电机控制系统和无人飞行器的制作方法

本实用新型涉及电机控制
技术领域：
，特别涉及一种电机控制系统和使用该电机控制系统的无人飞行器。
背景技术：
：无人飞行器采用电机来带动螺旋桨转动以提供飞行动力。目前，一个电机，例如直流无刷电机，通常采用单个电子调速器来驱动，当电子调速器出现故障时，则使无人飞行器直接失去了相应的轴的动力，导致无人飞行器飞行不稳定，严重时可能会发生安全事故，例如无人飞行器失控坠落等。技术实现要素：有鉴于此，有必要提出一种电机控制系统和使用该电机控制系统的无人飞行器，以解决上述问题。一种电机控制系统，用于驱动一电机转动以及监控所述电机的转动状态。所述电机控制系统包括第一电子调速器、第二电子调速器以及控制器。所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器分别与所述电机电连接。所述第一电子调速器与所述第二电子调速器分别采用不同的驱动方式驱动所述电机转动。所述控制器与所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器分别通信连接。其中，所述控制器选择所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器中的其中一个作为驱动器驱动所述电机转动，并选择所述其中一个或另外一个作为监控器监控所述电机的转动状态。进一步地，当监控到所述电机的转动状态发生异常时，所述控制器选择所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机。进一步地，所述电机为无刷直流电机，所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器中的其中一个采用正弦波驱动方式驱动所述电机转动，另外一个采用方波驱动方式驱动所述电机转动。进一步地，所述控制器在所述电机正常转动时选择采用正弦波驱动方式的电子调速器驱动所述电机转动，以及在所述电机的转动状态发生异常时选择采用方波驱动方式的电子调速器驱动所述电机转动；或者，所述控制器在所述电机正常转动时选择采用方波驱动方式的电子调速器驱动所述电机转动，以及在所述电机的转动状态发生异常时选择采用正弦波驱动方式的电子调速器驱动所述电机转动。进一步地，所述第一电子调速器包括第一驱动器，所述第二电子调速器包括第二驱动器，其中，所述第一驱动器采用第一驱动方式驱动所述电机转动，所述第二驱动器采用第二驱动方式驱动所述电机转动。进一步地，所述第一驱动方式为正弦波驱动方式、方波驱动方式中的其中一种，且所述第一驱动方式不同于所述第二电子调速器采用的驱动方式；及/或，所述第二驱动方式为正弦波驱动方式、方波驱动方式中的其中一种，且所述第二驱动方式不同于所述第一电子调速器采用的驱动方式。进一步地，所述电机控制系统还包括控制电路板，所述控制电路板上设有电子元器件，所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器分别设置于所述控制电路板上，所述电子元器件包括所述第一驱动器以及所述第二驱动器。进一步地，所述第一电子调速器包括第一控制电路板，所述第一控制电路板上设有电子元器件，所述第一控制电路板上的电子元器件包括所述第一驱动器；及/或，所述第二电子调速器包括第二控制电路板，所述第二控制电路板上设有电子元器件，所述第二控制电路板上的电子元器件包括所述第二驱动器。进一步地，所述控制器将电机控制信号发送给作为驱动器使用的电子调速器，作为驱动器使用的电子调速器根据所述电机控制信号以及相应的驱动方式产生相应的电机驱动信号来驱动所述电机转动。进一步地，作为监控器使用的电子调速器获取所述电机的实际工作参数，并将所述电机的实际工作参数发送给所述控制器。进一步地，所述控制器根据接收到的所述电机的实际工作参数确定所述电机的实际转动状态；所述电机控制信号包括电机转动参数，所述控制器还根据所述电机转动参数确定所述电机的预期转动状态，以及根据所述电机的预期转动状态与确定的所述电机的实际转动状态判断所述电机的转动状态是否发生异常。进一步地，作为监控器使用的电子调速器获取所述电机的实际工作参数，并根据获取到的所述电机的实际工作参数确定所述电机的实际转动状态。进一步地，作为监控器使用的电子调速器还将确定的所述电机的实际转动状态发送给所述控制器；所述电机控制信号包括电机转动参数，所述控制器根据所述电机转动参数确定所述电机的预期转动状态，以及根据所述电机的预期转动状态与接收到的所述电机的实际转动状态判断所述电机的转动状态是否发生异常。进一步地，所述控制器在判断所述电机的转动状态发生异常时选择所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机。