本發(fā)明涉及飛行器技術領域，特別涉及一種飛行器中電子調速器的過壓保護方法、一種飛行器中電子調速器的過壓保護裝置、一種具有該裝置的飛行器。

背景技術：

相關的飛行器例如無人機中，電子調速器與電機作為飛行器的動力系統(tǒng)，其穩(wěn)定性是飛行器正常飛行的保障。在相關技術中，飛行器上的電子調速器大多只在直流母線電壓超過預設值后斷開輸出，從而可能會在飛行器大動作飛行時斷開電子調速器輸出，進而導致飛行器損壞。

因此，相關技術需要進行改進。

技術實現(xiàn)要素：

首先，申請人發(fā)現(xiàn)并認識到，飛行器在大動作飛行過程中，電機會出現(xiàn)快速減速的情況。由于電機帶槳有一定的慣性，在電機減速時會反饋能量給電子調速器，使電子調速器的母線電壓上升，特別是在電池滿電的情況下，有可能導致電子調速器出現(xiàn)過壓的情況。在飛行器大動作飛行時如果因過壓而使電子調速器輸出斷開，可能會導致飛行器損壞甚至炸機。

為至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一，本發(fā)明的一個目的在于提出一種飛行器中電子調速器的過壓保護方法，能夠防止電子調速器的器件損壞甚至燒毀，防止飛行器大動作飛行時電壓持續(xù)升高。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種飛行器中電子調速器的過壓保護裝置。本發(fā)明的又一個目的在于提出一種飛行器。

為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種飛行器中電子調速器的過壓保護方法，所述電子調速器用于控制電機，所述方法包括以下步驟：采集所述電子調速器的直流母線電壓；如果所述直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值，則根據(jù)所述直流母線電壓與所述第一電壓閾值之間的差值調整所述電子調速器的控制參數(shù)，以使所述電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對所述電機進行控制，以抑制所述直流母線電壓的進一步上升，其中，所述第二電壓閾值大于所述第一電壓閾值。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的飛行器中電子調速器的過壓保護方法，采集電子調速器的直流母線電壓，并對直流母線電壓進行判斷，如果直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于第二電壓閾值，則根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整，以使電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對電機進行控制，以抑制直流母線電壓的進一步上升，如果直流母線電壓大于第二電壓閾值，則控制電子調速器停止輸出，以使電子調速器控制電機停止運行。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例采用兩級電壓保護，當直流母線電壓超過第一電壓閾值時，通過調節(jié)控制參數(shù)以減少從電機反饋的能量，從而抑制直流母線電壓的進一步升高，防止飛行器大動作飛行時電子調速器因過壓斷開輸出而導致飛行器損壞甚至炸機。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制參數(shù)包括給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述根據(jù)所述直流母線電壓與所述第一電壓閾值之間的差值對所述電子調速器的控制參數(shù)進行調整包括：根據(jù)所述直流母線電壓與所述第一電壓閾值之間的差值和預設PI控制算法生成疊加參數(shù)；根據(jù)所述電機的當前速度方向對所述疊加參數(shù)與所述控制參數(shù)進行疊加處理，以使所述電子調速器根據(jù)疊加后的控制參數(shù)對所述電機的轉速進行控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述根據(jù)所述電機的當前速度方向對所述疊加參數(shù)與所述控制參數(shù)進行疊加處理，包括：如果所述電機的當前速度方向為正轉，則將所述疊加參數(shù)疊加至所述控制參數(shù)；如果所述電機的當前速度方向為反轉，則將負的所述疊加參數(shù)疊加至所述控制參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括：如果所述直流母線電壓大于所述第二電壓閾值，則控制所述電子調速器停止輸出，以使所述電子調速器控制所述電機停止運行。

