飞行器及其电子调速器的过压保护方法和装置与流程

本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种飞行器中电子调速器的过压保护方法、一种飞行器中电子调速器的过压保护装置、一种具有该装置的飞行器。

背景技术：

相关的飞行器例如无人机中，电子调速器与电机作为飞行器的动力系统，其稳定性是飞行器正常飞行的保障。在相关技术中，飞行器上的电子调速器大多只在直流母线电压超过预设值后断开输出，从而可能会在飞行器大动作飞行时断开电子调速器输出，进而导致飞行器损坏。

因此，相关技术需要进行改进。

技术实现要素：

首先，申请人发现并认识到，飞行器在大动作飞行过程中，电机会出现快速减速的情况。由于电机带桨有一定的惯性，在电机减速时会反馈能量给电子调速器，使电子调速器的母线电压上升，特别是在电池满电的情况下，有可能导致电子调速器出现过压的情况。在飞行器大动作飞行时如果因过压而使电子调速器输出断开，可能会导致飞行器损坏甚至炸机。

为至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，本发明的一个目的在于提出一种飞行器中电子调速器的过压保护方法，能够防止电子调速器的器件损坏甚至烧毁，防止飞行器大动作飞行时电压持续升高。

本发明的另一个目的在于提出一种飞行器中电子调速器的过压保护装置。本发明的又一个目的在于提出一种飞行器。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种飞行器中电子调速器的过压保护方法，所述电子调速器用于控制电机，所述方法包括以下步骤：采集所述电子调速器的直流母线电压；如果所述直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，则根据所述直流母线电压与所述第一电压阈值之间的差值调整所述电子调速器的控制参数，以使所述电子调速器根据调整后的控制参数对所述电机进行控制，以抑制所述直流母线电压的进一步上升，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。

根据本发明实施例提出的飞行器中电子调速器的过压保护方法，采集电子调速器的直流母线电压，并对直流母线电压进行判断，如果直流母线电压大于第一电压阈值且小于第二电压阈值，则根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整，以使电子调速器根据调整后的控制参数对电机进行控制，以抑制直流母线电压的进一步上升，如果直流母线电压大于第二电压阈值，则控制电子调速器停止输出，以使电子调速器控制电机停止运行。由此，根据本发明实施例采用两级电压保护，当直流母线电压超过第一电压阈值时，通过调节控制参数以减少从电机反馈的能量，从而抑制直流母线电压的进一步升高，防止飞行器大动作飞行时电子调速器因过压断开输出而导致飞行器损坏甚至炸机。

根据本发明的一个实施例，所述控制参数包括给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述直流母线电压与所述第一电压阈值之间的差值对所述电子调速器的控制参数进行调整包括：根据所述直流母线电压与所述第一电压阈值之间的差值和预设PI控制算法生成叠加参数；根据所述电机的当前速度方向对所述叠加参数与所述控制参数进行叠加处理，以使所述电子调速器根据叠加后的控制参数对所述电机的转速进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述电机的当前速度方向对所述叠加参数与所述控制参数进行叠加处理，包括：如果所述电机的当前速度方向为正转，则将所述叠加参数叠加至所述控制参数；如果所述电机的当前速度方向为反转，则将负的所述叠加参数叠加至所述控制参数。

根据本发明的一个实施例，还包括：如果所述直流母线电压大于所述第二电压阈值，则控制所述电子调速器停止输出，以使所述电子调速器控制所述电机停止运行。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种飞行器中电子调速器的过压保护装置，所述电子调速器用于控制电机，所述装置包括：电压采集模块，用于采集所述电子调速器的直流母线电压；控制模块，用于在所述直流母线电压大于第一电压阈值且小于第二电压阈值时，根据所述直流母线电压与所述第一电压阈值之间的差值调整所述电子调速器的控制参数，以使所述电子调速器根据调整后的控制参数对所述电机进行控制，以抑制所述直流母线电压的进一步上升。

