測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置和方法，該裝置包括重物平臺(tái)、橋型應(yīng)變片、加速度計(jì)、紅外對(duì)管、AD轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、微處理單元、通訊模塊和上位機(jī)；加速度計(jì)置于重物平臺(tái)上，紅外對(duì)管安裝在重物平臺(tái)上并朝向電機(jī)，橋型應(yīng)變片置于重物平臺(tái)底部；電子調(diào)速器的5V電源輸出為測(cè)量裝置供電，其控制信號(hào)線與微處理單元的PWM輸出引腳相連；橋型應(yīng)變片與AD轉(zhuǎn)換模塊相連，紅外對(duì)管與電壓比較電路相連，加速度計(jì)、AD轉(zhuǎn)換模塊和電壓比較電路均與微處理單元相連，微處理單元通過(guò)通訊模塊與上位機(jī)通信；本發(fā)明可以用于篩選工作特性一致的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)，使得多旋翼無(wú)人機(jī)的控制不會(huì)因電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的差異而增加難度。
【專利說(shuō)明】測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置和方法，特別地，該裝置能夠?qū)?shù)據(jù)傳回上位機(jī)，并且在上位機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和保存，獲取需要的相關(guān)參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，小型旋翼無(wú)人機(jī)的研究與應(yīng)用越來(lái)越普遍，電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)作為其主要?jiǎng)恿?lái)源，其工作性能和參數(shù)的測(cè)試對(duì)后續(xù)研究有重要影響。但目前市面上已有的工具都只能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)螺旋槳某一方面穩(wěn)態(tài)參數(shù)的測(cè)試。例如，轉(zhuǎn)速計(jì)用來(lái)測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速值只能得到最后穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，無(wú)法測(cè)得速度達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間；碳纖維螺旋槳平衡器能測(cè)試螺旋槳自身的平衡性，但是由于電機(jī)軸心偏差引起的不平穩(wěn)卻無(wú)法測(cè)試。要對(duì)電機(jī)螺旋槳的總體工作性能進(jìn)行了解，并獲得其特性參數(shù)，還缺乏有效的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置和方法。該裝置能夠測(cè)試電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的工作性能，同時(shí)建立其工作特性曲線。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置，所測(cè)量的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)包含電子調(diào)速器、電池、電機(jī)和螺旋槳，電子調(diào)速器與電池相連，將電池電壓轉(zhuǎn)換成5V輸出；電子調(diào)速器與電機(jī)相連，螺旋槳安裝在電機(jī)軸心上；所述測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置包括重物平臺(tái)、橋型應(yīng)變片、加速度計(jì)、紅外對(duì)管、AD轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、微處理單元、通訊模塊和上位機(jī)；電機(jī)固定于重物平臺(tái)上，電子調(diào)速器和加速度計(jì)置于重物平臺(tái)上，紅外對(duì)管安裝在重物平臺(tái)上并朝向電機(jī)，橋型應(yīng)變片置于重物平臺(tái)底部；電子調(diào)速器的5V電源輸出為測(cè)量裝置供電，其控制信號(hào)線與微處理單元的PWM輸出引腳相連；橋型應(yīng)變片與AD轉(zhuǎn)換模塊相連，紅外對(duì)管與電壓比較電路相連，加速度計(jì)、AD轉(zhuǎn)換模塊和電壓比較電路均與微處理單元相連，微處理單元通過(guò)通訊模塊與上位機(jī)通信。
[0005]進(jìn)一步地，所述紅外對(duì)管由限流電阻Rl、封裝在殼體內(nèi)的發(fā)射管Dl和接收管D2組成，發(fā)射管Dl正極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與5V電源相連,發(fā)射管Dl負(fù)極接地；接收管D2負(fù)極接地；電壓比較電路包含電阻R2、電阻R3和三極管Ql，三極管Ql的集電極與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與5V電源相連，三極管Ql的發(fā)射極與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端接地；三極管Ql的基極與接收管D2的正極相連；三極管Ql的集電極作為speed信號(hào)輸出端與微處理單元的脈沖捕捉引腳相連。
