电机驱动器硬件自检方法和系统与流程

本发明涉及仪器检测技术领域，特别是涉及一种电机驱动器硬件自检方法和系统。

背景技术：

在运动控制系统中，如果驱动器能够及时发现系统故障并做出有效处理，就可以极大的降低电路或电机因系统已经存在的故障导致更严重损坏的概率。

传统的无刷电机驱动器检测方式是在无刷电机驱动器运行时进行过压、过流等检测。若无刷电机驱动器已经出现故障，在电机运行中当过压、过流等出现时才能做出判断，容易造成系统中其他没有故障的器件被损坏，不能够在运行前及时发现故障，存在故障检测及时性差的缺点。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种故障检测及时性高的电机驱动器硬件自检方法和系统。

一种电机驱动器硬件自检方法，包括以下步骤：

在电机驱动器输出不同相位角度下的电压时，检测所述电机驱动器的输出电流；

根据所述电压和所述输出电流，计算得到在对应相位角度下的电机线圈电阻；

在各相位角度下的电机线圈电阻中存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，则输出故障提示信息。

一种电机驱动器硬件自检系统，包括：

电流检测模块，用于在电机驱动器输出不同相位角度下的电压时，检测所述电机驱动器的输出电流；

电阻计算模块，用于根据所述电压和所述输出电流，计算得到在对应相位角度下的电机线圈电阻；

信息提示模块，用于在各相位角度下的电机线圈电阻中存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出故障提示信息。

上述电机驱动器硬件自检方法和系统，在电机驱动器输出不同相位角度下的电压时，检测电机驱动器的输出电流。根据电压和输出电流，计算得到在对应相位角度下的电机线圈电阻。在各相位角度下的电机线圈电阻中存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出故障提示信息，以告知测试人员电机驱动器存在硬件故障。可在电机驱动器上电时或者启动电机前对电机驱动器进行检测检测，及时发现硬件故障，避免损坏电机驱动器所在系统中其他没有故障的器件，提高了故障检测及时性。

附图说明

图1为一实施例中电机驱动器硬件自检方法的流程图；

图2为另一实施例中电机驱动器硬件自检方法的流程图；

图3为一实施例中无刷电机驱动电路模型图；

图4为一实施例中电机驱动器硬件自检系统的结构图。

具体实施方式

在一个实施例中，一种电机驱动器硬件自检方法，电机驱动器具体可以是无刷电机驱动器或其他类型的交流电机驱动器。为便于理解，以下均以无刷电机驱动器为例进行解释说明。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S110：在电机驱动器输出不同相位角度下的电压时，检测电机驱动器的输出电流。

相位角度的数量以及具体取值并不唯一，本实施例中，不同相位角度下的电压包括0度相位电压、120度相位电压和240度相位电压。无刷电机驱动器可以合成一个任意角度的电压，测试人员可以通过控制无刷电机驱动器分别输出三相电压，然后利用电流采集装置采集无刷电机驱动器对应的输出电流。具体可以是先采集无刷电机驱动器在其中一个相位角度下的输出电流，在后续步骤中计算得到对应电阻值并判断无故障时，再采集另一相位角度下的输出电流，直至检测到某一相位角度下存在故障或三个相位角度下均不存在故障；也可以是先采集完无刷电机驱动器在三个相位角度下的输出电流，用作后续统一进行故障判断。

在一个实施例中，步骤S110包括步骤112至步骤116。

步骤112：在电机驱动器输出预设占空比的0度相位电压时，检测电机驱动器的输出电流，得到0度相位下的输出电流。

步骤114：在电机驱动器输出预设占空比的120度相位电压时，检测电机驱动器的输出电流，得到120度相位下的输出电流。

步骤116：在电机驱动器输出预设占空比的240度相位电压时，检测电机驱动器的输出电流，得到240度相位下的输出电流。

预设占空比的具体取值并不唯一，可根据实际需求调整。分别控制电机驱动器输出预设占空比的三相电压，并检测对应相位下的输出电流用作后续步骤计算电机线圈电阻。

步骤S120：根据电压和输出电流，计算得到在对应相位角度下的电机线圈电阻。

在得到无刷电机驱动器在不同相位角度下的电压和对应的输出电流之后，可根据电阻计算公式直接得到对应相位角度下的电机线圈电阻。同样地，可以是每采集得到一个输出电流便计算出一个电机线圈电阻，然后进行后续的故障判断步骤；也可以是同时计算得到各相位角度下的电机线圈电阻，用作后续统一进行故障判断。

步骤S130：在各相位角度下的电机线圈电阻中存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，则输出故障提示信息。

