CN105846731A - 飞行器及其电机控制方法、装置和*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种飞行器及其电机控制方法、装置和***，该电机控制方法包括以下步骤：S1、利用获取到的电机的目标转速和电机当前的实际转速进行PID运算；S2、根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，并在判断为是时控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量。本发明弥补了现有技术中控制电机的转速时不能使电机良好的跟随控制命令而导致控制效果不理想的不足，采用闭环调速的方式调整驱动器的驱动量，进而调整电机的转速，使得电机的转速得到精准地控制。

Description

飞行器及其电机控制方法、装置和***
技术领域
本发明涉及一种飞行器及其电机控制方法、装置和***。
背景技术
无刷直流电机，由于其无电刷、低干扰，噪音低、运转顺畅，寿命长、低维护成本等优点，通常被使用在控制要求较高、转速也较高的设备上，如航模、无人机等对电机转速控制严格且转速很高的设备。
现有技术中，无刷直流电机在航模、无人机等方面的应用，多采用开环控制方式，用于控制电机转速。我们知道，为了达到良好的飞行稳定性和机动性，电机转速需要实时跟随控制器设定的速度值。
然而，在实际应用于飞行器中时，电机转速易受到外部环境如颠簸、气流、振动方面的因素的影响。若只是通过现有技术中采用的开环控制方式，电机驱动器接收的控制命令为油门量，仅能实现当电机转速低于目标转速时快速提高转速，不能设定实际需要的目标转速值，并且当电机实际转速高于目标转速时，由于螺旋桨和电机具有较高的转动动能不能实现快速降速，进而不能获得良好的飞行稳定性和机动性。因此，飞行器的电机转速容易受到干扰，不能良好的跟随控制命令，控制效果不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中控制电机的转速时不能使电机良好的跟随控制命令而导致控制效果不理想的缺陷，提供一种飞行器及其电机控制方法、装置和***。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种飞行器的电机控制方法，其特点是，该电机控制方法包括以下步骤：
S1、利用获取到的电机的目标转速和电机当前的实际转速进行PID(比例-积分-微分)运算；
S2、根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，并在判断为是时控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量。
本技术方案通过闭环调速的方式调整驱动器的驱动量，进而调整电机的转速，使得电机的转速得到精准地控制，尤其是防止了电机当前的实际转速高于目标转速。本技术方案针对的电机可以为无刷直流电机(BLDC，Brushless DC Motor)，以其自身的优越特性能够进一步提高对其转速的控制精确性。该刹车操作可以为将电机的三相通过脉宽调制方式短接。该刹车操作中还可以通过调节脉宽调制方式的占空比控制刹车力度。
较佳的，该电机控制方法还包括在执行S1之前执行以下步骤：
S01、判断获取到的电机的目标转速是否大于零转速，若是，执行S02，若否，执行S03；
S02、判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，执行启动函数，若否，执行S1；
S03、判断电机当前的实际转速是否为零转速，并判断为否时执行停机函数。
该启动函数为现有数字化控制中的一种控制电机启动的方式，该停机函数为现有数字化控制中的一种控制电机停止运行的方式。
较佳的，该电机控制方法还包括以下步骤：
在执行S01之前初始化该驱动器；
和/或，在电机当前的实际转速不为零转速时检测电机是否出现运行错误，并在检测出现运行错误时执行停机函数。
较佳的，该电机控制方法还包括从该飞行器的控制器获取目标转速的步骤。
较佳的，S2还包括在判断出不需要刹车时控制电机维持当前的实际转速或提升当前的实际转速。
本发明还提供一种飞行器的电机控制装置，其特点是，该电机控制装置包括一计算模块和一第一判断模块；
该计算模块用于利用获取到的电机的目标转速和电机当前的实际转速进行PID运算，然后调用该第一判断模块；
该第一判断模块用于根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，并在判断为是时控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量。
较佳的，该电机控制装置还包括一第二判断模块、一第三判断模块和一第四判断模块；
该第二判断模块用于在调用该计算模块之前判断获取到的电机的目标转速是否大于零转速，若是，调用该第三判断模块，若否，调用该第四判断模块；
该第三判断模块用于判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，执行启动函数，若否，调用该计算模块；
该第四判断模块用于判断电机当前的实际转速是否为零转速，并判断为否时执行停机函数。
较佳的，该电机控制装置还包括一初始化模块和/或一检测模块：
该初始化模块用于初始化该驱动器，然后调用该第二判断模块；
