论文总字数：18634字

摘 要

四轴飞行器是当前军事侦察和地面监视的研究热点之一，它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，从而调整自身的姿态，并且用软件实现飞行器的启动，角度调控，远程控制，使该项目具有更好的可移植性。它是以基本运动原理为基础，以微机控制技术为核心的产物，在实际生活中获得广泛应用。

本文基于三相电机的启动原理，通过制作电机的硬件驱动电路，以及合适的DSP的PWM波输出控制，给出了一种可行的电机启动方法。该方法利用盲启动时的预测换相，以及启动之后的捕获边沿与AD判决过零点换相，使得电机能启动并且达到较高的转速。

本文在硬件方面使用Altium Designer 进行硬件原理图绘制，采用面包板搭线制作电机驱动板，在软件方面使用CCSv5.1编程环境，采用C语言编程实现了PWM波的动态输出，进而实现了电机的启动，换相。实验结果表明，该方法能让电机成功加速到PWM占空比50%以上。

关键词：预测换相 PWM动态输出 捕获边沿 AD判决

The research of starting algorithm in Brushless DC motor

Abstract

Nowadays, four axis aircraft is one of the hotspots in military reconnaissance and ground surveillance. Its four screw propellers are all directly linked simple mechanism. Meanwhile, the cross-shaped layout allows the aircraft to get rotating force by changing the motor speed, and then it can adjust its own flight attitude. What’s more, the launch of aircraft, attitude adjustment, remote control and so on are almost realized through software, which makes it easy to extend and accommodate. Four axis aircraft is based on basic motion principle and computer control technology. Altogether, four axis aircraft is widely used in real life.

In this paper, a starting algorithm based on software for three-phrase machine is given. By

making hardware driver circuit of motor, together with appropriate pwm output control, this paper points out a feasible method of starting DC motor. This method use predicted phrase, together with the capture edge after boot and AD decision, so the DC motor can start and reach a higher rotational speed.

This paper use Altium Designer to draw hardware, use bread circuit board to make motor drive circuit board. In terms of software , we use CCSv5.1 to write C program. So the dynamic output of PWM wave is realized. And then we started the motor smoothly. Experimental results show that this method can accelerate the motor to such a degree in which the duty cycle of PWM rise to 50% or more.

Keywords: Predictive conversion phase; PWM dynamic output; Capture edge;AD decision

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题来源及研究背景 1

1.2 国内外的研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 1

1.3 本文所做的工作 2

第二章 无刷无感直流电机驱动电路硬件设计 3

2.1 电机旋转的通电电流和换相原理分析 3

2.2三相六桥臂驱动电路设计 5

2.2.1 mos管换相控制电路设计 5

2.2.2 mos管蛇形线电流检测部分设计 6

2.3过零点检测电路设计 8

2.3.1 电阻分压网络电路设计 9

2.3.2过零比较与数据选择器电路设计 11

2.4 三极管驱动电路设计 13

2.4.1 上桥臂mos管驱动电路设计 13

2.4.2 下桥臂mos管驱动电路设计 14

第三章 无刷无感直流电机启动算法设计 15

3.1 直流电机启动原理与程序设计 15

3.1.1 电机启动原理概述 15

3.1.2 电机盲动换相时间的数学分析 16

3.1.3 电机启动函数流程图描述 18

3.2 直流电机过零点换相检测原理与程序设计 19

3.2.1 DSP捕获单元和AD采样联合检测过零点 19

3.2.2 过零点检测函数流程图描述 20

第四章 总结和展望 21

4.1 总结评价(遇到的问题和解决方案) 21

4.2 展望 22

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1 课题来源及研究背景

四轴飞行器自身拥有动力设备，在无人操作的情况下能够实现飞行，它通过空气动力来对消自重，能够完成自主和遥控飞行。如今科学技术越来越高，四轴飞行器技术也获得了很大的进步，它被普遍地应用于军事及民用场合，例如：人们将它用来侦查探测，数据采集，通信中继等等，运用四轴飞行器来实现上面所讲的功能，既灵活性高又成本低，另外能够减小对人员的需求。

四轴飞行器跟另外的飞行器相对比，它突出的地方是组成单一，飞行敏锐，相对于经典的直升机来说，它能更快捷地达到任务目的，重中之重，人们在对四轴飞行器进行研习时需要用到更多领域的高端理论技术，比如：空气动力学，自动控制，自主导航，传感技术等等。如今，由于传感器及计算机技术持续提高，四轴飞行器扮演了总钻研平台的角色，方便以上领域的研究。所以，对于科学技术钻研和综合实际应用，四轴飞行器技术都起着很重要的作用。

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 国外研究现状

全球的研究人员致力于微小型四轴飞行器的自主飞行和多机协调编队等的研究，完成前者的方法集中在以下3个方面：自主飞行器的系统方法，依据视觉导航的自主飞行调节和依据惯性导航的自主飞行调节。 很多系统如美国乔治亚理工大学的GTMARS系统，瑞士洛桑联邦科技学院的OS4系统和美国宾夕法尼亚大学的HMX-4系统都在这些方面获得了很大的成果。另外，针对后者，则美国斯坦福大学的Mesicopter项目做出了巨大贡献。

1.2.2 国内研究现状

如今，大量国内高等院校展开了有关四轴飞行器的探索工作。北京理工大学的智能机器人研究所，国防科技大学的机器人实验室以及上海交通大学的微纳米科学技术研究院等均在该方向做了许多研究。

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