為達到上述目的，本發(fā)明另一方面實施例提出了一種飛行器中電子調速器的過壓保護裝置，所述電子調速器用于控制電機，所述裝置包括：電壓采集模塊，用于采集所述電子調速器的直流母線電壓；控制模塊，用于在所述直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于第二電壓閾值時，根據(jù)所述直流母線電壓與所述第一電壓閾值之間的差值調整所述電子調速器的控制參數(shù)，以使所述電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對所述電機進行控制，以抑制所述直流母線電壓的進一步上升。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的飛行器中電子調速器的過壓保護裝置，通過電壓采集模塊采集電子調速器的直流母線電壓，控制模塊對直流母線電壓進行判斷，并在直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于第二電壓閾值時，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整，以使電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對電機進行控制，以抑制直流母線電壓的進一步上升，并在直流母線電壓大于第二電壓閾值時，控制電子調速器停止輸出，以使電子調速器控制電機停止運行。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例采用兩級電壓保護，當直流母線電壓超過第一電壓閾值時，通過調節(jié)控制參數(shù)以減少從電機反饋的能量，從而抑制直流母線電壓的進一步升高，防止飛行器大動作飛行時電子調速器因過壓斷開輸出而導致飛行器損壞甚至炸機。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制參數(shù)包括給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制模塊進一步用于，根據(jù)所述直流母線電壓與所述第一電壓閾值之間的差值和預設PI控制算法生成疊加參數(shù)，并根據(jù)所述電機的當前速度方向對所述疊加參數(shù)與所述控制參數(shù)進行疊加處理，以使所述電子調速器根據(jù)疊加后的控制參數(shù)對所述電機的轉速進行控制。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，如果所述電機的當前速度方向為正轉，所述控制模塊則將所述疊加參數(shù)疊加至所述控制參數(shù)；如果所述電機的當前速度方向為反轉，所述控制模塊則將負的所述疊加參數(shù)疊加至所述控制參數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制模塊還用于，在所述直流母線電壓大于所述第二電壓閾值時，控制所述電子調速器停止輸出，以使所述電子調速器控制所述電機停止運行

為達到上述目的，本發(fā)明又一方面實施例提出的一種飛行器，包括所述的飛行器中電子調速器的過壓保護裝置。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的飛行器，通過上述實施例的過壓保護裝置，能夠防止飛行器大動作飛行時電子調速器因過壓斷開輸出而導致飛行器損壞甚至炸機。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護方法的控制框圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個具體實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護方法的控制框圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明又一個具體實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護方法的控制框圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護裝置的方框示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

下面參考附圖來描述本發(fā)明實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護方法和裝置以及具有該裝置的飛行器。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護方法的流程圖。其中，電子調速器用于控制電機，電子調速器可包括電容、MOSFET等器件。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的過壓保護方法包括以下步驟：

S1：采集電子調速器的直流母線電壓。

其中，電子調速器可包括六個MOSFET構成的全橋逆變電路，全橋逆變電路可包括三相橋臂，每相橋臂包括兩個MOSFET，直流母線電壓可為施加在每相橋臂中兩個MOSFET之上的電壓。

S2：如果直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值，則根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整，以使電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對電機進行控制，以抑制直流母線電壓的進一步上升，其中，第二電壓閾值大于第一電壓閾值。

S3：如果直流母線電壓大于第二電壓閾值，則控制電子調速器停止輸出，以使電子調速器控制電機停止運行。

應當理解的是，電子調速器中的電容、MOSFET等器件都有耐壓限制，如果直流母線電壓大于第二電壓閾值，則可能會使施加到電容、MOSFET等器件的電壓超過自身的耐壓限值，造成器件損壞甚至燒毀。

在本發(fā)明實施例中，可通過軟件使能電子調速器的過壓保護功能，并且，在使能過壓保護功能后，可實時采集電子調速器的直流母線電壓。

其中，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，此時判斷電子調速器未出現(xiàn)過壓，不進行過壓保護，電子調速器可根據(jù)預設的控制參數(shù)對電機進行控制，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值時，此時判斷直流母線電壓的上升由飛行器大動作飛行引起，即當飛行器在飛行過程中執(zhí)行大動作指令時，電機會出現(xiàn)快速加速和快速減速的情況，減速時由于電機帶槳的慣性作用會回饋能量給電子調速器，使直流母線電壓升高。當減速越快時，能量回饋越快，可能會使直流母線電壓超過第一電壓閾值。此時通過調整控制參數(shù)以降低電機轉速的變化率，減少電機反饋的能量，進而抑制直流母線電壓的進一步升高，保證電子調速器在電壓安全范圍內進行快速的加減速動作，防止出現(xiàn)由于直流母線電壓過壓導致電子器件失效的情況。

當直流母線電壓大于第二電壓閾值時，此時判斷電子調速器的過壓由異常情況引起，即電子調速器出現(xiàn)接入電壓超限等異常情況時，可能會使直流母線電壓超過第二電壓閾值，此時電子調速器停止輸出以控制電機停止運行，且還可進行相應地報警。

由此，根據(jù)本發(fā)明實施例采用兩級電壓保護，通過對飛行過程中可能產(chǎn)生的過壓情況進行有效的控制，使電子調速器運行在安全電壓范圍內，可以減少由于電子調速器過壓導致的電子器件損壞，從而更安全的保障了飛行過程的安全。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，控制參數(shù)包括給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓。也就是說，可以通過限制給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓等多個方式進行直流母線電壓的過壓保護。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值調整電子調速器的控制參數(shù)，包括：根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和預設PI控制算法生成疊加參數(shù)；根據(jù)電機的當前速度方向對疊加參數(shù)與控制參數(shù)進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的控制參數(shù)對電機的轉速進行控制。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，根據(jù)電機的當前速度方向對疊加參數(shù)與控制參數(shù)進行疊加處理，包括：如果電機的當前速度方向為正轉，則將疊加參數(shù)疊加至控制參數(shù)；如果電機的當前速度方向為反轉，則將負的疊加參數(shù)疊加至控制參數(shù)。