进一步地，所述电机控制信号包括电机转动参数，作为监控器使用的电子调速器还获取所述电机转动参数，并根据所述电机转动参数确定所述电机的预期转动状态，以及根据所述电机的预期转动状态与实际转动状态判断所述电机的转动状态是否发生异常。进一步地，作为监控器使用的电子调速器在判断电机的转动状态发生异常时还生成一异常信号，并将所述异常信号发送给所述控制器；所述控制器在接收到所述异常信号时选择所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机。进一步地，所述控制器通过通信线路与所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器分别通信连接。进一步地，所述第一电子调速器与所述第二电子调速器通信连接，作为驱动器使用的电子调速器与所述控制器之间的通信线路处于有效状态，作为监控器使用的电子调速器与所述控制器之间的通信线路暂时处于无效状态，所述控制器通过作为驱动器使用的电子调速器与作为驱动器使用的电子调速器通信连接；或者，所述第一电子调速器与所述控制器之间的通信线路，以及所述第二电子调速器与所述控制器之间的通信线路同时处于有效状态。进一步地，所述第一电子调速器与所述第二电子调速器分别通过控制信号线与所述电机通信连接，作为驱动器使用的电子调速器通过所述控制信号线将所述电机驱动信号发送给所述电机。进一步地，所述电机的转动状态至少包括所述电机的转速以及转动方向。进一步地，所述电机为三相电机，所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器分别通过三相连接线与所述电机电连接，作为监控器使用的电子调速器通过感测所述三相连接线中的电气参数以得到所述电机的实际工作参数。进一步地，所述第一电子调速器以及所述第二电子调速器分别包括传感器，所述传感器用于感测所述三相连接线中的电气参数；及/或，所述三相连接线中的电气参数包括如下中的至少一种：三相电流大小及方向、三相电压大小及方向、三相电动势大小及方向。一种无人飞行器，包括机身以及安装在所述机身上的动力系统，所述动力系统包括螺旋桨、电机以及如上所述的电机控制系统。所述电机与所述螺旋桨连接，用于驱动所述螺旋桨转动，以给所述无人飞行器提供飞行动力。本实用新型的电机控制系统通过对同一个电机的电子调速器的数量做了冗余设计，且电子调速器之间相互独立，并通过采用不同的驱动方式来驱动电机，从而大大提升了无人飞行器的动力系统的稳定性和安全性，并降低了因动力系统故障所导致的无人飞行器坠落的风险。附图说明图1是本实用新型实施例提供的一种电机控制系统的功能模块图。图2是本实用新型第一实施例提供的电机控制系统在电机处于正常转动状态时的工作原理示意图。图3是本实用新型第二实施例提供的电机控制系统在电机处于正常转动状态时的工作原理示意图。图4是本实用新型第三实施例提供的电机控制系统在电机处于正常转动状态时的工作原理示意图。图5是本实用新型第四实施例提供的电机控制系统在电机处于异常转动状态时的工作原理示意图。图6是本实用新型第五实施例提供的电机控制系统在电机处于异常转动状态时的工作原理示意图。图7是本实用新型第六实施例提供的电机控制系统在电机处于异常转动状态时的工作原理示意图。图8是本实用新型实施例提供的另一种电机控制系统的功能模块图。图9是本实用新型实施例提供的又一种电机控制系统的功能模块图。图10是本实用新型实施例提供的一种无人飞行器的结构图。主要元件符号说明电机控制系统100、101、102第一电子调速器31第一控制电路板310第一驱动器311传感器312第二电子调速器32第二控制电路板320第二驱动器321传感器322控制器40控制电路板50无人飞行器200机身21动力系统22螺旋桨221电机222电池223如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。具体实施方式需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。请参阅图1，是本实用新型实施例的电机控制系统100的功能模块图。所述电机控制系统100与一电机222电连接，用于驱动所述电机222转动以及监控所述电机222的转动状态。所述电机控制系统100可与所述电机222一起应用于各种需要使用电机222的电子装置中，例如无人飞行器、机器人等。在本实施例中，所述电机控制系统100至少包括第一电子调速器31、第二电子调速器32、以及控制器40，其中，所述第一电子调速器31与所述第二电子调速器32分别与所述电机222电连接，且分别采用不同的驱动方式驱动所述电机222转动。