伺服电机动力线断线检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种伺服电机动力线断线检测方法，包括：提供交流伺服驱动器，所述交流伺服驱动器包括电机闭环控制电路、相电流指令计算单元及断线检测逻辑单元；相电流指令计算单元根据电机闭环控制电路中的转矩电流指令，将三相反馈电流和三相电流指令送入断线检测逻辑单元，所述断线检测逻辑单元中配置有断线逻辑判断策略，通过所述断线逻辑判断策略进行断线判断，该伺服电机动力线断线检测方法可以直接对相电流进行判断，在转矩电流指令和实际转矩电流之间存在很大的偏差、转矩模式下输出的目标转矩小于检测阈值时，也可准确地识别三相动力线中超过两条的断线，对每个周期的相电流指令和反馈相电流的比较结果进行滤波，不会出现误报。
【专利说明】伺服电机动力线断线检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气设备检测【技术领域】，尤其涉及一种伺服电机动力线断线检测方法。
【背景技术】
[0002]在伺服电机在运行过程中，由于振动、老化、腐蚀等原因，动力线可能会出现断线，如果不对断线进行检测并处理，电机就会出现不受控的堵转、振荡、自由停车等现象，危害设备和人员安全。
[0003]中国发明专利申请公开说明书CN1778033A公开了一种伺服电机动力线断线检测方法，图6是其系统结构图。在该图中，转矩电流指令Iq*100与实际转矩电流IqllO的差值经PI运算103转化为q轴电压指令，励磁电流指令Id*102与实际励磁电流Idlll的差值经PI运算104转化为d轴电压指令，这两个轴的电压指令经d/q变换器105后转换成三相电压指令进入逆变器106，在逆变器中经过SVPWM调制转化成三相桥臂的开关状态。相电流传感器检测到的相电流经d/q变换器109转变成实际转矩电流IqllO和实际励磁电流Idlll，构成闭环。将实际转矩电流IqllO与转矩电流指令Iq*的差值送到绝对值电路112绝对值化，然后与检测阈值设定113比较，当发现绝对值电路112的输出大于设定的检测阈值时，判定为动力线断线，输出断线检测结果115。
[0004]然而，在上述现有技术中存在一些问题。在伺服电机的运行过程中，突加突减转速是一种比较常见的工况，在突加或突减转速时，速度环的PI输出即转矩电流指令会很快达到最大值，电流环需要迅速调节使实际转矩电流快速跟随转矩电流指令，目前交流伺服系统的电流环带宽可以达到1KHZ，即阶跃上升时间在Ims左右。转矩电流指令阶跃和实际转矩电流的响应如图4所示，在实际转矩电流上升的过程中，转矩电流指令和实际转矩电流之间存在很大的偏差，这会引起比较器误判为断线。
[0005]检测阈值的选取也是一个问题，如果检测阈值选取的小，比较器会很敏感，可能会把电机运行过程中一些正常的转矩波动误判为断线，如果检测阈值选取的大，判断断线则会有较大延时，延时期间对电机的失控可能会导致机器和人员的伤害。不同的应用和环境对检测灵敏度的要求不同，选取合适的检测阈值比较困难。
[0006]当伺服电机运行在转矩模式下，输出的目标转矩电流小于检测阈值时，该发明公布的方法无法识别三相动力线中超过两条的断线。当出现两条或者三条的断线时，由于流入和流出电机的电流之和为零，采集的相电流都为零，那么经过d/q变换的实际转矩电流为零。如果目标转矩电流小于检测阈值，那么目标转矩电流与实际转矩电流之差小于检测阈值，比较器不会被触发。