下面結合圖2-4分別對本發(fā)明實施例的限制給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓這三個方式的過壓保護方法進行描述。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，如圖2所示，當控制參數(shù)為給定速度時，疊加參數(shù)為疊加速度，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整包括：根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和第一預設PI控制算法生成疊加速度；根據(jù)電機的當前速度方向對疊加速度與給定速度Sref進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的給定速度對電機的轉速進行控制。

本發(fā)明實施例中，所采用的第一預設PI控制算法可如下式所示：

Out＝K_sp*[(V_BUS-V_SET1)+K_sI∫(V_BUS-V_SET1)dt]

其中，V_BUS為直流母線電壓，V_SET1為第一電壓閾值，K_sp為相應的比例控參數(shù)，K_sI為相應的積分控制參數(shù)。

另外，在進行疊加處理前，還可對疊加參數(shù)例如疊加速度進行限幅處理，即Out∈[0,Spd_Max]，如果疊加速度大于第一限幅范圍的上限值Spd_Max，則將疊加速度限制為Spd_Max，如果疊加速度小于第一限幅范圍的下限值0，則將疊加速度限制為0。

進一步地，根據(jù)電機的當前速度方向對疊加速度與給定速度Sref進行疊加處理，包括：如果電機的當前速度方向為正轉，即給定速度Sref>0，則將疊加速度疊加至給定速度Sref；如果電機的當前速度方向為反轉，即給定速度Sref<0，則將負的疊加速度疊加至給定速度Sref。

具體來說，如圖2所示，通過軟件使能過壓保護功能后，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，通過限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅輸出可將疊加速度限定為0，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當飛行器在飛行過程中執(zhí)行大動作指令時，電機會出現(xiàn)快速加速和快速減速的情況，快速減速時由于電機帶槳的慣性作用會回饋能量給電子調速器，使電子調速器的直流母線電壓升高。當減速過快時，能量回饋過快，使直流母線電壓超過第一電壓閾值。此時，將直流母線電壓減去第一電壓閾值的差值作為第一PI控制模塊的輸入，此差值通過第一預設PI控制算法Out＝K_sp*[(V_BUS-V_SET1)+K_sI∫(V_BUS-V_SET1)dt]處理后輸出一個正向的疊加速度，并結合電機的速度方向疊加到給定速度Sref上，即當電機的速度方向為正轉時，將疊加速度Out×1疊加至給定速度Sref上；當電機的速度方向為反轉時，將疊加速度Out×(-1)疊加至給定速度Sref上。

由此，將給定速度Sref調整為疊加了疊加速度后的給定速度，電子調速器也將根據(jù)疊加后的給定速度對電機進行控制，即：

通過采樣模塊采集電機的三相電流Ia、Ib和Ic以及三相電壓Va、Vb和Vc；第一clarke坐標轉換單元對三相電壓Va、Vb和Vc進行clarke坐標轉換以獲得兩相電壓Vα、Vβ；第二clarke坐標轉換單元對三相電流Ia、Ib和Ic進行clarke坐標轉換以獲得兩相電壓Iα、Iβ；位置估計單元例如速度磁鏈觀測器根據(jù)兩相電壓Vα、Vβ和兩相電壓Iα、Iβ估計電機的轉子的位置和速度以獲得轉子的估計角度θ和轉子的估計速度S；park坐標轉換單元根據(jù)轉子的估計角度θ對兩相電流Iα、Iβ進行park坐標轉換以獲得直軸電流Id和交軸電流Iq。

給定速度Sref與疊加速度相疊加；速度校正模塊根據(jù)疊加后的給定速度對轉子的估計速度S進行速度校正以獲得交軸給定電流Iqref；第一電流校正單元根據(jù)直軸給定電流Idref對直軸電流Id進行電流校正以獲得直軸電壓Vd；第二電流校正單元根據(jù)交軸給定電流Iqref對交軸電流Iq進行電流校正以獲得交軸電壓Vq；空間矢量調制單元根據(jù)估計角度θ對直軸電壓Vd和交軸電壓Vq進行空間矢量調制以生成驅動信號；驅動單元根據(jù)驅動信號驅動電機。

