我国是烟花生产和消费大国,传统烟花的主要成分是黑色火药,在生产、运输、储存和燃放过程中危险性大,爆炸事故频发,给社会造成很大的损失;燃放时污染大不环保。金属粉末在一定物理环境下可以实现燃烧,并可产生绚丽的色彩,如果以金属粉末替代目前传统的火药作为烟花的燃放材料,通过可控的喷射装置形成烟花燃放效果,具有不可估量的社会意义和广阔的市场前景。但要实现金属粉末的燃放,需要针对金属粉末的燃烧控制方法、喷射装备控制等技术开展理论和实验研究。本文完成了基于金属粉末的燃放设备开发,主要在燃放设备的新型机构、喷射风机优化控制、烟花机联机智能控制等方面进行了探索和实验研究,主要工作如下:(1)完成了无火药金属粉末烟花机的机械结构设计,并对提高金属粉体输送装置性能进行了研究。针对现有烟花机耗材输送能力的不足,设计了以满足不同耗材输送为目标的送料机构。通过螺旋输送理论分析螺杆参数对送料系统的影响,采用试验和模拟交互的优化设计过程,选择合适的螺距、螺杆外径、长径比来提高送料系统的输送效率和精度;将加热装置和输送装置相结合,设计了能主动调节温度的输送机构,实验证明:与现有的烟花输送机构相比,新设计的机构大大提高了不同粒度耗材的输送能力,为实现烟花无火药燃放奠定了基础。(2)对无刷高速风机控制方法进行了研究,并完成了电机控制电路设计。烟花燃放高度调节以及燃放稳定性与风机控制器直接相关,以提高风机喷射性能为目标,改进了磁场定向控制方案,并设计了相关的硬件驱动电路。通过优化电流采样时间和Simulink仿真改善风机控制稳定性,通过引入Bang-Bang控制改善转速响应能力。改进后的风机控制系统响应快、运转稳定,符合烟花机的使用需求。(3)开展了燃放参数自调节、多机协同控制以及基于音乐特性智能燃放控制的研究。以适应多种耗材燃放为目标,进行了燃放试验,提取不同金属粉末耗材的燃放特性,设计了一种适应不同耗材燃放的控制方案;以满足烟花机多机协调控制为目标,提出了烟花机多机无线互联策略,应用2.4G无线通讯技术,并设计了基于2.4G无线通讯的控制终端,实现了烟花机多机协同工作;以实现音乐烟花喷泉为目标,设计了音频提取模块,并通过上位机软件的决策处理,实现了烟花的音乐律动。本文的主要贡献为:提出并设计了一种以金属粉末为燃放耗材的无火药智能烟花机。烟花机不仅会广泛应用于节日庆祝活动中,在舞台表演及影视效果方面更会大有作为。该设备的研制有利于推动烟花行业的发展。