[0007]另外，该发明公布的方法只能检测断线，而无法判断断线的位置，当伺服驱动器和电机安装位置受限时，排查故障变得困难。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是提供一种伺服电机动力线断线检测方法，该伺服电机动力线断线检测方法可以直接对相电流进行判断，在转矩电流指令和实际转矩电流之间存在很大的偏差、转矩模式下输出的目标转矩小于检测阈值时，也可准确地识别三相动力线中超过两条的断线。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供的伺服电机动力线断线检测方法包括:提供交流伺服驱动器，所述交流伺服驱动器包括电机闭环控制电路、相电流指令计算单元及断线检测逻辑单元；相电流指令计算单元根据电机闭环控制电路中的转矩电流指令、转子电气角度计算三相电流指令，U相电流和V相电流通过第一电流检测单元及第二电流检测单元转换成U相的反馈电流Iu、V相的反馈电流IV，根据公式Iw = O-1u-1v计算出W相的反馈电流，将三相反馈电流和三相电流指令送入断线检测逻辑单元，所述断线检测逻辑单元中配置有断线逻辑判断策略，通过所述断线逻辑判断策略进行断线判断，检测任一相的反馈相电流是否处于零电流阈值内，并同时判断该相的相电流指令是否在也阈值内来判断该相是否断线，并将判断结果输出为断线检测结果。
[0010]优选地，所述断线逻辑判断策略包括以下步骤:
[0011]S1:首先检测该相对应的反馈相电流是否处于零电流阈值内，如果不在阈值内，则执行步骤S2，如果在阈值内，则执行步骤S3 ；
[0012]S2:该相未断线,零电流计数器清零；
[0013]S3:，判断线电流指令是否在阈值内，如果也在阈值内，说明该相电流在本周期就是在零附近，执行步骤S2，如果在阈值外，则执行步骤S4 ；
[0014]S4:零电流计数器加I ;
[0015]S5:接下来判断零电流计数器数值是否大于设定阈值，如果未达到计数器阈值，则执行步骤S7 ;如果达到了计数器阈值，则执行步骤S6 ；
[0016]S6:判断此相为断线；
[0017]S7:结束本次判断流程。
[0018]优选地，所述电机闭环控制电路包括电流检测单元、可以将所述任一相电流转换成实际转矩电流的CLARKE变换单元、可以将所述任一相电流转换成实际励磁电流的PARK变换单元、对转矩电流指令与实际转矩电流进行比较的第一 PI控制器、对励磁电流指令与实际励磁电流进行比较的第二 PI控制器、对经过所述PI控制器的电流进行逆变换的逆PARK变换单元、逆CLARKE变换单元及三相桥式逆变器，交流伺服驱动器的任意两相输出电流与电流检测单元相连，所述CLARKE变换单元与所述电流检测单元相连,所述PARK变换单元与所述CLARKE变换单元相连，所述第一 PI控制器及所述第二 PI控制器与所述PARK变换单元相连，所述逆PARK变换单元与所述第一 PI控制器及所述第二 PI控制器相连，所述逆CLARKE变换单元与所述逆PARK变换单元相连，所述三相桥式逆变器与所述逆CLARKE变换单元相连，三相桥式逆变器施加电压到电机完成闭环控制。
[0019]优选地，所述相电流指令计算单元包括逆PARK变换模块及逆CLARKE变换模块，所述电机闭环控制电路中的转矩电流指令、转子电气角度输出端与所述逆PARK变换模块输入端相连。
[0020]优选地，所述伺服电机动力线断线检测方法还包括当所述断线检测逻辑单元判定所述伺服电机驱动器任一相发生断线时，则切断三相桥式逆变器驱动，并使能动态制动或刹车使电机停止。
[0021]优选地，所述伺服电机动力线断线检测方法还包括如果判定伺服电机驱动器任一相发生断线时，则触发驱动器报警事件，并上报伺服电机驱动器断线的结果。
[0022]优选地，所述伺服电机动力线断线检测方法还包括提供对每个周期的相电流指令和反馈相电流的比较结果进行滤波的断线检测滤波器。