[0006]一種應(yīng)用上述裝置測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的方法，包括以下步驟: Cl)上位機(jī)與微處理單元通信，微處理單元輸出PWM到電子調(diào)速器，啟動(dòng)電機(jī)；
(2)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生升力；橋型應(yīng)變片測(cè)量壓力信號(hào)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊，將壓力測(cè)量值傳回微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得升力值；加速度計(jì)測(cè)量震動(dòng)信號(hào)并發(fā)送到微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得三軸加速度值；紅外對(duì)管測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)電壓比較電路傳回微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得轉(zhuǎn)速值；
(3)微處理單元將處理后得到的升力值、加速度值和轉(zhuǎn)速值打包成數(shù)據(jù)幀通過(guò)通訊模塊發(fā)送到上位機(jī)；
(4)上位機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)幀解碼獲得實(shí)時(shí)的升力值、加速度值、轉(zhuǎn)速值并保存，同時(shí)繪制各項(xiàng)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線；根據(jù)升力值、轉(zhuǎn)速值與時(shí)間的實(shí)時(shí)曲線圖獲得電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值等參數(shù)；
(5)改變PWM值，重復(fù)步驟1-4，獲得不同PWM輸入下的升力值、轉(zhuǎn)速值曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值等參數(shù)；分析最大轉(zhuǎn)速下的加速度值變化曲線，通過(guò)比較最大轉(zhuǎn)速下的加速度值變化與設(shè)定的閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)定。
[0007]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過(guò)識(shí)別電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作時(shí)的震動(dòng)情況，判斷其是否可直接用于小型旋翼無(wú)人機(jī)上。本發(fā)明判定可用于小型旋翼無(wú)人機(jī)上的電機(jī)螺旋槳，則進(jìn)一步測(cè)試其工作時(shí)的數(shù)據(jù)，傳回上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)的處理，建立電機(jī)螺旋槳的工作特性曲線。本發(fā)明所建立的工作特性曲線，可用于無(wú)人機(jī)建模，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的精確控制。本發(fā)明可以用于篩選工作特性一致的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)，使得多旋翼無(wú)人機(jī)的控制不會(huì)因電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的差異而增加難度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1是本發(fā)明所要測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的連接框圖；
圖2是本發(fā)明中測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊電路圖；
圖4是本發(fā)明橋型應(yīng)變片電路圖；
圖5是本發(fā)明微處理單元的工作過(guò)程圖 圖6是本發(fā)明上位機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；
圖7是本發(fā)明上位機(jī)功能設(shè)計(jì)框圖；
圖8是本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
圖9是本發(fā)明實(shí)施例裝載槳葉I的系統(tǒng)三軸加速度曲線圖；
圖10是本發(fā)明實(shí)施例裝載槳葉2的系統(tǒng)三軸加速度曲線圖；
圖11是本發(fā)明實(shí)施例裝載槳葉2的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，本發(fā)明所測(cè)量的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)包含電子調(diào)速器、電池、電機(jī)和螺旋槳，電子調(diào)速器與電池相連，將電池電壓轉(zhuǎn)換成5V輸出；電子調(diào)速器與電機(jī)相連，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；螺旋槳安裝在電機(jī)軸心上，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]如圖2所示，本發(fā)明測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置包括重物平臺(tái)、橋型應(yīng)變片、加速度計(jì)、紅外對(duì)管、AD轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、微處理單元、通訊模塊和上位機(jī)。電機(jī)固定于重物平臺(tái)上，電子調(diào)速器、加速度計(jì)置于重物平臺(tái)上，紅外對(duì)管安裝在重物平臺(tái)上并朝向電機(jī)，橋型應(yīng)變片置于重物平臺(tái)底部。電子調(diào)速器的5V電源輸出為測(cè)量裝置供電，其控制信號(hào)線與微處理單元的PWM輸出引腳相連。橋型應(yīng)變片與AD轉(zhuǎn)換模塊相連，紅外對(duì)管與電壓比較電路相連，加速度計(jì)、AD轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路均與微處理單元相連，微處理單元通過(guò)通訊模塊與上位機(jī)通信。