该检测模块用于在电机当前的实际转速不为零转速时检测电机是否出现运行错误，并在检测出现运行错误时执行停机函数。
较佳的，该电机控制装置还包括一获取模块，该获取模块用于从该飞行器的控制器获取目标转速。
较佳的，该第一判断模块还用于在判断出不需要刹车时控制电机维持当前的实际转速或提升当前的实际转速。
本发明还提供一种飞行器的电机控制***，其特点是，该电机控制***包括若干上述各优选条件任意组合的电机控制装置，该些电机控制装置均与该飞行器的控制器连接。
本发明还提供一种飞行器，其特点是，包括若干电机和一控制器，每一电机分别配有上述各优选条件任意组合的一电机控制装置和一如上所述的驱动器，每一电机控制装置是从该控制器获取目标转速的。
较佳的，该飞行器中电机的数量为4个、6个或8个。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明采用闭环调速的方式调整驱动器的驱动量，进而调整电机的转速，使得电机的转速得到精准地控制。
附图说明
图1为本发明实施例1的控制方法的流程图。
图2为本发明实施例1的电机的驱动电路图。
图3为本发明实施例1的电机运行的控制时序图。
图4为本发明实施例1的电机控制装置的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种飞行器包括4个电机、4个驱动器和一控制器，其中电机为永磁无刷直流电机，驱动器为六路开关驱动器。虽然该些电机相互独立，分别由一个驱动器驱动，但每一电机的控制方法均相同，下面针对其中的一个电机说明一下其控制方法：
参见图1，该控制方法包括以下步骤：
步骤1001、初始化驱动电机的驱动器。
步骤1002、从该控制器获取一目标转速，该目标转速可以包含在该控制器发送的控制指令中。
步骤1003、判断获取到的电机的目标转速是否大于零转速，若是，则说明需要电机处于运行状态，执行步骤1004，若否，则说明电机不需要处于运行状态，执行步骤1005。
步骤1004、判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，执行启动函数，然后返回步骤1002，若否，执行步骤1006。该启动函数控制电机的驱动量使电机由停转状态进入运转状态。
步骤1005、判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，返回步骤1002，若否，执行停机函数，然后返回步骤1002。该停机函数控制电机的驱动量使电机由运转状态进入停转状态。
步骤1006、利用目标转速和实际转速进行PID运算。
步骤1007、根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，若是，执行步骤1008，若否，执行步骤1009。
步骤1008、控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量，然后返回步骤1002。
步骤1009、控制电机维持当前的实际转速或提升当前的实际转速，然后返回步骤1002。
具体的，在步骤1007中，若该运算结果为负数则说明需要刹车，若该运算结果为正数则说明需要提升当前的实际转速，若该运算结果为0则说明需要维持当前的实际转速，至于步骤1008和步骤1009中驱动量的值则依该运算结果的绝对值的大小而定。
该控制方法还包括以下步骤：
在电机当前的实际转速不为零转速时检测电机是否出现运行错误，并在检测出现运行错误时执行停机函数。
为了实现上述刹车操作，电机采用如图2所示的驱动电路。电源通过三相逆变电路与电机连接，驱动器的控制管脚分别为A+、A-、B+、B-、C+和C-，通过控制该些控制管脚驱动电机。电机运行的控制时序图如图3所示。采用三相六步控制方式，控制管脚高电平时驱动器件导通，控制管脚低电平时驱动器件关断。其中图(a)为电机方波驱动简图，图(b)为正常运行时该些控制管脚的波形图，图(c)为刹车时该些控制管脚的波形图。需要启动电机时根据转子位置使电机三相中一相接通电源+，一相接通电源-，另一相悬空，连续驱动电机运转，通过脉宽调制方式控制电机转速。需要执行刹车操作时将电机三相通过脉宽调制方式短接，并通过调节脉宽调试方式的占空比控制刹车力度。
参见图4，用于实现该电机控制方法的电机控制装置包括一初始化模块2001、一获取模块2002、一第一判断模块2003、一第二判断模块2004、一第三判断模块2005、一第四判断模块2006、一计算模块2007和一检测模块2008。
该初始化模块2001用于初始化驱动电机的驱动器，然后调用该获取模块2002。
该获取模块2002用于从该飞行器的控制器获取目标转速然后调用该第二判断模块2004。目标转速可以包含在该控制器发送的控制指令中。
该第二判断模块2004用于判断获取到的电机的目标转速是否大于零转速，若是，调用该第三判断模块2005，若否，调用该第四判断模块2006。
该第三判断模块2005用于判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，执行启动函数然后调用该获取模块2002，若否，调用该计算模块2007。该启动函数控制电机的驱动量使电机由停转状态进入运转状态。