由此，在減速時，通過在給定速度Sref上疊加正的或負的疊加速度，可抑制給定速度Sref的快速減小，從而減少了由于電機帶槳快速減速而來的回饋能量，抑制了直流母線電壓的上升，將直流母線電壓限定在第一預設電壓以下，保證電子調速器在電壓安全范圍內進行快速的加減速動作，防止出現(xiàn)由于母線電壓超限導致的電子器件失效情況。

另外，當電子調速器出現(xiàn)異常情況例如接入電壓超限等時，使直流母線電壓超過第二電壓閾值，此時電子調速器停止輸出并進行相應的過壓報警。

根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例，如圖3所示，當控制參數(shù)為交軸給定電流時，疊加參數(shù)為疊加電流，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整包括：根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和第二預設PI控制算法生成疊加電流；根據(jù)交軸給定電流的方向對疊加電流與交軸給定電流Iqref進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的交軸給定電流對電機的轉速進行控制。

具體地，所采用的第二預設PI控制算法可如下式所示：

Out＝K_Ip*[(V_BUS-V_SET1)+K_II∫(V_BUS-V_SET1)dt]

其中，V_BUS為直流母線電壓，V_SET1為第一電壓閾值，K_Ip為相應的比例控參數(shù)，K_II為相應的積分控制參數(shù)。

另外，在進行疊加處理前，還可對疊加參數(shù)例如疊加電流進行限幅處理，即Out∈[0,Iq_Max]，如果疊加電流大于第二限幅范圍的上限值Iq_Max，則將疊加電流限制為Iq_Max，如果疊加電流小于第二限幅范圍的下限值0，則將疊加電流限制為0。

進一步地，根據(jù)交軸給定電流的方向對疊加電流與交軸給定電流進行疊加處理，包括：如果電機的當前速度方向為正轉，則將疊加電流疊加至交軸給定電流Iqref；如果電機的當前速度方向為反轉，則將負的疊加電流疊加至交軸給定電流Iqref。

具體來說，如圖3所示，通過軟件使能過壓保護功能后，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，通過限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅輸出可將疊加電流限定為0，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當飛行器大動作飛行導致直流母線電壓超過第一電壓閾值時，將直流母線電壓減去第一電壓閾值的差值作為第二PI控制模塊的輸入，此差值通過第二預設PI控制算法Out＝K_Ip*[(V_BUS-V_SET1)+K_II∫(V_BUS-V_SET1)dt]處理后輸出一個正向的疊加速度，并結合電機的速度方向疊加到交軸給定電流Iqref上，即當電機的速度方向為正轉時，將疊加電流Out×1疊加至交軸給定電流Iqref上；當電機的速度方向為反轉時，將疊加電流Out×(-1)疊加至交軸給定電流Iqref上。

由此，將交軸給定電流Iqref調整為疊加了疊加電流后的交軸給定電流，電子調速器也將根據(jù)疊加后的交軸給定電流對電機進行控制，具體控制流程與根據(jù)疊加速度后的給定速度進行控制基本一致，區(qū)別在于，速度校正模塊根據(jù)給定速度Sref對轉子的估計速度S進行速度校正以獲得交軸給定電流Iqref；交軸給定電流Iqref與疊加電流相疊加；第二電流校正單元根據(jù)疊加后的交軸給定電流對交軸電流Iq進行電流校正以獲得交軸電壓Vq。

另外，當電子調速器出現(xiàn)異常情況例如接入電壓超限等時，使直流母線電壓超過第二電壓閾值，此時電子調速器停止輸出并進行相應的過壓報警。

根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施例，如圖4所示，當控制參數(shù)為交軸給定電壓時，疊加參數(shù)為疊加電壓，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整包括：根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和第三預設PI控制算法生成疊加電壓；根據(jù)交軸給定電壓的方向對疊加電壓與交軸給定電壓進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的交軸給定電壓對電機的轉速進行控制。

本發(fā)明實施例中，所采用的第三預設PI控制算法可如下式所示：

Out＝K_Vp*[(V_BUS-V_SET1)+K_VI∫(V_BUS-V_SET1)dt]

其中，V_BUS為直流母線電壓，V_SET1為第一電壓閾值，K_Vp為相應的比例控參數(shù)，K_VI為相應的積分控制參數(shù)。

另外，在進行疊加處理前，還可對疊加參數(shù)例如疊加電壓進行限幅處理，即Out∈[0,Vq_Max]，如果疊加電壓大于第二限幅范圍的上限值Vq_Max，則將疊加電壓限制為Vq_Max，如果疊加電壓小于第二限幅范圍的下限值0，則將疊加電壓限制為0。

進一步地，根據(jù)交軸給定電壓的方向對疊加電壓與交軸給定電壓進行疊加處理，包括：如果電機的當前速度方向為正轉，則將疊加電壓疊加至交軸給定電壓；如果電機的當前速度方向為反轉，則將負的疊加電壓疊加至交軸給定電壓。