根据本发明实施例提出的飞行器中电子调速器的过压保护装置，通过电压采集模块采集电子调速器的直流母线电压，控制模块对直流母线电压进行判断，并在直流母线电压大于第一电压阈值且小于第二电压阈值时，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整，以使电子调速器根据调整后的控制参数对电机进行控制，以抑制直流母线电压的进一步上升，并在直流母线电压大于第二电压阈值时，控制电子调速器停止输出，以使电子调速器控制电机停止运行。由此，根据本发明实施例采用两级电压保护，当直流母线电压超过第一电压阈值时，通过调节控制参数以减少从电机反馈的能量，从而抑制直流母线电压的进一步升高，防止飞行器大动作飞行时电子调速器因过压断开输出而导致飞行器损坏甚至炸机。

根据本发明的一个实施例，所述控制参数包括给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块进一步用于，根据所述直流母线电压与所述第一电压阈值之间的差值和预设PI控制算法生成叠加参数，并根据所述电机的当前速度方向对所述叠加参数与所述控制参数进行叠加处理，以使所述电子调速器根据叠加后的控制参数对所述电机的转速进行控制。

根据本发明的一个实施例，如果所述电机的当前速度方向为正转，所述控制模块则将所述叠加参数叠加至所述控制参数；如果所述电机的当前速度方向为反转，所述控制模块则将负的所述叠加参数叠加至所述控制参数。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块还用于，在所述直流母线电压大于所述第二电压阈值时，控制所述电子调速器停止输出，以使所述电子调速器控制所述电机停止运行

为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出的一种飞行器，包括所述的飞行器中电子调速器的过压保护装置。

根据本发明实施例提出的飞行器，通过上述实施例的过压保护装置，能够防止飞行器大动作飞行时电子调速器因过压断开输出而导致飞行器损坏甚至炸机。

附图说明

图1是根据本发明实施例的飞行器中电子调速器的过压保护方法的流程图；

图2是根据本发明一个具体实施例的飞行器中电子调速器的过压保护方法的控制框图；

图3是根据本发明另一个具体实施例的飞行器中电子调速器的过压保护方法的控制框图；

图4是根据本发明又一个具体实施例的飞行器中电子调速器的过压保护方法的控制框图；

图5是根据本发明实施例的飞行器中电子调速器的过压保护装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例的飞行器中电子调速器的过压保护方法和装置以及具有该装置的飞行器。

图1是根据本发明实施例的飞行器中电子调速器的过压保护方法的流程图。其中，电子调速器用于控制电机，电子调速器可包括电容、MOSFET等器件。

如图1所示，本发明实施例的过压保护方法包括以下步骤：

S1：采集电子调速器的直流母线电压。

其中，电子调速器可包括六个MOSFET构成的全桥逆变电路，全桥逆变电路可包括三相桥臂，每相桥臂包括两个MOSFET，直流母线电压可为施加在每相桥臂中两个MOSFET之上的电压。

S2：如果直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，则根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整，以使电子调速器根据调整后的控制参数对电机进行控制，以抑制直流母线电压的进一步上升，其中，第二电压阈值大于第一电压阈值。

S3：如果直流母线电压大于第二电压阈值，则控制电子调速器停止输出，以使电子调速器控制电机停止运行。

应当理解的是，电子调速器中的电容、MOSFET等器件都有耐压限制，如果直流母线电压大于第二电压阈值，则可能会使施加到电容、MOSFET等器件的电压超过自身的耐压限值，造成器件损坏甚至烧毁。

在本发明实施例中，可通过软件使能电子调速器的过压保护功能，并且，在使能过压保护功能后，可实时采集电子调速器的直流母线电压。

其中，当直流母线电压小于第一电压阈值时，此时判断电子调速器未出现过压，不进行过压保护，电子调速器可根据预设的控制参数对电机进行控制，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，此时判断直流母线电压的上升由飞行器大动作飞行引起，即当飞行器在飞行过程中执行大动作指令时，电机会出现快速加速和快速减速的情况，减速时由于电机带桨的惯性作用会回馈能量给电子调速器，使直流母线电压升高。当减速越快时，能量回馈越快，可能会使直流母线电压超过第一电压阈值。此时通过调整控制参数以降低电机转速的变化率，减少电机反馈的能量，进而抑制直流母线电压的进一步升高，保证电子调速器在电压安全范围内进行快速的加减速动作，防止出现由于直流母线电压过压导致电子器件失效的情况。

当直流母线电压大于第二电压阈值时，此时判断电子调速器的过压由异常情况引起，即电子调速器出现接入电压超限等异常情况时，可能会使直流母线电压超过第二电压阈值，此时电子调速器停止输出以控制电机停止运行，且还可进行相应地报警。

