四旋翼飞行探测器的设计+文献综述(3)
与有刷直流电机不同，无刷直流电机的电枢为定子绕组，励磁绕组被永磁材料所取代。根据流入定子绕组的激励电流波形的不同来划分，直流无刷电机可以分为方波直流电机（BLDCM）和正弦波直流电机（PMSM）。BLDCM用电子换相克服了以前直流电机机械换相的缺点，用永磁材料做转子省去了电刷；而PMSM是用永磁材料代替普通电机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和碳刷。在相同的条件下，驱动电路获得方波相对比较容易，并且控制比较简单，因此BLDCM的应用要比PMSM广泛的多。
1.3 四旋翼飞行探测器控制器的研究现状及存在的问题
四旋翼飞行探测器的控制器是用来控制飞行探测器电机的转动、速度的控制以及其它电子部件的核心器件，它就是四旋翼飞行探测器的大脑，是四旋翼飞行探测器上最重要的部件。不同飞行探测器型号所对应的控制器因性能不同而各具特点。四旋翼飞行探测器的控制器从结构上可以分两种：分离式和整体式。四旋翼飞行探测器的控制器的设计应兼顾锂电池和电机的实际使用情况，合理分配锂电池、控制器和电机之间的关系，将其作为一个整体系统来设计，这样才能得到较为匹配的四旋翼飞行探测器的控制器。
目前来看，四旋翼飞行探测器控制器的控制系统主要有以下几类：
（1）模拟控制系统：由大量分立元件配合少量集成芯片组成的模拟电路构成；
（2）专用控制系统：由控制无刷直流电机的专用高集成度芯片配以外围功能电路构成；
（3）数模混合控制系统以及全数字控制系统：以玉兔二代飞行控制板、高速DSP芯片以及ARM芯片为核心加以外围功能电路构成。
模拟控制系统中的大量分立元件存在着不可消除的参数漂移，而且模拟电路排布复杂、不便于调试，因此电机以及飞行探测器的可靠性、稳定性受到影响，性能难以高效率发挥，在现在的四旋翼飞行探测器控制器中已经几乎不用了。由专用集成电路为核心的控制系统采用无刷直流电机专用控制集成芯片如MC33033、MC33035为主要控制器件，这样可以有效减轻分立元件带来的参数漂移的危害，而且使控制电路的总体体积减小、可靠性提高，但是这类控制器一旦成型，后续功能往往难以扩展，升级不便。这类控制器在初期的四旋翼飞行探测器中采用较多。近年来DSP和ARM的迅速发展，也为电机控制核心芯片的选择开辟了一种新的途径，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C2xx系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列，这些都是由一个以DSP为基础的核心，并结合电机控制所需的外部功能电路，集成在单一芯片内，使控制器整体体积大大缩小、各部分结构紧凑、易于使用、可靠性提高。较为先进的DSP还可以提供专用的事件管理模块用于电机控制，这样一来它在电机矢量控制以及矩阵变换等方面具有显著的优势。未来应用DSP作为电动车控制器的主控芯片是一种势不可挡的趋势。但是目前来看这些专用集成芯片价格较为昂贵，外围电路设计复杂造成文修困难，所以在广大的民用市场难以大规模推广。由于控制器非常注重成本，而DSP和ARM的控制策略的理论研究还不够成熟。因此，在一定时期内这类控制器还不会大规模应用于潜力巨大的民用市场。数模混合控制系统和全数字控制系统采用数字电路和单片机组成硬件系统，控制由主要依靠硬件实现偏向由软件实现，控制比较灵活、功能方便扩展且易实现复杂的控制算法。所以目前这类四旋翼飞行探测器控制器得到广泛的关注和研究[3]。
2. 四旋翼飞行探测器的设计原理及硬件电路
2.1 主要元件的选取