[0011]本發(fā)明中所用的固定電機(jī)的重物平臺(tái)，實(shí)際由兩部分組成，外部是一個(gè)高強(qiáng)度的塑料筒，內(nèi)部則是重物砝碼。根據(jù)需要，可在塑料筒內(nèi)部放置不同規(guī)格的砝碼，使得重物平臺(tái)總重量比電機(jī)最大升力大。塑料筒頂部可以打出用于固定電機(jī)的安裝孔。
[0012]本發(fā)明中的轉(zhuǎn)速測(cè)量主要由紅外對(duì)管完成，紅外對(duì)管朝向電機(jī)安裝，電機(jī)表面貼上白色標(biāo)簽，紅外發(fā)射管向白色標(biāo)簽發(fā)射信號(hào)時(shí)，接收管輸出高電平，向黑色電機(jī)表面發(fā)射信號(hào)時(shí)，接收管輸出低電平。接收管輸出信號(hào)是連續(xù)模擬信號(hào)，通過(guò)電壓比較電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號(hào)，再與微處理單元的脈沖捕獲引腳相連，將脈沖計(jì)數(shù)測(cè)速和脈沖周期測(cè)速得到的轉(zhuǎn)速進(jìn)行融合得到實(shí)際的轉(zhuǎn)速。圖3為紅外對(duì)管與電壓比較電路的電路圖，紅外對(duì)管由限流電阻R1、封裝在殼體內(nèi)的發(fā)射管Dl和接收管D2組成，發(fā)射管Dl正極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與5V電源相連，發(fā)射管Dl負(fù)極接地。接收管D2負(fù)極接地。電壓比較電路包含電阻R2、電阻R3和三極管Q1，三極管Ql的集電極與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與5V電源相連，三極管Ql的發(fā)射極與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端接地。三極管Ql的基極與接收管D2的正極相連。三極管Ql的集電極作為speed信號(hào)輸出端與微處理單元的脈沖捕捉引腳相連。
[0013]本發(fā)明中的升力測(cè)量由橋型應(yīng)變片完成，如圖4所示，橋型應(yīng)變片是由四個(gè)壓變電阻R4、R5、R6、R7組成的橋型應(yīng)變電路，橋型應(yīng)變片輸出的信號(hào)通過(guò)兩路差分輸入AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行放大轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換芯片與微處理單元進(jìn)行通訊。橋型應(yīng)變片安裝于重物平臺(tái)底部，測(cè)量壓力的減少值，該減少值即是電機(jī)升力大小。
[0014]本發(fā)明中的加速度計(jì)安裝在重物平臺(tái)上，直接感受不同狀態(tài)下系統(tǒng)的震動(dòng)狀況，通過(guò)SPI或者I2C協(xié)議與微處理單元進(jìn)行通訊。
[0015]如圖5所示，微處理單元通過(guò)串口接收中斷方式，經(jīng)通訊模塊接收來(lái)自上位機(jī)軟件的控制指令，解碼，設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過(guò)脈沖捕捉中斷讀取相鄰脈沖上升沿之間的時(shí)間，累計(jì)脈沖數(shù)。在主循環(huán)里，每20ms定時(shí)讀取三軸加速度、利用上升沿間的時(shí)間、累計(jì)脈沖數(shù)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，讀取電機(jī)升力，數(shù)據(jù)更新結(jié)束后，傳回上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理并保存。
[0016]如圖6所示，上位機(jī)可以由普通PC機(jī)實(shí)現(xiàn)，它與微處理單元之間主要采用藍(lán)牙方式通訊。上位機(jī)的功能主要有，控制指令的下傳，設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速、開/停機(jī)等；傳感器數(shù)據(jù)的上傳、解碼；通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)幀的解析，可以獲得實(shí)時(shí)的傳感器數(shù)據(jù)，包括升力、加速度、轉(zhuǎn)速。