由此，根据本发明实施例采用两级电压保护，通过对飞行过程中可能产生的过压情况进行有效的控制，使电子调速器运行在安全电压范围内，可以减少由于电子调速器过压导致的电子器件损坏，从而更安全的保障了飞行过程的安全。

根据本发明的一些实施例，控制参数包括给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压。也就是说，可以通过限制给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压等多个方式进行直流母线电压的过压保护。

具体地，根据本发明的一些实施例，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值调整电子调速器的控制参数，包括：根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和预设PI控制算法生成叠加参数；根据电机的当前速度方向对叠加参数与控制参数进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的控制参数对电机的转速进行控制。

进一步地，根据本发明的一些实施例，根据电机的当前速度方向对叠加参数与控制参数进行叠加处理，包括：如果电机的当前速度方向为正转，则将叠加参数叠加至控制参数；如果电机的当前速度方向为反转，则将负的叠加参数叠加至控制参数。

下面结合图2-4分别对本发明实施例的限制给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压这三个方式的过压保护方法进行描述。

根据本发明的一个具体实施例，如图2所示，当控制参数为给定速度时，叠加参数为叠加速度，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整包括：根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和第一预设PI控制算法生成叠加速度；根据电机的当前速度方向对叠加速度与给定速度Sref进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的给定速度对电机的转速进行控制。

本发明实施例中，所采用的第一预设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为直流母线电压，V_SET1为第一电压阈值，K_sp为相应的比例控参数，K_sI为相应的积分控制参数。

另外，在进行叠加处理前，还可对叠加参数例如叠加速度进行限幅处理，即Out∈[0,Spd_Max]，如果叠加速度大于第一限幅范围的上限值Spd_Max，则将叠加速度限制为Spd_Max，如果叠加速度小于第一限幅范围的下限值0，则将叠加速度限制为0。

进一步地，根据电机的当前速度方向对叠加速度与给定速度Sref进行叠加处理，包括：如果电机的当前速度方向为正转，即给定速度Sref>0，则将叠加速度叠加至给定速度Sref；如果电机的当前速度方向为反转，即给定速度Sref<0，则将负的叠加速度叠加至给定速度Sref。

具体来说，如图2所示，通过软件使能过压保护功能后，当直流母线电压小于第一电压阈值时，通过限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅输出可将叠加速度限定为0，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当飞行器在飞行过程中执行大动作指令时，电机会出现快速加速和快速减速的情况，快速减速时由于电机带桨的惯性作用会回馈能量给电子调速器，使电子调速器的直流母线电压升高。当减速过快时，能量回馈过快，使直流母线电压超过第一电压阈值。此时，将直流母线电压减去第一电压阈值的差值作为第一PI控制模块的输入，此差值通过第一预设PI控制算法Out＝K_sp*[(V_BUS-V_SET1)+K_sI∫(V_BUS-V_SET1)dt]处理后输出一个正向的叠加速度，并结合电机的速度方向叠加到给定速度Sref上，即当电机的速度方向为正转时，将叠加速度Out×1叠加至给定速度Sref上；当电机的速度方向为反转时，将叠加速度Out×(-1)叠加至给定速度Sref上。

由此，将给定速度Sref调整为叠加了叠加速度后的给定速度，电子调速器也将根据叠加后的给定速度对电机进行控制，即：

通过采样模块采集电机的三相电流Ia、Ib和Ic以及三相电压Va、Vb和Vc；第一clarke坐标转换单元对三相电压Va、Vb和Vc进行clarke坐标转换以获得两相电压Vα、Vβ；第二clarke坐标转换单元对三相电流Ia、Ib和Ic进行clarke坐标转换以获得两相电压Iα、Iβ；位置估计单元例如速度磁链观测器根据两相电压Vα、Vβ和两相电压Iα、Iβ估计电机的转子的位置和速度以获得转子的估计角度θ和转子的估计速度S；park坐标转换单元根据转子的估计角度θ对两相电流Iα、Iβ进行park坐标转换以获得直轴电流Id和交轴电流Iq。