具體來說，如圖4所示，通過軟件使能過壓保護功能后，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，通過限幅算法Out∈[0,Vq_Max]的限幅輸出可將疊加電壓限定為0，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當飛行器大動作飛行導致直流母線電壓超過第一電壓閾值時，將直流母線電壓減去第一電壓閾值的差值作為第三PI控制模塊的輸入，此差值通過第三預設PI控制算法Out＝K_Vp*[(V_BUS-V_SET1)+K_VI∫(V_BUS-V_SET1)dt]處理后輸出一個正向的疊加速度，并結合電機的速度方向疊加到交軸給定電壓Vqref上，即當電機的當前速度方向為正轉時，將疊加電流Out×1疊加至交軸給定電壓Vqref上；當電機的當前速度方向為反轉時，將疊加電流Out×(-1)疊加至交軸給定電壓Vqref上。

由此，將交軸給定電壓Vqref調整為疊加了疊加電壓后的交軸給定電壓，電子調速器也將根據(jù)疊加后的交軸給定電壓對電機進行控制，具體控制流程與根據(jù)疊加速度后的給定速度進行控制基本一致，區(qū)別在于，交軸給定電壓Vqref與疊加電壓相疊加；空間矢量調制單元根據(jù)估計角度θ對直軸電壓Vd和疊加后的交軸電壓進行空間矢量調制以生成驅動信號。

另外，當電子調速器出現(xiàn)異常情況例如接入電壓超限等時，使直流母線電壓超過第二電壓閾值，此時電子調速器停止輸出并進行相應的過壓報警。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例提出的飛行器中電子調速器的過壓保護方法，采集電子調速器的直流母線電壓，并對直流母線電壓進行判斷，如果直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值，則根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整，以使電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對電機進行控制，以抑制直流母線電壓的進一步上升，如果直流母線電壓大于第二電壓閾值，則控制電子調速器停止輸出，以使電子調速器控制電機停止運行。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例采用兩級電壓保護，當直流母線電壓超過第一電壓閾值時，通過調節(jié)控制參數(shù)以減少從電機反饋的能量，從而抑制直流母線電壓的進一步升高，防止飛行器大動作飛行時電子調速器因過壓斷開輸出而導致飛行器損壞甚至炸機，當由于其他原因導致直流母線電壓超過第二電壓閾值時電子調速器停止輸出，防止電子調速器的器件損壞甚至燒毀。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護裝置的方框示意圖。電子調速器用于控制電機，電子調速器可包括電容、MOSFET等器件。

如圖5所示，本發(fā)明實施例的過壓保護裝置包括電壓采集模塊10和控制模塊20。

其中，電壓采集模塊10用于采集電子調速器的直流母線電壓。需要說明的是，電子調速器可包括六個MOSFET構成的全橋逆變電路，全橋逆變電路可包括三相橋臂，每相橋臂包括兩個MOSFET，直流母線電壓可為施加在每相橋臂中兩個MOSFET之上的電壓。

控制模塊20用于對直流母線電壓進行判斷，并在直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值時，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整，以使電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對電機進行控制，以抑制直流母線電壓的進一步上升。

控制模塊20還用于在直流母線電壓大于第二電壓閾值時，控制電子調速器停止輸出，以使電子調速器控制電機停止運行。

應當理解的是，電子調速器中的電容、MOSFET等器件都有耐壓限制，如果直流母線電壓大于第二電壓閾值，則可能會使施加到電容、MOSFET等器件的電壓超過自身的耐壓限值，造成器件損壞甚至燒毀。

在本發(fā)明實施例中，控制模塊20可通過軟件使能電子調速器的過壓保護功能，并且，在使能過壓保護功能后，電壓采集模塊10可實時采集電子調速器的直流母線電壓。

其中，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，此時判斷電子調速器未出現(xiàn)過壓，控制模塊20不進行過壓保護，電子調速器可根據(jù)預設的控制參數(shù)對電機進行控制，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值時，此時判斷直流母線電壓的上升由飛行器大動作飛行引起，即當飛行器在飛行過程中執(zhí)行大動作指令時，電機會出現(xiàn)快速加速和快速減速的情況，減速時由于電機帶槳的慣性作用會回饋能量給電子調速器，使直流母線電壓升高。當減速越快時，能量回饋越快，可能會使直流母線電壓超過第一電壓閾值?？刂颇K20此時通過調整控制參數(shù)以降低電機轉速的變化率，減少電機反饋的能量，進而抑制直流母線電壓的進一步升高，保證電子調速器在電壓安全范圍內進行快速的加減速動作，防止出現(xiàn)由于直流母線電壓過壓導致電子器件失效的情況。