可以理解的是，所述电机控制系统100可包括两个以上的电子调速器，且各个电子调速器分别采用不同的驱动方式驱动所述电机222转动。所述控制器40与所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32分别通信连接。在一种实施例中，所述控制器40选择所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的其中一个作为驱动器驱动所述电机222转动，以及选择所述其中一个电子调速器同时作为监控器监控所述电机222的转动状态，所述控制器40还同时控制另外一个电子调速器暂停工作。举例来说，如图2所示，所述控制器40选择所述第一电子调速器31作为驱动器驱动所述电机222转动，以及选择所述第一电子调速器31同时作为监控器监控所述电机222的转动状态，所述控制器40还同时控制所述第二电子调速器32暂停工作。可选的，在另一种实施例中，所述控制器40选择所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的其中一个作为驱动器驱动所述电机222转动，并选择另外一个作为监控器监控所述电机222的转动状态。举例来说，如图3、4所示，所述控制器40选择所述第一电子调速器31作为驱动器驱动所述电机222转动，并选择所述第二电子调速器32作为监控器监控所述电机222的转动状态。在本实施例中，当监控到所述电机222的转动状态发生异常时，所述控制器40选择所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机222。可以理解的是，当监控到所述电机222的转动状态发生异常时，所述控制器40可以在重新驱动所述电机222之后，选择当前作为驱动器的电子调速器同时作为监控器监控所述电机222的转动状态，或者选择当前不作为驱动器的电子调速器作为监控器监控所述电机222的转动状态。举例来说，对应于图2-4，所述控制器40在所述电机222的转动状态正常的情况下选择所述第一电子调速器31作为驱动器。当监控到所述电机222的转动状态发生异常时，如图5-7所示，所述控制器40选择所述第二电子调速器32作为驱动器。同时，如图5所示，所述控制器40可以选择所述第二电子调速器32同时作为监控器监控所述电机222的转动状态，或者，如图6-7所示，所述控制器40可以选择所述第一电子调速器31作为监控器监控所述电机222的转动状态。在本实施例中，所述电机222为无刷直流电机222。目前主流的电子调速器的驱动方式主要有方波驱动方式以及正弦波驱动方式。其中，方波驱动方式采用传统的六步换相方式，每次换相，都有一个绕组连接控制电源的正极，电流流进绕组，第二个绕组连接到负极，电流从另一端流出，第三个绕组会处于悬浮状态，用于检测是否该进行下一次换相。转矩是由定子线圈产生的磁场和永磁体之间的相互作用产生的，理想状态下，转矩峰值出现在这两个磁场正交的时候，而在两个磁场平行的时候最弱，为了保证电机持续的转动，由定子绕组产生的磁场应不断变换位置，但这样会导致这两个磁场的角度不断的变化，造成转矩脉动。正弦波驱动方式实时采集三相电流和三相电压，利用磁场定向控制（FOC）矢量技术，保证定子线圈磁场和永磁体磁场的夹角为90°，一直保持转矩峰值。并且调制的方式为SVPWM波，三相同时调制。正弦波驱动方式会大大降低电机的转矩脉动，同时显著提高电机的效率。在本实施例中，所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的其中一个采用正弦波驱动方式驱动所述电机222转动，另外一个采用方波驱动方式驱动所述电机222转动。可以理解的是，在其他实施例中，所述第一电子调速器31或所述第二电子调速器32可以采用其他驱动方式驱动所述电机222转动。在本实施例中，所述控制器40在所述电机222正常转动时选择采用正弦波驱动方式的电子调速器驱动所述电机222转动，以及在所述电机222的转动状态发生异常时选择采用方波驱动方式的电子调速器驱动所述电机222转动。可选的，在其他实施例中，所述控制器40在所述电机222正常转动时可以选择采用方波驱动方式的电子调速器驱动所述电机222转动，以及在所述电机222的转动状态发生异常时可以选择采用正弦波驱动方式的电子调速器驱动所述电机222转动。在本实施例中，如图8-9所示，所述第一电子调速器31包括第一驱动器311，所述第二电子调速器32包括第二驱动器321，其中，所述第一驱动器311采用第一驱动方式驱动所述电机222转动，所述第二驱动器321采用第二驱动方式驱动所述电机222转动。