给定速度Sref与叠加速度相叠加；速度校正模块根据叠加后的给定速度对转子的估计速度S进行速度校正以获得交轴给定电流Iqref；第一电流校正单元根据直轴给定电流Idref对直轴电流Id进行电流校正以获得直轴电压Vd；第二电流校正单元根据交轴给定电流Iqref对交轴电流Iq进行电流校正以获得交轴电压Vq；空间矢量调制单元根据估计角度θ对直轴电压Vd和交轴电压Vq进行空间矢量调制以生成驱动信号；驱动单元根据驱动信号驱动电机。

由此，在减速时，通过在给定速度Sref上叠加正的或负的叠加速度，可抑制给定速度Sref的快速减小，从而减少了由于电机带桨快速减速而来的回馈能量，抑制了直流母线电压的上升，将直流母线电压限定在第一预设电压以下，保证电子调速器在电压安全范围内进行快速的加减速动作，防止出现由于母线电压超限导致的电子器件失效情况。

另外，当电子调速器出现异常情况例如接入电压超限等时，使直流母线电压超过第二电压阈值，此时电子调速器停止输出并进行相应的过压报警。

根据本发明的另一个具体实施例，如图3所示，当控制参数为交轴给定电流时，叠加参数为叠加电流，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整包括：根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和第二预设PI控制算法生成叠加电流；根据交轴给定电流的方向对叠加电流与交轴给定电流Iqref进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的交轴给定电流对电机的转速进行控制。

具体地，所采用的第二预设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为直流母线电压，V_SET1为第一电压阈值，K_Ip为相应的比例控参数，K_II为相应的积分控制参数。

另外，在进行叠加处理前，还可对叠加参数例如叠加电流进行限幅处理，即Out∈[0,Iq_Max]，如果叠加电流大于第二限幅范围的上限值Iq_Max，则将叠加电流限制为Iq_Max，如果叠加电流小于第二限幅范围的下限值0，则将叠加电流限制为0。

进一步地，根据交轴给定电流的方向对叠加电流与交轴给定电流进行叠加处理，包括：如果电机的当前速度方向为正转，则将叠加电流叠加至交轴给定电流Iqref；如果电机的当前速度方向为反转，则将负的叠加电流叠加至交轴给定电流Iqref。

具体来说，如图3所示，通过软件使能过压保护功能后，当直流母线电压小于第一电压阈值时，通过限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅输出可将叠加电流限定为0，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当飞行器大动作飞行导致直流母线电压超过第一电压阈值时，将直流母线电压减去第一电压阈值的差值作为第二PI控制模块的输入，此差值通过第二预设PI控制算法Out＝K_Ip*[(V_BUS-V_SET1)+K_II∫(V_BUS-V_SET1)dt]处理后输出一个正向的叠加速度，并结合电机的速度方向叠加到交轴给定电流Iqref上，即当电机的速度方向为正转时，将叠加电流Out×1叠加至交轴给定电流Iqref上；当电机的速度方向为反转时，将叠加电流Out×(-1)叠加至交轴给定电流Iqref上。

由此，将交轴给定电流Iqref调整为叠加了叠加电流后的交轴给定电流，电子调速器也将根据叠加后的交轴给定电流对电机进行控制，具体控制流程与根据叠加速度后的给定速度进行控制基本一致，区别在于，速度校正模块根据给定速度Sref对转子的估计速度S进行速度校正以获得交轴给定电流Iqref；交轴给定电流Iqref与叠加电流相叠加；第二电流校正单元根据叠加后的交轴给定电流对交轴电流Iq进行电流校正以获得交轴电压Vq。

另外，当电子调速器出现异常情况例如接入电压超限等时，使直流母线电压超过第二电压阈值，此时电子调速器停止输出并进行相应的过压报警。

根据本发明的又一个具体实施例，如图4所示，当控制参数为交轴给定电压时，叠加参数为叠加电压，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整包括：根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和第三预设PI控制算法生成叠加电压；根据交轴给定电压的方向对叠加电压与交轴给定电压进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的交轴给定电压对电机的转速进行控制。

本发明实施例中，所采用的第三预设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为直流母线电压，V_SET1为第一电压阈值，K_Vp为相应的比例控参数，K_VI为相应的积分控制参数。

另外，在进行叠加处理前，还可对叠加参数例如叠加电压进行限幅处理，即Out∈[0,Vq_Max]，如果叠加电压大于第二限幅范围的上限值Vq_Max，则将叠加电压限制为Vq_Max，如果叠加电压小于第二限幅范围的下限值0，则将叠加电压限制为0。