[0017]上位機(jī)可以實(shí)時(shí)的顯示串口數(shù)據(jù)，并解析傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)值大小，繪制實(shí)時(shí)曲線。實(shí)際使用中，上位機(jī)發(fā)給微處理單元一個(gè)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，對(duì)電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)階躍激勵(lì)信號(hào)，輸出數(shù)據(jù)即為電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。在線繪制升力與時(shí)間、轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系曲線，從中可以獲得系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)、穩(wěn)定時(shí)間、超調(diào)量等動(dòng)態(tài)參數(shù)，這些參數(shù)可以用于后續(xù)無(wú)人旋翼機(jī)的建模中。繪制三軸加速度與時(shí)間的關(guān)系，對(duì)比電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與靜止時(shí)加速度的變化，若是在無(wú)外加減震措施情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)在靜止時(shí)的數(shù)據(jù)的±2m/s2以內(nèi)，則震動(dòng)較小，可直接用于旋翼機(jī)上，若震動(dòng)較大，則需要進(jìn)一步調(diào)整。
[0018]實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以對(duì)保存的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。進(jìn)一步離線繪制升力與PWM、轉(zhuǎn)速與PWM的關(guān)系曲線，通過(guò)對(duì)比曲線，可以選擇出特性曲線比較接近的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)。同時(shí)該特性曲線可以用于無(wú)人旋翼機(jī)的控制仿真。
[0019]圖7為本發(fā)明上位機(jī)功能設(shè)計(jì)框圖，按照上面所述的上位機(jī)的功能逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，設(shè)置監(jiān)控窗口可以實(shí)時(shí)查看收到的數(shù)據(jù)，并將其中有效的傳感器數(shù)據(jù)解析并實(shí)時(shí)顯示在顯示控件上，選擇藍(lán)牙串口模塊在當(dāng)前所用的電腦上對(duì)應(yīng)的串口號(hào)，同時(shí)通過(guò)點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的各個(gè)按鈕能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)通訊的開關(guān)，數(shù)據(jù)保存的開關(guān)(默認(rèn)為開)，以及對(duì)已經(jīng)保存的數(shù)據(jù)的清除，整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉。設(shè)定輸入行可以任意設(shè)置合理的PWM輸入并下傳，便于實(shí)驗(yàn)的操作和設(shè)計(jì)，曲線顯示部分可以通過(guò)選擇曲線類型，實(shí)時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)(升力，轉(zhuǎn)速，PWM輸入，加速度)隨著時(shí)間變化的曲線，便于實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)觀測(cè)，同時(shí)數(shù)據(jù)分析部分可以顯示各項(xiàng)傳感器數(shù)據(jù)(升力，轉(zhuǎn)速，加速度)與PWM輸入的關(guān)系曲線，在PWM輸入不變時(shí)能夠觀測(cè)數(shù)據(jù)抖動(dòng)情況，同時(shí)在設(shè)定新的PWM輸入時(shí)看到數(shù)據(jù)的響應(yīng)情況。整個(gè)上位機(jī)界面運(yùn)行和操作時(shí)，可以實(shí)時(shí)提示當(dāng)前的狀態(tài)，例如操作是否完成，數(shù)據(jù)是否在保存等，進(jìn)一步的方便人員的操作。
[0020]本發(fā)明測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的方法，包括以下步驟:
1、上位機(jī)與微處理單元通信，微處理單元輸出PWM到電子調(diào)速器，啟動(dòng)電機(jī)。
[0021]2、電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生升力。橋型應(yīng)變片測(cè)量壓力信號(hào)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊，將壓力測(cè)量值傳回微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得升力值；加速度計(jì)測(cè)量震動(dòng)信號(hào)并發(fā)送到微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得三軸加速度值；紅外對(duì)管測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)電壓比較電路傳回微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得轉(zhuǎn)速值。
[0022]3、微處理單元將處理后得到的升力值、加速度值和轉(zhuǎn)速值打包成數(shù)據(jù)幀通過(guò)通訊模塊發(fā)送到上位機(jī)。
