四轴飞翔器是近来在专业与非专业范畴都十分火爆的技能产品。下面这篇文章针对四轴飞翔器无方位传感器无刷直流电机的驱动操控，规划开发了三相六臂全桥驱动电路及操控程序。规划选用ATMEGA16单片机作为操控中心，运用反电势过零点检测轮番导通驱动电路的6个MOSFET完结换向;直流无刷电机操控程序完结MOSFET上电自检、电机发动软件操控，PWM电机转速操控以及电路维护功用。该规划电路结构简略，本钱低、电机工作安稳牢靠，完结了电机接连工作。
近年来，四轴飞翔器的研讨和运用规模逐渐扩展，它选用四个无刷直流电机作为其动力来历。无刷直流电机为外转子结构，直接驱动螺旋桨高速旋转。
无刷干流电机的驱动操控办法首要分为有方位传感器和无方位传感器的操控办法两种。因为在四轴飞翔器中的要求无刷直流电机操控器要求体积小、重量轻、高效牢靠，因此选用无方位传感器的无刷直流电机。本文选用的是朗宇X2212 kv980无刷直流电机。
无刷直流电机驱动操控体系包含驱动电路和体系程序操控两部分。选用功率管的开关特性构成三相全桥驱动电路，之后运用DSP作为主控芯片，凭借其强壮的运算处理才干，完结电机的发动与操控，但电路结构杂乱本钱高，缺少经济性。
直流无刷电机的换向选用反电势过零检测法，一旦检测到第三相的反电势过零点就为换向做准备。反电势过零检测选用虚拟中性点的办法，经过检测电机各相的反电势过零点来判别转子方位。而依据电机三相绕组端电压改动规则的电机电流换向理论，可以大大提高体系操控精度。
本文无刷直流电机的驱动电路选用三相六臂全桥电路，操控电路的办理操控芯片选用ATmega 16单片机完结，以充分发挥其高功用、资源丰富的特色，因此外围电路结构简略。无刷直流电机选用软件发动和PWM速度操控的办法，完结电机的发动和安稳工作，大大提高四轴飞翔器无刷直流电机的调速和操控功用。
1 三相六臂全桥驱动电路
无刷直流电机驱动操控电路如图1 所示。该电路选用三相六臂全桥驱动办法，选用此办法可以削减电流动摇和转矩脉动，使得电机输出较大的转矩。在电机驱动部分运用6个功率场效应管操控输出电压，四轴飞翔器中的直流无刷电机驱动电路电源电压为12 V.驱动电路中，Q1~Q3选用IR公司的IRFR5305(P沟道)，Q4~Q6为IRFR1205(N 沟道)。该场效应管内藏续流二极管，为场效应管关断时供给电流通路，以避免管子的反向击穿，其典型特性参数见表1.T1~T3 选用PDTC143ET 为场效应管供给驱动信号。
表1 MOSFET管参数
由图1 可知，A1~A3 供给三相全桥上桥臂栅极驱动信号，并与ATMEGA16单片机的硬件PWM驱动信号相接，经过改动PWM信号的占空比来完结电机转速操控;B1~B3供给下桥臂栅极驱动信号，由单片机的I/O口直接供给，具有导通与截止两种状况。
图1 无刷直流电机三相六臂全桥驱动电路
无刷直流电机驱动操控选用三相六状况操控战略，功率管具有六种触发状况，每次只要两个管子导通，每60°电视点换向一次，若某一时刻AB 相导通时，C 相到，无电流输出。单片机依据检测到的电机转子方位，运用MOSFET的开关特性，完结电机的通电操控，例如，当Q1、Q5 翻开时，AB 相导通，此刻电流流向为电源正极→Q1→绕组A→绕组B→Q5→电源负极。相似的，当MOSFET 翻开次序别离为Q1Q5,Q1Q6,Q2Q6,Q2Q4,Q3Q4,Q3Q5时，只要在适宜的机遇进行精确换向，就可完结无刷直流电机的接连工作。
2 反电势过零检测
无刷直流电机可以正常接连工作，就要对转子方位进行检测，然后完结精确换向。电机转子方位检测办法首要有光电编码盘、霍尔传感器、无感丈量三种办法.因为四轴飞翔器无刷直流电机要求体系结构简略、重量轻，因此选用无方位传感器的办法，运用第三相产生的感生电动势过零点时刻推迟30°换向。尽管该办法在电机发动时比较费事，可控性差，但因为电路简略、本钱低，因此适合于在正常飞翔过程中不需要频频发动的四轴飞翔器电机。
因为无刷直流电机的两相导通形式，因此可以运用不导通的第三相检测反电势的巨细。如图2反电势检测电路，中性点N 与单片机的AIN0 相接，Ain,Bin,Cin别离接单片机的ADC0,ADC1,ADC2.不停地比较中性点N电压与A,B,C三相三个端点电压的巨细，以检测出每相感生电动势的过零点。ATMEGA16单片机模仿比较器的正向输入端为AIN0,负向输入端依据ADMUX寄存器的装备而挑选ADC0,ADC1,ADC2,然后运用了单片机自带的模仿比较器的复用功用。当A,B相通电期间，C相反电势与中性点N进行比较，相似的，就可以成功检测出各相的过零事情。
图2 反电势检测电路
电机的反电势检测出来后，就可以找到反电势的过零点，在反电势过零后推迟30°电视点进行换向操作。3 操控程序规划
3.1 驱动操控电路上电自检
无刷直流电机驱动操控部分包含MOSFET 自检、电机发动操控和电压电流监测功用3部分。驱动操控电路的上电自检流程如图3 所示，包含MOSFET 短路特性与导通特性测验、以避免过流损坏电路。
图3 驱动操控电路上电自检流程图
3.2 软件发动操控
反电势检测法只要在电机正常工作后才干进行，当电机不转或转速很低时，其反电势无法检测，因此选用软件发动的办法。针对无方位传感器无刷直流电机的操控，本文选用三步发动的办法，首要，给A,B相通电一段时刻以固定电机转子方位;六状况轮番换向，通电时刻逐渐削减;检测第三相的反电势，若正常则发动成功，不然重新发动。详细的发动流程如图4所示。
图4 无刷无感直流电机发动流程
3.3 体系维护功用规划
四轴飞翔器的体系维护功用包含电压、电流监测功用。电池电压监测功用电路：经过简略的分压电路将电池电压降到单片机A/D 转化答应的输入规模内(0~5 V)，经过电压监测避免电压缺乏时电机停转;电流检测功用电路：经过0.01 Ω电阻采样电流，转化为电压，送到单片机的A/D转化口，以避免产生毛病时大电流损坏电路。在电流监测时，选用简略的数值均匀滤波办法，削弱瞬时峰值电流对丈量成果的影响。
4 结语
本文完结四轴飞翔器的直流无刷电机的驱动电路和体系操控软件程序规划。驱动电路选用三相六臂全桥电路，MOSFET 作为开关元件，运用ATmega 16 单片机作为操控芯片，反电势过零检测以及软件发动的操控办法，并推迟30°进行换向。正常发动后，单片机输出PWM 完结无刷直流电机转速调理。一起规划了电压、电流监测电路，确保体系安全，因此，该体系可以正常驱动无方位传感器无刷直流电机，而且可以运用于四轴飞翔器。