进一步地，根据交轴给定电压的方向对叠加电压与交轴给定电压进行叠加处理，包括：如果电机的当前速度方向为正转，则将叠加电压叠加至交轴给定电压；如果电机的当前速度方向为反转，则将负的叠加电压叠加至交轴给定电压。

具体来说，如图4所示，通过软件使能过压保护功能后，当直流母线电压小于第一电压阈值时，通过限幅算法Out∈[0,Vq_Max]的限幅输出可将叠加电压限定为0，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当飞行器大动作飞行导致直流母线电压超过第一电压阈值时，将直流母线电压减去第一电压阈值的差值作为第三PI控制模块的输入，此差值通过第三预设PI控制算法Out＝K_Vp*[(V_BUS-V_SET1)+K_VI∫(V_BUS-V_SET1)dt]处理后输出一个正向的叠加速度，并结合电机的速度方向叠加到交轴给定电压Vqref上，即当电机的当前速度方向为正转时，将叠加电流Out×1叠加至交轴给定电压Vqref上；当电机的当前速度方向为反转时，将叠加电流Out×(-1)叠加至交轴给定电压Vqref上。

由此，将交轴给定电压Vqref调整为叠加了叠加电压后的交轴给定电压，电子调速器也将根据叠加后的交轴给定电压对电机进行控制，具体控制流程与根据叠加速度后的给定速度进行控制基本一致，区别在于，交轴给定电压Vqref与叠加电压相叠加；空间矢量调制单元根据估计角度θ对直轴电压Vd和叠加后的交轴电压进行空间矢量调制以生成驱动信号。

另外，当电子调速器出现异常情况例如接入电压超限等时，使直流母线电压超过第二电压阈值，此时电子调速器停止输出并进行相应的过压报警。

综上，根据本发明实施例提出的飞行器中电子调速器的过压保护方法，采集电子调速器的直流母线电压，并对直流母线电压进行判断，如果直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值，则根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整，以使电子调速器根据调整后的控制参数对电机进行控制，以抑制直流母线电压的进一步上升，如果直流母线电压大于第二电压阈值，则控制电子调速器停止输出，以使电子调速器控制电机停止运行。由此，根据本发明实施例采用两级电压保护，当直流母线电压超过第一电压阈值时，通过调节控制参数以减少从电机反馈的能量，从而抑制直流母线电压的进一步升高，防止飞行器大动作飞行时电子调速器因过压断开输出而导致飞行器损坏甚至炸机，当由于其他原因导致直流母线电压超过第二电压阈值时电子调速器停止输出，防止电子调速器的器件损坏甚至烧毁。

图5是根据本发明实施例的飞行器中电子调速器的过压保护装置的方框示意图。电子调速器用于控制电机，电子调速器可包括电容、MOSFET等器件。

如图5所示，本发明实施例的过压保护装置包括电压采集模块10和控制模块20。

其中，电压采集模块10用于采集电子调速器的直流母线电压。需要说明的是，电子调速器可包括六个MOSFET构成的全桥逆变电路，全桥逆变电路可包括三相桥臂，每相桥臂包括两个MOSFET，直流母线电压可为施加在每相桥臂中两个MOSFET之上的电压。

控制模块20用于对直流母线电压进行判断，并在直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整，以使电子调速器根据调整后的控制参数对电机进行控制，以抑制直流母线电压的进一步上升。

控制模块20还用于在直流母线电压大于第二电压阈值时，控制电子调速器停止输出，以使电子调速器控制电机停止运行。

应当理解的是，电子调速器中的电容、MOSFET等器件都有耐压限制，如果直流母线电压大于第二电压阈值，则可能会使施加到电容、MOSFET等器件的电压超过自身的耐压限值，造成器件损坏甚至烧毁。