其中，所述第一驱动方式为正弦波驱动方式、方波驱动方式中的其中一种，且所述第一驱动方式不同于所述第二电子调速器32采用的驱动方式。所述第二驱动方式为正弦波驱动方式、方波驱动方式中的其中一种，且所述第二驱动方式不同于所述第一电子调速器31采用的驱动方式。在其中一种实施例中，如图8所示，电机控制系统101还包括控制电路板50，所述控制电路板50上设有电子元器件，所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32分别设置于所述控制电路板50上，所述控制电路板50上的电子元器件包括所述第一驱动器311以及所述第二驱动器321。由此，所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32即可共用同一块控制电路板50，从而可节约所述电机控制系统101使用两个电子调速器所占用的空间。在其中另一种实施例中，如图9所示，所述第一电子调速器31包括第一控制电路板310，所述第一控制电路板310上设有电子元器件，所述第一控制电路板310上的电子元器件包括所述第一驱动器311。所述第二电子调速器32包括第二控制电路板320，所述第二控制电路板320上设有电子元器件，所述第二控制电路板320上的电子元器件包括所述第二驱动器321。由此，电机控制系统102包括的所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32可分开独立设置，以便在其中一个电子调速器发生故障时更换该电子调速器。使用时，所述控制器40将电机控制信号发送给作为驱动器使用的电子调速器，作为驱动器使用的电子调速器根据所述电机控制信号以及相应的驱动方式产生相应的电机驱动信号来驱动所述电机222转动。其中，所述第一电子调速器31与所述第二电子调速器32分别通过控制信号线与所述电机222通信连接，作为驱动器使用的电子调速器通过所述控制信号线将所述电机驱动信号发送给所述电机222。在第一实施例中，作为监控器使用的电子调速器只负责监控所述电机222的实际工作参数，并由所述控制器40来确定所述电机222的实际转动状态以及判断所述电机222的转动状态是否发生异常。具体地，作为监控器使用的电子调速器获取所述电机222的实际工作参数，并将所述电机222的实际工作参数发送给所述控制器40。所述控制器40根据接收到的所述电机222的实际工作参数确定所述电机222的实际转动状态。其中，所述电机控制信号包括电机转动参数，所述控制器40还根据所述电机转动参数确定所述电机222的预期转动状态，以及根据所述电机222的预期转动状态与确定的所述电机222的实际转动状态判断所述电机222的转动状态是否发生异常。在所述第一实施例中，所述控制器40在判断所述电机222的转动状态发生异常时选择所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机222。在所述第一实施例中，所述电机222的转动状态至少包括所述电机222的转速以及转动方向。在第二实施例中，作为监控器使用的电子调速器负责监控所述电机222的实际工作参数以及确定所述电机222的实际转动状态，并由所述控制器40来判断所述电机222的转动状态是否发生异常。具体地，作为监控器使用的电子调速器获取所述电机222的实际工作参数，并根据获取到的所述电机222的实际工作参数确定所述电机222的实际转动状态。作为监控器使用的电子调速器还将确定的所述电机222的实际转动状态发送给所述控制器40。其中，所述电机控制信号包括电机转动参数，所述控制器40根据所述电机转动参数确定所述电机222的预期转动状态，以及根据所述电机222的预期转动状态与接收到的所述电机222的实际转动状态判断所述电机222的转动状态是否发生异常。在所述第二实施例中，所述控制器40在判断所述电机222的转动状态发生异常时选择所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机222。在所述第二实施例中，所述电机222的转动状态至少包括所述电机222的转速以及转动方向。在第三实施例中，作为监控器使用的电子调速器负责监控所述电机222的实际工作参数、确定所述电机222的实际转动状态、以及判断所述电机222的转动状态是否发生异常。具体地，作为监控器使用的电子调速器获取所述电机222的实际工作参数，并根据获取到的所述电机222的实际工作参数确定所述电机222的实际转动状态。其中，所述电机控制信号包括电机转动参数，作为监控器使用的电子调速器还获取所述电机转动参数，并根据所述电机转动参数确定所述电机222的预期转动状态，以及根据所述电机222的预期转动状态与实际转动状态判断所述电机222的转动状态是否发生异常。