测试实验实训教学课程
实验课程3：动力系统基础测试参数测试实验
课程内容：
1. 无人机动力系统基础测试参数解读
2. 无人机动力系统基础参数测试实验
实验器材：
WF-EDU-02无人机动力测试教学仪实验套装
教学目标：
1. 了解无人机动力系统的基础测试参数定义及测试原理；
2. 认识动力测试系统测量参数的各项传感器及位置布局；
3. 掌握动力测试参数的测试测量以及数据观察方法；
一、实验教学原理讲解：1. 动力系统基本测试参数
无人机动力系统六项基础测试参数有拉力、扭矩、电流、电压、转速、电机温度，通过动力系统测试台上相对应的传感器直接测得，通过对基础参数的了解，可以掌握无人机动力系统的基本性能，便于对动力系统进行整体匹配。
1.1 拉力
螺旋桨拉力（g）定义：
螺旋桨在空气中旋转产生的升力。螺旋桨拉力产生的原理，需要通过空气动力学相关概念及原理进行阐述。空气动力学原理相对比较复杂，我们可以简单的理解为反作用力。螺旋桨在空气中旋转使桨叶下面的空气速度加快，产生向下的气流，我们可以理解成，螺旋桨推动空气，使空气产生向下的运动，同时空气对螺旋桨产生向上的反作用力，即产生升力（拉力）。
图1.1.1 螺旋桨拉力示意图
测试台测试螺旋桨拉力原理:
螺旋桨产生的拉力，通过电机传递到测试台，作用在测试台的拉力传感器上，拉力传感器产生微弱的形变使应变片产生微弱的电压变化，然后对电压信号进行处理和校准，得到准确的拉力值，通过测试台软件进行实时显示。
图1.1.2 拉力传感器受力方向图
1.2 扭矩
扭矩定义：
扭矩是螺旋桨在空气中旋转，与空气之间相互作用产生的与螺旋桨旋转方向向反的力矩，称为反扭矩，单位N*m。扭矩代表着螺旋桨旋转产生的空气阻力，而电机驱动螺旋桨旋转所输出的能量就是用于抵消这部分扭矩，所以这里的扭矩既是螺旋桨产生的空气阻力，又是电机的输出扭矩（代表电机的负载）。
图1.2 扭矩传感器受力方向意图
测试台测试扭矩原理:
螺旋桨产生的反扭矩，通过电机传递到测试台，作用在测试台的扭矩传感器上，扭矩传感器产生微弱的形变使应变片产生微弱的电压变化，然后对电压信号进行处理和校准，得到准确的扭矩值，通过测试台软件进行实时显示。
1.3 电压电流
电压电流定义：
电压（V）电流（A），指的是无人机动力系统的输入电压与电流，即动力电池输入给电调的电压与电流。由电压与电流可以得到动力系统的总功率，代表动力系统的能耗。
电压在无人机中一般指的是电池电压，而一个动力系统中的电池节数一般是固定的，电压会随着用电量的增加而下降，也会因为电池老化或输出电流太大而迅速降低；电流是随着负载的变化而变化，而一套动力系统所能承受的电流是有限的，当电流过大时，动力系统（包括电池，电调，电机）会发热严重，如果持续工作时间较长，甚至有烧毁的风险。
测试台测试电压、电流原理:
电压电流，分别通过电压传感器和电流传感器进行数据采集。电压、电流传感器集成在测试台的电源主板上，电源主板上有电源输入端和输出端，动力电池电源主板的电源输入端连接，电源主板的输出端与电调连接，在动力系统运行的过程中实时的进行电压电流测试。
1.4 转速
转速定义：
转速指的是电机带动螺旋桨旋转的速度，单位r/min，也可以表示为RPM，
测试台测试转速原理:
WF-EDU-02测试台采用换向转速的测量方法，通过采集电调的换向频率来检测电机和螺旋桨的转速，只需要将电调的三根输出线中的任意两根作为采集主板的输入信号，便可以实时读取电机的转速值。
图1.4 电调转速信号线示意图
1.5 温度
温度定义：