在本发明实施例中，控制模块20可通过软件使能电子调速器的过压保护功能，并且，在使能过压保护功能后，电压采集模块10可实时采集电子调速器的直流母线电压。

其中，当直流母线电压小于第一电压阈值时，此时判断电子调速器未出现过压，控制模块20不进行过压保护，电子调速器可根据预设的控制参数对电机进行控制，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，此时判断直流母线电压的上升由飞行器大动作飞行引起，即当飞行器在飞行过程中执行大动作指令时，电机会出现快速加速和快速减速的情况，减速时由于电机带桨的惯性作用会回馈能量给电子调速器，使直流母线电压升高。当减速越快时，能量回馈越快，可能会使直流母线电压超过第一电压阈值。控制模块20此时通过调整控制参数以降低电机转速的变化率，减少电机反馈的能量，进而抑制直流母线电压的进一步升高，保证电子调速器在电压安全范围内进行快速的加减速动作，防止出现由于直流母线电压过压导致电子器件失效的情况。

当直流母线电压大于第二电压阈值时，此时判断电子调速器的过压由异常情况引起，即电子调速器出现接入电压超限等异常情况时，可能会使直流母线电压超过第二电压阈值，此时控制模块20控制电子调速器停止输出以控制电机停止运行，且还可进行相应地报警。

由此，根据本发明实施例采用两级电压保护，通过对飞行过程中可能产生的过压情况进行有效的控制，使电子调速器运行在安全电压范围内，可以减少由于电子调速器过压导致的电子器件损坏，从而更安全的保障了飞行过程的安全。

根据本发明的一些实施例，控制参数包括给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压。也就是说，控制模块20可以通过限制给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压等多个方式进行直流母线电压的过压保护。

具体地，根据本发明的一些实施例，控制模块20进一步用于，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和预设PI控制算法生成叠加参数，并根据电机的当前速度方向对叠加参数与控制参数进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的控制参数对电机的转速进行控制。

进一步地，根据本发明的一些实施例，如果电机的当前速度方向为正转，控制模块20则将叠加参数叠加至控制参数；如果电机的当前速度方向为反转，控制模块20则将负的叠加参数叠加至控制参数。

下面结合图2-4分别对本发明实施例的限制给定速度、交轴给定电流或交轴给定电压这三个方式的过压保护装置进行描述。

根据本发明的一个具体实施例，如图2所示，当控制参数为给定速度时，叠加参数为叠加速度，控制模块20进一步用于，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和第一预设PI控制算法生成叠加速度，并根据电机的当前速度方向对叠加速度与给定速度进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的给定速度对电机的转速进行控制。

具体地，所采用的第一预设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为直流母线电压，V_SET1为第一电压阈值，K_sp为相应的比例控参数，K_sI为相应的积分控制参数。

另外，在进行叠加处理前，控制模块20还可对叠加参数例如叠加速度进行限幅处理，即Out∈[0,Spd_Max]，如果叠加速度大于第一限幅范围的上限值Spd_Max，则将叠加速度限制为Spd_Max，如果叠加速度小于第一限幅范围的下限值0，则将叠加速度限制为0。

进一步地，如果电机的当前速度方向为正转，即给定速度Sref>0，控制模块20则将叠加速度叠加至给定速度；如果电机的当前速度方向为反转，即给定速度Sref<0，控制模块20则将负的叠加速度叠加至给定速度。

具体来说，如图2所示，通过软件使能过压保护功能后，当直流母线电压小于第一电压阈值时，控制模块20通过限幅模块202的限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅输出可将叠加速度限定为0，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当飞行器在飞行过程中执行大动作指令时，电机会出现快速加速和快速减速的情况，快速减速时由于电机带桨的惯性作用会回馈能量给电子调速器，使电子调速器的直流母线电压升高。当减速过快时，能量回馈过快，使直流母线电压超过第一电压阈值。此时，将直流母线电压减去第一电压阈值的差值作为第一PI控制模块201的输入，此差值通过第一预设PI控制算法Out＝K_sp*[(V_BUS-V_SET1)+K_sI∫(V_BUS-V_SET1)dt]处理后输出一个正向的叠加速度，并经过速度方向模块203结合电机的速度方向叠加到给定速度Sref上，即当电机的速度方向为正转时，将叠加速度Out×1叠加至给定速度Sref上；当电机的速度方向为反转时，将叠加速度Out×(-1)叠加至给定速度Sref上。

