基于FOC的四旋翼无人机电机驱动系统设计与实现

发布时间：2017-08-11 16:31

  本文关键词：基于FOC的四旋翼无人机电机驱动系统设计与实现

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【摘要】：随着电子和计算机技术的飞速发展,多旋翼无人机,以其垂直起降、自由悬停、机动能力强、能够适应复杂多变的工作环境等优点,得到了各个领域的广泛重视和关注。磁场定向控制(Field Oriented Control,FOC)又称矢量控制,是通过改变变频器的三相输出来控制电机的一种技术。本论文主要针对目前四旋翼无人机存在续航能力不足、电机控制效率低的问题进行研究,结合四旋翼无人机的特点,对大功率电机的磁场定向控制算法进行改进,并利用嵌入式系统对该算法进行实现。本文的改进为以下三个方面:1.在四旋翼的小电机控制上,采用了大功率电机的磁场定向控制方法,与目前常用的方波电调控制相比,电机转换效率提高了6%-8%。2.通过对磁场控制进行去弱磁的处理,提高了电机控制系统的响应速度。3.采用软件位置估算法替代传统硬件位置传感器,优化了算法复杂度,更易于电机控制的实现。论文从硬件和软件两个方面来实现四旋翼无人机电机控制。硬件方面使用单片机MB9BF564KPMC作为主控MCU,DRV8303DCA作为驱动器,设计了功率驱动电路、电流采集电路等模块电路。软件方面主要编写了电机转动程序、换相程序、低电压保护程序及过流保护程序等。最后通过对本文FOC电机驱动系统进行软、硬件测试分析,测试结果表明本系统能够更好的实现电机启动和换相,以及与常用方波电调相比,在同等的拉力和转速下使用FOC控制系统的四旋翼无人机功耗更低,续航时间更长、系统平稳、响应更加快,完全满足四旋翼无人机的动力设计要求。
【关键词】：四旋翼 磁场定向控制 电机驱动 SVPWM
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 论文研究背景及意义9-12
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势12-15
• 1.3 论文研究的主要内容以及章节安排15-17
• 第二章 FOC电机驱动系统相关控制技术17-25
• 2.1 直流无刷电机技术17-21
• 2.1.1 电动机定则17
• 2.1.2 发电机定则17-18
• 2.1.3 右手螺旋定则18
• 2.1.4 外转子无刷直流电机的工作原理18-21
• 2.2 坐标变换原理21-23
• 2.2.1 Park变换21-22
• 2.2.2 Clark变换22-23
• 2.3 直流电机的PWM技术23-25
• 2.3.1 PWM调制原理24
• 2.3.2 SVPWM技术24-25
• 第三章 FOC电机控制技术的改进与实现25-33
• 3.1 FOC电机控制系统总体分析25-26
• 3.2 基本的电压空间矢量划分26-29
• 3.3 扇区的确定29-30
• 3.4 SVPWM的实现方法30-33
• 第四章 电机驱动硬件系统实现33-41
• 4.1 硬件设计结构33
• 4.2 单片机MB9BF564KPMC简介及外围电路33-35
• 4.3 电源管理电路的设计35-36
• 4.4 驱动电路设计36-37
• 4.5 CAN通信接口设计37-38
• 4.6 PCB设计38-41
• 第五章 电机驱动软件实现41-47
• 5.1 IAR EWARM开发环境简介41
• 5.2 主程序设计41-42
• 5.3 系统初始化模块介绍42
• 5.4 FOC电机控制中断模块42-43
• 5.5 电机控制软件流程43-47
• 5.5.1 电流采样43
• 5.5.2 位置和速度估算43-47
• 第六章 系统调试与结果分析47-57
• 6.1 实验设备清单47-48
• 6.2 电机驱动设备实物图48-49
• 6.3 PCB的基本测试49-50
• 6.3.1 短路测试49
• 6.3.2 电源测试49-50
• 6.4 程序下载过程50-51
• 6.5 测试结果与分析51-57
• 6.5.1 测试设备的安装步骤51-52
• 6.5.2 速度平稳性测试52-54
• 6.5.3 快速加减速性能测试54-55
• 6.5.4 电流波形测试55
• 6.5.5 功耗效率测试55-57
• 总结与展望57-59
• 参考文献59-63
• 攻读学位期间取得的研究成果63-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王桂荣;李太峰;;基于SVPWM的PMSM矢量控制系统的建模与仿真[J];大电机技术;2012年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 尚U，

本文编号：657130