當直流母線電壓大于第二電壓閾值時，此時判斷電子調速器的過壓由異常情況引起，即電子調速器出現(xiàn)接入電壓超限等異常情況時，可能會使直流母線電壓超過第二電壓閾值，此時控制模塊20控制電子調速器停止輸出以控制電機停止運行，且還可進行相應地報警。

由此，根據(jù)本發(fā)明實施例采用兩級電壓保護，通過對飛行過程中可能產(chǎn)生的過壓情況進行有效的控制，使電子調速器運行在安全電壓范圍內，可以減少由于電子調速器過壓導致的電子器件損壞，從而更安全的保障了飛行過程的安全。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，控制參數(shù)包括給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓。也就是說，控制模塊20可以通過限制給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓等多個方式進行直流母線電壓的過壓保護。

具體地，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，控制模塊20進一步用于，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和預設PI控制算法生成疊加參數(shù)，并根據(jù)電機的當前速度方向對疊加參數(shù)與控制參數(shù)進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的控制參數(shù)對電機的轉速進行控制。

進一步地，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，如果電機的當前速度方向為正轉，控制模塊20則將疊加參數(shù)疊加至控制參數(shù)；如果電機的當前速度方向為反轉，控制模塊20則將負的疊加參數(shù)疊加至控制參數(shù)。

下面結合圖2-4分別對本發(fā)明實施例的限制給定速度、交軸給定電流或交軸給定電壓這三個方式的過壓保護裝置進行描述。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，如圖2所示，當控制參數(shù)為給定速度時，疊加參數(shù)為疊加速度，控制模塊20進一步用于，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和第一預設PI控制算法生成疊加速度，并根據(jù)電機的當前速度方向對疊加速度與給定速度進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的給定速度對電機的轉速進行控制。

具體地，所采用的第一預設PI控制算法可如下式所示：

Out＝K_sp*[(V_BUS-V_SET1)+K_sI∫(V_BUS-V_SET1)dt]

其中，V_BUS為直流母線電壓，V_SET1為第一電壓閾值，K_sp為相應的比例控參數(shù)，K_sI為相應的積分控制參數(shù)。

另外，在進行疊加處理前，控制模塊20還可對疊加參數(shù)例如疊加速度進行限幅處理，即Out∈[0,Spd_Max]，如果疊加速度大于第一限幅范圍的上限值Spd_Max，則將疊加速度限制為Spd_Max，如果疊加速度小于第一限幅范圍的下限值0，則將疊加速度限制為0。

進一步地，如果電機的當前速度方向為正轉，即給定速度Sref>0，控制模塊20則將疊加速度疊加至給定速度；如果電機的當前速度方向為反轉，即給定速度Sref<0，控制模塊20則將負的疊加速度疊加至給定速度。

具體來說，如圖2所示，通過軟件使能過壓保護功能后，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，控制模塊20通過限幅模塊202的限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅輸出可將疊加速度限定為0，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當飛行器在飛行過程中執(zhí)行大動作指令時，電機會出現(xiàn)快速加速和快速減速的情況，快速減速時由于電機帶槳的慣性作用會回饋能量給電子調速器，使電子調速器的直流母線電壓升高。當減速過快時，能量回饋過快，使直流母線電壓超過第一電壓閾值。此時，將直流母線電壓減去第一電壓閾值的差值作為第一PI控制模塊201的輸入，此差值通過第一預設PI控制算法Out＝K_sp*[(V_BUS-V_SET1)+K_sI∫(V_BUS-V_SET1)dt]處理后輸出一個正向的疊加速度，并經(jīng)過速度方向模塊203結合電機的速度方向疊加到給定速度Sref上，即當電機的速度方向為正轉時，將疊加速度Out×1疊加至給定速度Sref上；當電機的速度方向為反轉時，將疊加速度Out×(-1)疊加至給定速度Sref上。

由此，將給定速度Sref調整為疊加了疊加速度后的給定速度，電子調速器也將根據(jù)疊加后的給定速度對電機進行控制，即：

通過采樣模塊301采集電機的三相電流Ia、Ib和Ic以及三相電壓Va、Vb和Vc；第一clarke坐標轉換單元302對三相電壓Va、Vb和Vc進行clarke坐標轉換以獲得兩相電壓Vα、Vβ；第二clarke坐標轉換單元303對三相電流Ia、Ib和Ic進行clarke坐標轉換以獲得兩相電壓Iα、Iβ；位置估計單元304例如速度磁鏈觀測器根據(jù)兩相電壓Vα、Vβ和兩相電壓Iα、Iβ估計電機的轉子的位置和速度以獲得轉子的估計角度θ和轉子的估計速度S；park坐標轉換單元305根據(jù)轉子的估計角度θ對兩相電流Iα、Iβ進行park坐標轉換以獲得直軸電流Id和交軸電流Iq。