温度（℃）指的是电机在工作状态下的发热温度，电机的发热主要由定子部分的线圈绕组（电流热效应）产生。电机温度升高会影响到电机的工作状态：一是附着在电机外壳上的永磁铁，随着温度的升高，永磁铁的磁转化效率降低，直接影响电机的效率，如果温度进一步升高，永磁铁会有退磁的风险；另一方面外壳温度间接反应了电机内部线圈的温度，无刷电机的线圈一般由耐高温漆包线绕制而成，一般耐温200摄氏度，如果外壳温度达到100摄氏度，说明其内部线圈温度已经非常高了，而且此时线圈内部发热严重，电机散热能力不足，会使温度急剧上升，造成烧毁电机的风险。
测试台测试电机温度原理:
通过监测电机定子线圈、轴心或者外壳的温度，得到电机的发热参考量，其中线圈温度能够直接反应电机的发热量，轴心温度对比外壳温度更接近线圈温度（外壳为电机的转子部分，与定子之间存在间隙）。WF-EDU-02测试台采用红外测温的方式，测试电机的轴心温度。
图1.5 温度传感器示意图
二、实验实训内容
1.实验准备：
实验器材、工具准备；
WF-EDU-02测试台：测试台主体、隔离笼、电源线、数据线；
动力系统：20A电调、3S电池（可采用测试台内部电源替换）、一组电机和螺旋桨：电机型号为2312-KV1000，螺旋桨型号为9450；
其他装配工具：内六角、螺栓、螺旋桨拆装夹。
课程三实验器材及工具准备
图2.1 实验器材及工具
2.认识基本参数测量传感器
图2.2 测试台传感器三维示意图
3.基本参数测试及观察
（1）参照实验课程1和课程2的操实验步骤完成电机与测试台的安装、测试台上电、软件连接以及电调行程校准、电机转向调整与螺旋桨安装，进行安全保护设置，并将测试电压调整为11.4V。
（2）点击测试信息，并在软件测试信息栏中填写测试信息，进行保存。
图2.3.1 测试信息填写
（3）在测试台软件的实时图表下方勾选图标显示参数（拉力、扭矩、电压、电流、换相转速、红外温度）；通过实时图表右侧的滚动条可以滚动查看各项参数的实时图表显示。
图2.3.2 测试台实时图标勾选位置示意图
（3）建立点采文件：点击测试台软件右下方的新建点采，软件会自动建立点采集数据文件，并记录第1组当前测试数据。
图2.3.3 新建点采文件
（4）点击油门解锁，点击右下方新建点采，分别将油门拖动到20%，30%，30%，40%，50%油门位置（精准的油门控制可以点击控制窗口中的高级油门，设置油门增量为10%，通过油门 、油门-实现精准的油门控制）；每个油门位置停留10秒钟左右（数据稳定），每次点击点采，软件会自动记录当前测试的一组数据；测试完成，点击油门上锁。
图2.3.4 高级油门设置及控制示意图
图2.3.5 每个油门点停留10秒钟左右点击点采
（5）可通过工具栏中文件菜单打开储存目录进行新建文件查看，将目录中的第一个文件（文件名称为singleSpot 创建时间）重命名为“基础测试参数数据点采集记录-时间-测试人员”，双击并打开重命名的文件即可查看测试的数据。
图2.3.6 点采数据文件进行重命名
图2.3.7 最终测试数据
实验小结：本节课程实验分为两个部分：一是实验原理讲解部分，对动力系统基本测试参数以及动力测试台测试各项参数进行了全面的讲解，通过实验原理讲解部分，可以对测试的基础参数有一个整体全面的了解。二是实验实训部分，通过熟悉各个测试传感器的位置布局，对测试仪器整体有一个清晰的认知；对各个参数进行测试观察与并进行测试记录，掌握动力系统测试数据的数据测试方法。
注：实验课程完毕后，请将实验器具恢复至实验前状态，将实验器材及工具放回到指定位置。
,