由此，将给定速度Sref调整为叠加了叠加速度后的给定速度，电子调速器也将根据叠加后的给定速度对电机进行控制，即：

通过采样模块301采集电机的三相电流Ia、Ib和Ic以及三相电压Va、Vb和Vc；第一clarke坐标转换单元302对三相电压Va、Vb和Vc进行clarke坐标转换以获得两相电压Vα、Vβ；第二clarke坐标转换单元303对三相电流Ia、Ib和Ic进行clarke坐标转换以获得两相电压Iα、Iβ；位置估计单元304例如速度磁链观测器根据两相电压Vα、Vβ和两相电压Iα、Iβ估计电机的转子的位置和速度以获得转子的估计角度θ和转子的估计速度S；park坐标转换单元305根据转子的估计角度θ对两相电流Iα、Iβ进行park坐标转换以获得直轴电流Id和交轴电流Iq。

给定速度Sref与叠加速度相叠加；速度校正模块306根据叠加后的给定速度对转子的估计速度S进行速度校正以获得交轴给定电流Iqref；第一电流校正单元307根据直轴给定电流Idref对直轴电流Id进行电流校正以获得直轴电压Vd；第二电流校正单元308根据交轴给定电流Iqref对交轴电流Iq进行电流校正以获得交轴电压Vq；空间矢量调制单元309根据估计角度θ对直轴电压Vd和交轴电压Vq进行空间矢量调制以生成驱动信号；驱动单元310根据驱动信号驱动电机M。

由此，在减速时，通过在给定速度Sref上叠加正的或负的叠加速度，可抑制给定速度Sref的快速减小，从而减少了由于电机带桨快速减速而来的回馈能量，抑制了直流母线电压的上升，将直流母线电压限定在第一预设电压以下，保证电子调速器在电压安全范围内进行快速的加减速动作，防止出现由于母线电压超限导致的电子器件失效情况。

另外，当电子调速器出现异常情况例如接入电压超限等时，使直流母线电压超过第二电压阈值，控制模块20此时控制电子调速器停止输出并进行相应的过压报警。

根据本发明的另一个具体实施例，如图3所示，当控制参数为交轴给定电流时，叠加参数为叠加电流，控制模块20进一步用于，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和第二预设PI控制算法生成叠加电流，并根据交轴给定电流的方向对叠加电流与交轴给定电流进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的交轴给定电流对电机的转速进行控制。

具体地，所采用的第二预设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为直流母线电压，V_SET1为第一电压阈值，K_Ip为相应的比例控参数，K_II为相应的积分控制参数。

另外，在进行叠加处理前，控制模块20还可对叠加参数例如叠加电流进行限幅处理，即Out∈[0,Iq_Max]，如果叠加电流大于第二限幅范围的上限值Iq_Max，则将叠加电流限制为Iq_Max，如果叠加电流小于第二限幅范围的下限值0，则将叠加电流限制为0。

进一步地，如果电机的当前速度方向为正转，控制模块20则将叠加电流叠加至交轴给定电流；如果电机的当前速度方向为反转，控制模块20则将负的叠加电流叠加至交轴给定电流。

具体来说，如图3所示，通过软件使能过压保护功能后，当直流母线电压小于第一电压阈值时，控制模块20通过第二限幅模块205限幅算法Out∈[0,Spd_Max]的限幅输出可将叠加电流限定为0，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当飞行器大动作飞行导致直流母线电压超过第一电压阈值时，将直流母线电压减去第一电压阈值的差值作为第二PI控制模块204的输入，此差值通过第二预设PI控制算法Out＝K_Ip*[(V_BUS-V_SET1)+K_II∫(V_BUS-V_SET1)dt]处理后输出一个正向的叠加速度，并经过电流方向模块206结合电机的速度方向叠加到交轴给定电流Iqref上，即当电机的速度方向为正转时，将叠加电流Out×1叠加至交轴给定电流Iqref上；当电机的当前速度方向为反转时，将叠加电流Out×(-1)叠加至交轴给定电流Iqref上。

由此，将交轴给定电流Iqref调整为叠加了叠加电流后的交轴给定电流，电子调速器也将根据叠加后的交轴给定电流对电机进行控制，控制模块20的具体控制流程与根据叠加速度后的给定速度进行控制基本一致，区别在于，速度校正模块306根据给定速度Sref对转子的估计速度S进行速度校正以获得交轴给定电流Iqref；交轴给定电流Iqref与叠加电流相叠加；第二电流校正单元308根据叠加后的交轴给定电流对交轴电流Iq进行电流校正以获得交轴电压Vq。