[0023]4、上位機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)幀解碼獲得實(shí)時(shí)的升力值、加速度值、轉(zhuǎn)速值并保存，同時(shí)繪制各項(xiàng)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線。根據(jù)升力值、轉(zhuǎn)速值與時(shí)間的實(shí)時(shí)曲線圖獲得電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值等參數(shù)。
[0024]5、改變PWM值，重復(fù)步驟1-4，獲得不同PWM輸入下的升力、轉(zhuǎn)速值曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值等參數(shù)。分析最大轉(zhuǎn)速下的加速度值變化曲線，通過(guò)比較最大轉(zhuǎn)速下的加速度值變化與設(shè)定的閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)定。
[0025]所述閾值由技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，無(wú)特殊要求。
[0026]圖8所示為本發(fā)明的實(shí)施例框圖，本發(fā)明實(shí)施例中的加速度計(jì)模塊采用AD公司的三軸加速度計(jì)ADXL345，該加速度計(jì)工作于全分辨率模式，分辨率為3.9mg/LSB,測(cè)量范圍為±16g，與微處理單元的I2C接口連接通訊。模塊安裝于塑料筒的上表面，通過(guò)加速度的波動(dòng)情況感知電機(jī)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的震動(dòng)情況。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中的升力測(cè)量模塊由橋型應(yīng)變片電路(如圖4)完成壓力測(cè)量，應(yīng)變片電路輸出信號(hào)經(jīng)由Α/D轉(zhuǎn)換器(本發(fā)明實(shí)施例選用芯片HX711)轉(zhuǎn)換輸出，與微處理單兀普通IO 口連接，IO 口通過(guò)模擬HX711要求的協(xié)議進(jìn)行通訊。該模塊置于重物平臺(tái)底部，實(shí)際中測(cè)量壓力的減少值即電機(jī)升力大小。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)核心板選用STM32F103作為主控芯片，由電子調(diào)速器的5V輸出供電，STM32輸出PWM控制電子調(diào)速器，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，槳會(huì)產(chǎn)生升力，使得應(yīng)變片測(cè)得的壓力變小，測(cè)量該減小值便能獲得升力值。紅外發(fā)射管(本發(fā)明實(shí)施例選用億光紅外對(duì)管)朝向電機(jī)發(fā)射紅外光，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，STM32接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)定時(shí)器的輸入捕獲引腳，獲得兩個(gè)脈沖上升沿之間的時(shí)間，該時(shí)間即為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)間；同時(shí)，對(duì)一定時(shí)間內(nèi)獲得的脈沖上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，該值即為電機(jī)在固定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，對(duì)兩者進(jìn)行處理，獲得電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)本身會(huì)由于軸心的偏差或者槳的不平衡，產(chǎn)生震動(dòng)。測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)加速計(jì)輸出的大小，與靜止時(shí)加速度計(jì)的輸出做對(duì)比，判斷該電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)是否振動(dòng)過(guò)大，若過(guò)大，則需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行替換或者調(diào)整。STM32測(cè)得的升力、轉(zhuǎn)速、加速度數(shù)據(jù)將通過(guò)藍(lán)牙模塊實(shí)時(shí)傳回電腦，通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行保存和處理。
[0029]本實(shí)施例做出的兩組實(shí)驗(yàn)，使用了同一款電機(jī)(本發(fā)明實(shí)施例選用朗宇X4112S)和兩個(gè)同規(guī)格、外觀上無(wú)明顯區(qū)別的的槳葉(槳葉I和槳葉2)，給定50%的PWM輸入，測(cè)得兩組系統(tǒng)的加速度數(shù)據(jù)(如圖9、圖10所示)，可以得到震動(dòng)情況對(duì)比?？梢钥闯鲅b載槳葉2的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)其X、Y軸向的加速度變化范圍在土2m/s2內(nèi)，相比槳葉I在X、Y軸向的加速度范圍±4m/s2，其震動(dòng)更小。選擇槳葉2測(cè)出50%PWM輸入下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線(如圖11所示)，可以得到電機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為2200r/min，經(jīng)歷0.9s的上升時(shí)間到達(dá)穩(wěn)定值，系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，時(shí)間常數(shù)約為0.4，超調(diào)量近似為零。