給定速度Sref與疊加速度相疊加；速度校正模塊306根據(jù)疊加后的給定速度對轉子的估計速度S進行速度校正以獲得交軸給定電流Iqref；第一電流校正單元307根據(jù)直軸給定電流Idref對直軸電流Id進行電流校正以獲得直軸電壓Vd；第二電流校正單元308根據(jù)交軸給定電流Iqref對交軸電流Iq進行電流校正以獲得交軸電壓Vq；空間矢量調制單元309根據(jù)估計角度θ對直軸電壓Vd和交軸電壓Vq進行空間矢量調制以生成驅動信號；驅動單元310根據(jù)驅動信號驅動電機M。

由此，在減速時，通過在給定速度Sref上疊加正的或負的疊加速度，可抑制給定速度Sref的快速減小，從而減少了由于電機帶槳快速減速而來的回饋能量，抑制了直流母線電壓的上升，將直流母線電壓限定在第一預設電壓以下，保證電子調速器在電壓安全范圍內進行快速的加減速動作，防止出現(xiàn)由于母線電壓超限導致的電子器件失效情況。

另外，當電子調速器出現(xiàn)異常情況例如接入電壓超限等時，使直流母線電壓超過第二電壓閾值，控制模塊20此時控制電子調速器停止輸出并進行相應的過壓報警。

根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施例，如圖3所示，當控制參數(shù)為交軸給定電流時，疊加參數(shù)為疊加電流，控制模塊20進一步用于，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和第二預設PI控制算法生成疊加電流，并根據(jù)交軸給定電流的方向對疊加電流與交軸給定電流進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的交軸給定電流對電機的轉速進行控制。

具體地，所采用的第二預設PI控制算法可如下式所示：

Out＝K_Ip*[(V_BUS-V_SET1)+K_II∫(V_BUS-V_SET1)dt]

其中，V_BUS為直流母線電壓，V_SET1為第一電壓閾值，K_Ip為相應的比例控參數(shù)，K_II為相應的積分控制參數(shù)。

另外，在進行疊加處理前，控制模塊20還可對疊加參數(shù)例如疊加電流進行限幅處理，即Out∈[0,Iq_Max]，如果疊加電流大于第二限幅范圍的上限值Iq_Max，則將疊加電流限制為Iq_Max，如果疊加電流小于第二限幅范圍的下限值0，則將疊加電流限制為0。

進一步地，如果電機的當前速度方向為正轉，控制模塊20則將疊加電流疊加至交軸給定電流；如果電機的當前速度方向為反轉，控制模塊20則將負的疊加電流疊加至交軸給定電流。

具體來說，如圖3所示，通過軟件使能過壓保護功能后，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，控制模塊20通過第二限幅模塊205限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅輸出可將疊加電流限定為0，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當飛行器大動作飛行導致直流母線電壓超過第一電壓閾值時，將直流母線電壓減去第一電壓閾值的差值作為第二PI控制模塊204的輸入，此差值通過第二預設PI控制算法Out＝K_Ip*[(V_BUS-V_SET1)+K_II∫(V_BUS-V_SET1)dt]處理后輸出一個正向的疊加速度，并經(jīng)過電流方向模塊206結合電機的速度方向疊加到交軸給定電流Iqref上，即當電機的速度方向為正轉時，將疊加電流Out×1疊加至交軸給定電流Iqref上；當電機的當前速度方向為反轉時，將疊加電流Out×(-1)疊加至交軸給定電流Iqref上。

由此，將交軸給定電流Iqref調整為疊加了疊加電流后的交軸給定電流，電子調速器也將根據(jù)疊加后的交軸給定電流對電機進行控制，控制模塊20的具體控制流程與根據(jù)疊加速度后的給定速度進行控制基本一致，區(qū)別在于，速度校正模塊306根據(jù)給定速度Sref對轉子的估計速度S進行速度校正以獲得交軸給定電流Iqref；交軸給定電流Iqref與疊加電流相疊加；第二電流校正單元308根據(jù)疊加后的交軸給定電流對交軸電流Iq進行電流校正以獲得交軸電壓Vq。

另外，當電子調速器出現(xiàn)異常情況例如接入電壓超限等時，使直流母線電壓超過第二電壓閾值，控制模塊20此時控制電子調速器停止輸出并進行相應的過壓報警。

根據(jù)本發(fā)明的又一個具體實施例，如圖4所示，當控制參數(shù)為交軸給定電壓時，疊加參數(shù)為疊加電壓，控制模塊20進一步用于，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值和第三預設PI控制算法生成疊加電壓，并根據(jù)交軸給定電壓的方向對疊加電壓與交軸給定電壓進行疊加處理，以使電子調速器根據(jù)疊加后的交軸給定電壓對電機的轉速進行控制。