在所述第三实施例中，作为监控器使用的电子调速器在判断电机222的转动状态发生异常时还生成一异常信号，并将所述异常信号发送给所述控制器40。在所述第三实施例中，所述控制器40在接收到所述异常信号时选择所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32中的另外一个作为驱动器重新驱动所述电机222。在所述第三实施例中，所述电机222的转动状态至少包括所述电机222的转速以及转动方向。在本实施例中，所述控制器40通过通信线路与所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32分别通信连接。在其中一种实施例中，如图3、6所示，在一个电子调速器不同时作为驱动器以及监控器使用的情况下，所述第一电子调速器31与所述第二电子调速器32通信连接，作为驱动器使用的电子调速器与所述控制器40之间的通信线路处于有效状态，作为监控器使用的电子调速器与所述控制器40之间的通信线路暂时处于无效状态，所述控制器40通过作为驱动器使用的电子调速器与作为驱动器使用的电子调速器通信连接。在此种情况下，作为驱动器使用的电子调速器可将所述电机转动参数发送给作为监控器使用的电子调速器。作为监控器使用的电子调速器可通过作为驱动器使用的电子调速器将所述电机222的实际工作参数、或者所述电机222的实际转动状态、或者所述异常信号发送给所述控制器40。在其中另一种实施例中，如图4、7所示，在一个电子调速器不同时作为驱动器以及监控器使用的情况下，所述第一电子调速器31与所述控制器40之间的通信线路，以及所述第二电子调速器32与所述控制器40之间的通信线路同时处于有效状态。在此种情况下，所述控制器40可将所述电机转动参数直接发送给作为监控器使用的电子调速器。作为监控器使用的电子调速器可将所述电机222的实际工作参数、或者所述电机222的实际转动状态、或者所述异常信号直接发送给所述控制器40。在本实施例中，所述电机222为三相电机，所述第一电子调速器31以及所述第二电子调速器32分别通过三相连接线与所述电机222电连接，作为监控器使用的电子调速器通过感测所述三相连接线中的电气参数以得到所述电机222的实际工作参数。其中，如图8或图9所示，所述第一电子调速器31还包括传感器312，所述第二电子调速器32还包括传感器322，所述传感器312、322用于感测所述三相连接线中的电气参数。所述三相连接线中的电气参数包括如下中的至少一种：三相电流大小及方向、三相电压大小及方向、三相电动势大小及方向。本实用新型的电机控制系统100、101、102通过对同一个电机222的电子调速器的数量做了冗余设计，且电子调速器之间相互独立，并通过采用不同的驱动方式来驱动电机222，从而大大提升了无人飞行器的动力系统的稳定性和安全性，并降低了因动力系统故障所导致的无人飞行器坠落的风险。请参阅图10，本实用新型还提供一种无人飞行器200，所述无人飞行器200至少包括机身21以及安装在所述机身21上的动力系统22和飞行控制系统（图未示）。其中，所述动力系统22至少包括螺旋桨221、电机222、电池223以及上述的电机控制系统100。所述螺旋桨221安装于所述电机222上，并与所述电机222连接。所述电机222用于驱动所述螺旋桨221转动，以给所述无人飞行器200提供飞行动力。所述电池223用于给所述无人飞行器200提供工作电源。所述电机控制系统100用于驱动所述电机222运行以及监测所述电机222的转动状态。具体地，所述电机控制系统100用于调节所述电机222的转动速度及转动方向，以调节所述无人飞行器200的飞行速度和飞行姿态。所述飞行控制系统至少包括飞行控制器（图未示）以及多个传感器模块（图未示）。所述飞行控制器用于控制所述无人飞行器200的飞行状态，包括飞行速度、飞行姿态等。其中，所述飞行控制器以及所述飞行控制系统包括的控制器40可为同一个电子元器件，也可为不同的电子元器件。所述传感器模块是能够感测到被测量的信息，并将所感测的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出的元器件。所述传感器模块可包括但不限于，所述惯性测量单元、指南针、GPS传感器、距离传感器等。所述惯性测量单元用于检测所述无人飞行器200的姿态。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。本专利文件披露的内容包含受版权保护的材料。该版权为版权所有人所有。版权所有人不反对任何人复制专利与商标局的官方记录和档案中所存在的该专利文件或者该专利披露。当前第1页1 2 3