[发明专利]测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置和方法，特别地，该装置能够将数据传回上位机，并且在上位机上进行数据分析和保存，获取需要的相关参数。

背景技术

当今，小型旋翼无人机的研究与应用越来越普遍，电机螺旋桨系统作为其主要动力来源，其工作性能和参数的测试对后续研究有重要影响。但目前市面上已有的工具都只能实现对电机螺旋桨某一方面稳态参数的测试。例如，转速计用来测试电机的转速，转速值只能得到最后稳定的数据，无法测得速度达到稳定的时间；碳纤维螺旋桨平衡器能测试螺旋桨自身的平衡性，但是由于电机轴心偏差引起的不平稳却无法测试。要对电机螺旋桨的总体工作性能进行了解，并获得其特性参数，还缺乏有效的装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置和方法。该装置能够测试电机螺旋桨系统的工作性能，同时建立其工作特性曲线。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置，所测量的电机螺旋桨系统包含电子调速器、电池、电机和螺旋桨，电子调速器与电池相连，将电池电压转换成5V输出；电子调速器与电机相连，螺旋桨安装在电机轴心上；所述测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置包括重物平台、桥型应变片、加速度计、红外对管、AD转换模块、电压比较电路、微处理单元、通讯模块和上位机；电机固定于重物平台上，电子调速器和加速度计置于重物平台上，红外对管安装在重物平台上并朝向电机，桥型应变片置于重物平台底部；电子调速器的5V电源输出为测量装置供电，其控制信号线与微处理单元的PWM输出引脚相连；桥型应变片与AD转换模块相连，红外对管与电压比较电路相连，加速度计、AD转换模块和电压比较电路均与微处理单元相连，微处理单元通过通讯模块与上位机通信。

进一步地，所述红外对管由限流电阻R1、封装在壳体内的发射管D1和接收管D2组成，发射管D1正极与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与5V电源相连，发射管D1负极接地；接收管D2负极接地；电压比较电路包含电阻R2、电阻R3和三极管Q1，三极管Q1的集电极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与5V电源相连，三极管Q1的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地；三极管Q1的基极与接收管D2的正极相连；三极管Q1的集电极作为speed信号输出端与微处理单元的脉冲捕捉引脚相连。

一种应用上述装置测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的方法，包括以下步骤：

（1）上位机与微处理单元通信，微处理单元输出PWM到电子调速器，启动电机；

（2）电机带动螺旋桨转动，产生升力；桥型应变片测量压力信号，通过AD转换模块，将压力测量值传回微处理单元，经微处理单元处理获得升力值；加速度计测量震动信号并发送到微处理单元，经微处理单元处理获得三轴加速度值；红外对管测量电机的转速，通过电压比较电路传回微处理单元，经微处理单元处理获得转速值；

（3）微处理单元将处理后得到的升力值、加速度值和转速值打包成数据帧通过通讯模块发送到上位机；

（4）上位机将接收到的数据帧解码获得实时的升力值、加速度值、转速值并保存，同时绘制各项数据随时间变化的曲线；根据升力值、转速值与时间的实时曲线图获得电机螺旋桨系统的时间常数、响应时间和稳态值等参数；

（5）改变PWM值，重复步骤1-4，获得不同PWM输入下的升力值、转速值曲线，从而获得不同转速下电机螺旋桨系统的时间常数、响应时间和稳态值等参数；分析最大转速下的加速度值变化曲线，通过比较最大转速下的加速度值变化与设定的阈值，实现对电机螺旋桨系统的性能进行评定。

本发明的有益效果是，本发明通过识别电机螺旋桨系统工作时的震动情况，判断其是否可直接用于小型旋翼无人机上。本发明判定可用于小型旋翼无人机上的电机螺旋桨，则进一步测试其工作时的数据，传回上位机，通过上位机的处理，建立电机螺旋桨的工作特性曲线。本发明所建立的工作特性曲线，可用于无人机建模，以便实现对无人机的精确控制。本发明可以用于筛选工作特性一致的电机螺旋桨系统，使得多旋翼无人机的控制不会因电机螺旋桨系统的差异而增加难度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明所要测量电机螺旋桨系统的连接框图；

图2 是本发明中测量装置的结构框图；

图3 是本发明转速测量模块电路图；

图4 是本发明桥型应变片电路图；