，无刷直流电机的平稳调速对旋翼机系统至关重要。45倾转轴1(a)垂直起降模式倾转轴2倾转轴1倾转轴2(b)水平飞行模式图1倾转旋翼机系统结构图Fig.1Tiltrotorsystemstructure2无刷直流电机的驱动策略5055本设计中采用反电势法无位置传感器无刷直流电机驱动策略。反电势法不需要借助位置传感器，仅通过检测反电势信号就可以判断转子位置，具有结构简单、可靠性高等优点[3,4]。如图2所示，为A相绕组的反电势在一个电周期内的波形，其中横轴代表当前运行时刻的电角度，纵轴代表A相绕组产生的反电势Ea。从图中可以看出，当检测到反电势信号过零点后，再延迟30°电角度即是换相点。对于三相绕组电机，每隔60°电角度就会产生一个反电势过零点，过零点信号被ADuC7060微控制器检测并处理后，就可以产生相应的驱动信号驱动电机连续运转。Ea过零点0°30°60°120°240°300°180°210°360°t换相点图2无刷直流电机A相绕组反电势波形6065Fig.2EMFWaveofBLDCMAphasewinding3无刷直流电机驱动系统硬件设计本系统采用电压为12V的模型动力电池供电。硬...