预设允许范围的具体取值范围并不唯一，可以是根据实际的电机线圈电阻与允许误差来确定预设允许范围的上、下限，也可以是根据经验来确定预设允许范围的上、下限。本实施例中，预设允许范围的上限为预设电阻值与预设误差值之和，下限为预设电阻值与预设误差值之差。预设电阻值可采用实际的电机线圈电阻，以实际的电机线圈电阻为中心确定预设允许范围，提高了误差判断准确性。

通过检测各相位角度下的电机线圈电阻是否存在超出预设允许范围的电机线圈电阻来进行故障检测，若存在超出预设允许范围的电机线圈电阻，则说明无刷电机驱动器存在故障，反之则说明无刷电机驱动器不存在故障。对应地，可以是在获取一个相位角度下的电机线圈电阻之后便进行故障判断，若不存在故障则获取下一个相位角度下的电机线圈电阻进行故障判断，直至检测到有电机线圈电阻超出预设允许范围或者三个相位角度下的电机线圈电阻都不超出预设范围；也可以是同时获取三个相位角度下的电机线圈电阻进行故障判断。

当检测到存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出故障提示信息以告知测试人员电机驱动器存在硬件故障。输出故障提示信息的方式并不唯一，可以是通过显示屏输出预设图片或文字信息，也可以是进行声光报警。

此外，在一个实施例中，如图2所示，步骤S130之后，电机驱动器硬件自检方法还包括步骤S140。

步骤S140：若不存在超出预设允许范围的电机线圈电阻，输出无故障提示信息。

当检测到不存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出无故障提示信息以告知测试人员电机驱动器不存在硬件故障。可以理解，输出无故障提示信息的方式也不是唯一的。

上述电机驱动器硬件自检方法，可在电机驱动器上电时或者启动电机前对电机驱动器进行检测检测，及时发现硬件故障，避免损坏电机驱动器所在系统中其他没有故障的器件，提高了故障检测及时性。

为便于进一步了解上述电机驱动器硬件自检方法，下面结合具体实施例进行详细的即是说明。

如果无刷电机驱动器的某一个前级驱动出现故障，在运行时MOS(metal oxide semiconductor，金属氧化物半导体)管导通与断开将不能按照程序执行，从而导致MOS管甚至整个电路损坏，同时也有可能损坏电机。如果无刷电机驱动器的某一个MOS管短路损坏，在运行时将会造成过流，不及时处理会导致整个电路损坏，较长时间的大电流也可能损坏电源和电机。如果无刷电机驱动器的某一个MOS管断路损坏，在运行时电机产生的电压较高的电动势不能被有效控制，容易进入前级驱动芯片，而导致前级驱动芯片损坏。如果无刷电机驱动器的某一个驱动线没能与电机有效连接，从而造成主相缺相，电机在主相缺相下运行，会出现抖动无法工作，或无力且噪声大，这种情况很容易损坏电机或驱动器。

如图3所示为一实施例中无刷电机驱动电路模型图。在检测硬件故障时，使无刷电机驱动器分别输出一个0度电压(100)、120度电压(010)、240度电压(001)，电压大小可以根据驱动器的电流采集量程和电机线圈电阻确定。分别在每个电压角度下采集每相电流，根据电压与电流计算出每个电压角度下的电阻值与电机线圈实际阻值进行比较。自检流程如下：

第一步：给一定占空比的0度电压(100)，测量电流并计算出电阻，用计算出的电阻与电机线圈实际阻值进行比较，判断在该状态下计算出的电阻值是否超出允许范围，如果未超出范围则进行下一步，否则测试结束，电路存在故障。

具体地，在0度电压(100)时，MOS管Q5、MOS管Q6导通接地，MOS管Q1和MOS管Q4按PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号切换导通，在这个过程中，若前级驱动出现故障、MOS管Q1或MOS管Q4出现任意故障、MOS管Q2或MOS管Q3出现短路故障、MOS管Q5或MOS管Q6出现开路故障，以及电机A相未与驱动线有效连接等，计算出的电阻值都会与电机线圈的电阻值有很大误差。

第二步：给一定占空比的120度电压(010)，测量电流并计算出电阻，用计算出的电阻与电机线圈实际阻值进行比较，判断在该状态下计算出的电阻值是否超出允许范围，如果未超出范围则进行下一步，否则测试结束，电路存在故障。

具体地，在120度电压(010)时，MOS管Q4、MOS管Q6导通接地，MOS管Q2和MOS管Q5按PWM信号切换导通，在这个过程中，若前级驱动出现故障、MOS管Q2或MOS管Q5出现任意故障、MOS管Q1或MOS管Q3出现短路故障、MOS管Q4或MOS管Q6出现开路故障，以及电机B相未与驱动线有效连接等，计算出的电阻值都会与电机线圈的电阻值有很大误差