该第四判断模块2006用于判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，调用该获取模块2002，若否，执行停机函数然后调用该获取模块2002。该停机函数控制电机的驱动量使电机由运转状态进入停转状态。
该计算模块2007用于利用目标转速和实际转速进行PID运算，然后调用该第一判断模块2003。
该第一判断模块2003用于根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，若是，控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量然后调用该获取模块2002，若否，控制电机维持当前的实际转速或提升当前的实际转速然后调用该获取模块2002。
该检测模块2008用于在电机当前的实际转速不为零转速时检测电机是否出现运行错误，并在检测出现运行错误时执行停机函数。
该飞行器的该些电机的电机控制装置组成了本实施例的电机控制***。
本实施例的飞行器除了包括4个电机、4个驱动器和控制器之外，还包括4个电机控制装置，每个电机控制装置分别对应一个电机，其中，每一电机控制装置均是从该控制器获取目标转速的。
实施例2
本实施例与实施例1的飞行器基本相同，不同之处在于，本实施例的飞行器包括6个电机、6个驱动器和一个与实施例1相同的控制器，每个电机分别对应一个电机控制装置。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种飞行器的电机控制方法，其特征在于，该电机控制方法包括以下步骤：
S1、利用获取到的电机的目标转速和电机当前的实际转速进行PID运算；
S2、根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，并在判断为是时控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量。
2.如权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，该电机控制方法还包括在执行S1之前执行以下步骤：
S01、判断获取到的电机的目标转速是否大于零转速，若是，执行S02，若否，执行S03；
S02、判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，执行启动函数，若否，执行S1；
S03、判断电机当前的实际转速是否为零转速，并判断为否时执行停机函数。
3.如权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，该电机控制方法还包括以下步骤：
在执行S01之前初始化该驱动器；
和/或，在电机当前的实际转速不为零转速时检测电机是否出现运行错误，并在检测出现运行错误时执行停机函数。
4.如权利要求1或2所述的电机控制方法，其特征在于，该电机控制方法还包括从该飞行器的控制器获取目标转速的步骤。
5.如权利要求1或2所述的电机控制方法，其特征在于，S2还包括在判断出不需要刹车时控制电机维持当前的实际转速或提升当前的实际转速。
6.一种飞行器的电机控制装置，其特征在于，该电机控制装置包括一计算模块和一第一判断模块；
该计算模块用于利用获取到的电机的目标转速和电机当前的实际转速进行PID运算，然后调用该第一判断模块；
该第一判断模块用于根据PID运算的运算结果判断是否需要刹车，并在判断为是时控制电机执行刹车操作及按照该运算结果调整驱动电机的驱动器的驱动量。
7.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，该电机控制装置还包括一第二判断模块、一第三判断模块和一第四判断模块；
该第二判断模块用于在调用该计算模块之前判断获取到的电机的目标转速是否大于零转速，若是，调用该第三判断模块，若否，调用该第四判断模块；
该第三判断模块用于判断电机当前的实际转速是否为零转速，若是，执行启动函数，若否，调用该计算模块；
该第四判断模块用于判断电机当前的实际转速是否为零转速，并判断为否时执行停机函数。
8.如权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，该电机控制装置还包括一初始化模块和/或一检测模块：
该初始化模块用于初始化该驱动器，然后调用该第二判断模块；
该检测模块用于在电机当前的实际转速不为零转速时检测电机是否出现运行错误，并在检测出现运行错误时执行停机函数。
9.如权利要求6或7所述的电机控制装置，其特征在于，该电机控制装置还包括一获取模块，该获取模块用于从该飞行器的控制器获取目标转速。
10.如权利要求6或7所述的电机控制装置，其特征在于，该第一判断模块还用于在判断出不需要刹车时控制电机维持当前的实际转速或提升当前的实际转速。
11.一种飞行器的电机控制***，其特征在于，该电机控制***包括若干如权利要求6-10中任意一项所述的电机控制装置，该些电机控制装置均与该飞行器的控制器连接。
12.一种飞行器，其特征在于，包括若干电机和一控制器，每一电机分别配有一如权利要求6-10中任意一项所述的电机控制装置和一权利要求6中的驱动器，每一电机控制装置是从该控制器获取目标转速的。
13.如权利要求12所述的飞行器，其特征在于，该飞行器中电机的数量为4个、6个或8个。
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