實(shí)驗(yàn)所得的各項(xiàng)參數(shù)可用于后期的數(shù)學(xué)模型的建立和分析。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置，所測(cè)量的電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)包含電子調(diào)速器、電池、電機(jī)和螺旋槳，電子調(diào)速器與電池相連，將電池電壓轉(zhuǎn)換成5V輸出；電子調(diào)速器與電機(jī)相連，螺旋槳安裝在電機(jī)軸心上；其特征在于，所述測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置包括重物平臺(tái)、橋型應(yīng)變片、加速度計(jì)、紅外對(duì)管、AD轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、微處理單元、通訊模塊和上位機(jī)；電機(jī)固定于重物平臺(tái)上，電子調(diào)速器和加速度計(jì)置于重物平臺(tái)上，紅外對(duì)管安裝在重物平臺(tái)上并朝向電機(jī)，橋型應(yīng)變片置于重物平臺(tái)底部；電子調(diào)速器的5V電源輸出為測(cè)量裝置供電，其控制信號(hào)線與微處理單元的PWM輸出引腳相連；橋型應(yīng)變片與AD轉(zhuǎn)換模塊相連，紅外對(duì)管與電壓比較電路相連，加速度計(jì)、AD轉(zhuǎn)換模塊和電壓比較電路均與微處理單元相連，微處理單元通過(guò)通訊模塊與上位機(jī)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的裝置，其特征在于，所述紅外對(duì)管由限流電阻R1、封裝在殼體內(nèi)的發(fā)射管Dl和接收管D2組成，發(fā)射管Dl正極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與5V電源相連，發(fā)射管Dl負(fù)極接地；接收管D2負(fù)極接地；電壓比較電路包含電阻R2、電阻R3和三極管Q1，三極管Ql的集電極與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端與5V電源相連,三極管Ql的發(fā)射極與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端接地；三極管Ql的基極與接收管D2的正極相連；三極管Ql的集電極作為speed信號(hào)輸出端與微處理單元的脈沖捕捉引腳相連。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置測(cè)量電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)工作性能及參數(shù)的方法，其特征在于，包括以下步驟: Cl)上位機(jī)與微處理單元通信，微處理單元輸出PWM到電子調(diào)速器，啟動(dòng)電機(jī)； (2)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生升力；橋型應(yīng)變片測(cè)量壓力信號(hào)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊，將壓力測(cè)量值傳回微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得升力值；加速度計(jì)測(cè)量震動(dòng)信號(hào)并發(fā)送到微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得三軸加速度值；紅外對(duì)管測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)電壓比較電路傳回微處理單元，經(jīng)微處理單元處理獲得轉(zhuǎn)速值； (3)微處理單元將處理后得到的升力值、加速度值和轉(zhuǎn)速值打包成數(shù)據(jù)幀通過(guò)通訊模塊發(fā)送到上位機(jī)； (4)上位機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)幀解碼獲得實(shí)時(shí)的升力值、加速度值、轉(zhuǎn)速值并保存，同時(shí)繪制各項(xiàng)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線；根據(jù)升力值、轉(zhuǎn)速值與時(shí)間的實(shí)時(shí)曲線圖獲得電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值等參數(shù)； (5)改變PWM值，重復(fù)步驟1-4，獲得不同PWM輸入下的升力、轉(zhuǎn)速值曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)值等參數(shù)；分析最大轉(zhuǎn)速下的加速度值變化曲線，通過(guò)比較最大轉(zhuǎn)速下的加速度值變化與設(shè)定的閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)螺旋槳系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)定。
【文檔編號(hào)】G01H17/00GK103983403SQ201410026506
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】宋子豪, 李偉榮, 方舟, 李平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)