另外，当电子调速器出现异常情况例如接入电压超限等时，使直流母线电压超过第二电压阈值，控制模块20此时控制电子调速器停止输出并进行相应的过压报警。

根据本发明的又一个具体实施例，如图4所示，当控制参数为交轴给定电压时，叠加参数为叠加电压，控制模块20进一步用于，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值和第三预设PI控制算法生成叠加电压，并根据交轴给定电压的方向对叠加电压与交轴给定电压进行叠加处理，以使电子调速器根据叠加后的交轴给定电压对电机的转速进行控制。

具体地，所采用的第三预设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为直流母线电压，V_SET1为第一电压阈值，K_Vp为相应的比例控参数，K_VI为相应的积分控制参数。

另外，在进行叠加处理前，控制模块20还可对叠加参数例如叠加电压进行限幅处理，即Out∈[0,Vq_Max]，如果叠加电压大于第二限幅范围的上限值Vq_Max，则将叠加电压限制为Vq_Max，如果叠加电压小于第二限幅范围的下限值0，则将叠加电压限制为0。

进一步地，如果电机的当前速度方向为正转，控制模块20则将叠加电压叠加至交轴给定电压；如果电机的当前速度方向为反转，控制模块20则将负的叠加电压叠加至交轴给定电压。

具体来说，如图4所示，通过软件使能过压保护功能后，当直流母线电压小于第一电压阈值时，控制模块20通过第三限幅模块208限幅算法Out∈[0,Vq_Max]的限幅输出可将叠加电压限定为0，从而对于正常的飞行没有任何影响。

当飞行器大动作飞行导致直流母线电压超过第一电压阈值时，将直流母线电压减去第一电压阈值的差值作为第三PI控制模块207的输入，此差值通过第三预设PI控制算法Out＝K_Vp*[(V_BUS-V_SET1)+K_VI∫(V_BUS-V_SET1)dt]处理后输出一个正向的叠加速度，并经过电压方向模块209结合电机的速度方向叠加到交轴给定电压Vqref上，即当电机的当前速度方向为正转时，将叠加电流Out×1叠加至交轴给定电压Vqref上；当电机的当前速度方向为反转时，将叠加电流Out×(-1)叠加至交轴给定电压Vqref上。

由此，将交轴给定电压Vqref调整为叠加了叠加电压后的交轴给定电压，电子调速器也将根据叠加后的交轴给定电压对电机进行控制，控制模块20具体控制流程与根据叠加速度后的给定速度进行控制基本一致，区别在于，交轴给定电压Vqref与叠加电压相叠加；空间矢量调制单元309根据估计角度θ对直轴电压Vd和叠加后的交轴电压进行空间矢量调制以生成驱动信号。

另外，当电子调速器出现异常情况例如接入电压超限等时，使直流母线电压超过第二电压阈值，此时控制模块20控制电子调速器停止输出并进行相应的过压报警。

综上，根据本发明实施例提出的飞行器中电子调速器的过压保护装置，通过电压采集模块采集电子调速器的直流母线电压，控制模块对直流母线电压进行判断，并在直流母线电压大于第一电压阈值且小于或等于第二电压阈值时，根据直流母线电压与第一电压阈值之间的差值对电子调速器的控制参数进行调整，以使电子调速器根据调整后的控制参数对电机进行控制，以抑制直流母线电压的进一步上升，并在直流母线电压大于第二电压阈值时，控制电子调速器停止输出，以使电子调速器控制电机停止运行。由此，根据本发明实施例采用两级电压保护，当直流母线电压超过第一电压阈值时，通过调节控制参数以减少从电机反馈的能量，从而抑制直流母线电压的进一步升高，防止飞行器大动作飞行时电子调速器因过压断开输出而导致飞行器损坏甚至炸机，当由于其他原因导致直流母线电压超过第二电压阈值时电子调速器停止输出，防止电子调速器的器件损坏甚至烧毁。

另外，本发明实施例还提出可一种飞行器，包括上述实施例的飞行器中电子调速器的过压保护装置。

根据本发明实施例提出的飞行器，通过上述实施例的过压保护装置，，可采用两级电压保护，从而防止电子调速器的器件损坏甚至烧毁，防止飞行器大动作飞行时电子调速器因过压断开输出而导致飞行器损坏甚至炸机。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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，或仅仅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，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。