具體地，所采用的第三預設PI控制算法可如下式所示：

Out＝K_Vp*[(V_BUS-V_SET1)+K_VI∫(V_BUS-V_SET1)dt]

其中，V_BUS為直流母線電壓，V_SET1為第一電壓閾值，K_Vp為相應的比例控參數(shù)，K_VI為相應的積分控制參數(shù)。

另外，在進行疊加處理前，控制模塊20還可對疊加參數(shù)例如疊加電壓進行限幅處理，即Out∈[0,Vq_Max]，如果疊加電壓大于第二限幅范圍的上限值Vq_Max，則將疊加電壓限制為Vq_Max，如果疊加電壓小于第二限幅范圍的下限值0，則將疊加電壓限制為0。

進一步地，如果電機的當前速度方向為正轉，控制模塊20則將疊加電壓疊加至交軸給定電壓；如果電機的當前速度方向為反轉，控制模塊20則將負的疊加電壓疊加至交軸給定電壓。

具體來說，如圖4所示，通過軟件使能過壓保護功能后，當直流母線電壓小于第一電壓閾值時，控制模塊20通過第三限幅模塊208限幅算法Out∈[0,Vq_Max]的限幅輸出可將疊加電壓限定為0，從而對于正常的飛行沒有任何影響。

當飛行器大動作飛行導致直流母線電壓超過第一電壓閾值時，將直流母線電壓減去第一電壓閾值的差值作為第三PI控制模塊207的輸入，此差值通過第三預設PI控制算法Out＝K_Vp*[(V_BUS-V_SET1)+K_VI∫(V_BUS-V_SET1)dt]處理后輸出一個正向的疊加速度，并經(jīng)過電壓方向模塊209結合電機的速度方向疊加到交軸給定電壓Vqref上，即當電機的當前速度方向為正轉時，將疊加電流Out×1疊加至交軸給定電壓Vqref上；當電機的當前速度方向為反轉時，將疊加電流Out×(-1)疊加至交軸給定電壓Vqref上。

由此，將交軸給定電壓Vqref調整為疊加了疊加電壓后的交軸給定電壓，電子調速器也將根據(jù)疊加后的交軸給定電壓對電機進行控制，控制模塊20具體控制流程與根據(jù)疊加速度后的給定速度進行控制基本一致，區(qū)別在于，交軸給定電壓Vqref與疊加電壓相疊加；空間矢量調制單元309根據(jù)估計角度θ對直軸電壓Vd和疊加后的交軸電壓進行空間矢量調制以生成驅動信號。

另外，當電子調速器出現(xiàn)異常情況例如接入電壓超限等時，使直流母線電壓超過第二電壓閾值，此時控制模塊20控制電子調速器停止輸出并進行相應的過壓報警。

綜上，根據(jù)本發(fā)明實施例提出的飛行器中電子調速器的過壓保護裝置，通過電壓采集模塊采集電子調速器的直流母線電壓，控制模塊對直流母線電壓進行判斷，并在直流母線電壓大于第一電壓閾值且小于或等于第二電壓閾值時，根據(jù)直流母線電壓與第一電壓閾值之間的差值對電子調速器的控制參數(shù)進行調整，以使電子調速器根據(jù)調整后的控制參數(shù)對電機進行控制，以抑制直流母線電壓的進一步上升，并在直流母線電壓大于第二電壓閾值時，控制電子調速器停止輸出，以使電子調速器控制電機停止運行。由此，根據(jù)本發(fā)明實施例采用兩級電壓保護，當直流母線電壓超過第一電壓閾值時，通過調節(jié)控制參數(shù)以減少從電機反饋的能量，從而抑制直流母線電壓的進一步升高，防止飛行器大動作飛行時電子調速器因過壓斷開輸出而導致飛行器損壞甚至炸機，當由于其他原因導致直流母線電壓超過第二電壓閾值時電子調速器停止輸出，防止電子調速器的器件損壞甚至燒毀。

另外，本發(fā)明實施例還提出可一種飛行器，包括上述實施例的飛行器中電子調速器的過壓保護裝置。

根據(jù)本發(fā)明實施例提出的飛行器，通過上述實施例的過壓保護裝置，，可采用兩級電壓保護，從而防止電子調速器的器件損壞甚至燒毀，防止飛行器大動作飛行時電子調速器因過壓斷開輸出而導致飛行器損壞甚至炸機。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。