第三步：给一定占空比的240度电压(001)，测量电流并计算出电阻，用计算出的电阻与电机线圈实际阻值进行比较，判断在该状态下计算出的电阻值是否超出允许范围，如果未超出范围则测试结束，电路无故障，否则测试结束，电路存在故障。

具体地，在240度电压(001)时，MOS管Q4、MOS管Q5导通接地，MOS管Q3和MOS管Q6按PWM信号切换导通，在这个过程中，若前级驱动出现故障、MOS管Q3或MOS管Q6出现任意故障、MOS管Q1或MOS管Q2出现短路故障、MOS管Q4或MOS管Q5出现开路故障，以及电机C相未与驱动线有效连接等，计算出的电阻值都会与电机线圈的电阻值有很大误差。

如果前级驱动芯片存在故障，将不能正常控制MOS管导通与断开，这种情况下，计算出的电阻值也会与电机线圈的电阻值有很大误差。通过判断计算出的电阻值与电机线圈的电阻值的误差，就可以有效判断出整个驱动器的驱动电路是否存在故障。

在一个实施例中，一种电机驱动器硬件自检系统，电机驱动器具体可以是无刷电机驱动器或其他类型的交流电机驱动器。为便于理解，以下均以无刷电机驱动器为例进行解释说明。如图4所示，该系统包括电流检测模块110、电阻计算模块120和信息提示模块130。

电流检测模块110用于在电机驱动器输出不同相位角度下的电压时，检测电机驱动器的输出电流。

相位角度的数量以及具体取值并不唯一，本实施例中，不同相位角度下的电压包括0度相位电压、120度相位电压和240度相位电压。无刷电机驱动器可以合成一个任意角度的电压，测试人员可以通过控制无刷电机驱动器分别输出三相电压，然后利用电流采集装置采集无刷电机驱动器对应的输出电流。

在一个实施例中，电流检测模块110包括第一检测单元、第二检测单元和第三检测单元。

第一检测单元用于在电机驱动器输出预设占空比的0度相位电压时，检测电机驱动器的输出电流，得到0度相位下的输出电流。

第二检测单元用于在电机驱动器输出预设占空比的120度相位电压时，检测电机驱动器的输出电流，得到120度相位下的输出电流。

第三检测单元用于在电机驱动器输出预设占空比的240度相位电压时，检测电机驱动器的输出电流，得到240度相位下的输出电流。

预设占空比的具体取值并不唯一，可根据实际需求调整。分别控制电机驱动器输出预设占空比的三相电压，并检测对应相位下的输出电流用作后续步骤计算电机线圈电阻。

电阻计算模块120用于根据电压和输出电流，计算得到在对应相位角度下的电机线圈电阻。

在得到无刷电机驱动器在不同相位角度下的电压和对应的输出电流之后，可根据电阻计算公式直接得到对应相位角度下的电机线圈电阻。

信息提示模块130用于在各相位角度下的电机线圈电阻中存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出故障提示信息。

预设允许范围的具体取值范围并不唯一，可以是根据实际的电机线圈电阻与允许误差来确定预设允许范围的上、下限，也可以是根据经验来确定预设允许范围的上、下限。本实施例中，预设允许范围的上限为预设电阻值与预设误差值之和，下限为预设电阻值与预设误差值之差。预设电阻值可采用实际的电机线圈电阻，以实际的电机线圈电阻为中心确定预设允许范围，提高了误差判断准确性。

通过检测各相位角度下的电机线圈电阻是否存在超出预设允许范围的电机线圈电阻来进行故障检测，若存在超出预设允许范围的电机线圈电阻，则说明无刷电机驱动器存在故障，反之则说明无刷电机驱动器不存在故障。

当检测到存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出故障提示信息以告知测试人员电机驱动器存在硬件故障。输出故障提示信息的方式并不唯一，可以是通过显示屏输出预设图片或文字信息，也可以是进行声光报警。

此外，在一个实施例中，信息提示模块130还用于在不存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出无故障提示信息。

当检测到不存在超出预设允许范围的电机线圈电阻时，输出无故障提示信息以告知测试人员电机驱动器不存在硬件故障。可以理解，输出无故障提示信息的方式也不是唯一的。

上述电机驱动器硬件自检系统，可在电机驱动器上电时或者启动电机前对电机驱动器进行检测检测，及时发现硬件故障，避免损坏电机驱动器所在系统中其他没有故障的器件，提高了故障检测及时性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。