[0023]采用上述方法之后，首先检测该相对应的反馈相电流是否处于零电流阈值内，如果不在阈值内，那么该相未断线，零电流计数器清零，结束本次判断流程；如果在阈值内，那么判断线电流指令是否在阈值内，如果也在阈值内，说明该相电流在本周期就是在零附近，不是断线，零电流计数器清零，结束本次判断流程；如果在阈值外，则零电流计数器加1，接下来判断零电流计数器数值是否大于设定阈值，如果未达到计数器阈值，则结束本次判断流程；如果达到了计数器阈值，这判断为断线。该伺服电机动力线断线检测方法可以直接对相电流进行判断，在转矩电流指令和实际转矩电流之间存在很大的偏差、转矩模式下输出的目标转矩小于检测阈值时，也可准确地识别三相动力线中超过两条的断线，对每个周期的相电流指令和反馈相电流的比较结果进行滤波，不会出现误报。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明伺服驱动器的伺服电机动力线断线检测方法的交流伺服驱动器的结构框图；
[0025]图2是本发明相电流指令计算单元的内部结构示意图；
[0026]图3是断线检测逻辑单元中断线逻辑判断策略的一种实现流程图；
[0027]图4是伺服电机转矩阶跃时的转矩电流指令和实际转矩电流的波形图；
[0028]图5是断线检测逻辑单元的检测逻辑图；
[0029]图6是现有技术的交流伺服电机动力线的断线检测结构图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031]请参阅图1，图1为本发明伺服驱动器的伺服电机动力线断线检测方法的交流伺服驱动器的结构框图，在本实施例中，伺服电机动力线断线检测方法包括:提供提供交流伺服驱动器，所述交流伺服驱动器包括电机闭环控制电路、相电流指令计算单元及断线检测逻辑单元；相电流指令计算单元根据电机闭环控制电路中的转矩电流指令21、转子电气角度24计算三相电流指令，U相电流和V相电流通过第一电流检测单元8及第二电流检测单元9转换成U相的反馈电流28、V相的反馈电流29，根据公式Iw = O-1u-1v计算出W相的反馈电流30，将三相反馈电流和三相电流指令送入断线检测逻辑单元15，断线检测逻辑单元15中配置有断线逻辑判断策略，通过所述断线逻辑判断策略进行断线判断，检测任一相的反馈相电流是否处于零电流阈值内，并同时判断该相的相电流指令是否在也阈值内来判断该相是否断线，并将判断结果输出为断线检测结果。
[0032]请参阅图3，图3是断线检测逻辑单元中断线逻辑判断策略的一种实现流程图；所述断线逻辑判断策略包括以下步骤:
[0033]S1:首先检测该相对应的反馈相电流是否处于零电流阈值内，如果不在阈值内，则执行步骤S2，如果在阈值内，则执行步骤S3 ；
[0034]S2:该相未断线,零电流计数器清零；
[0035]S3:，判断线电流指令是否在阈值内，如果也在阈值内，说明该相电流在本周期就是在零附近，执行步骤S2，如果在阈值外，则执行步骤S4 ；
[0036]S4:零电流计数器加I ;
[0037]S5:接下来判断零电流计数器数值是否大于设定阈值，如果未达到计数器阈值，则执行步骤S7 ;如果达到了计数器阈值，则执行步骤S6 ；
[0038]S6:判断此相为断线；
[0039]S7:结束本次判断流程。
[0040]所述电机闭环控制电路包括电流检测单元8、9、可以将所述任一相电流转换成实际转矩电流的CLARKE变换单元10、可以将所述任一相电流转换成实际实际励磁电流PARK变换单元11、对转矩电流指令与实际转矩电流进行比较的第一 PI控制器3、对励磁电流指令与实际励磁电流进行比较的第二PI控制器4、对所述经过所述PI控制器的电流进行逆变换的逆PARK变换单元5、逆CLARKE变换单元6及三相桥式逆变器7，交流伺服驱动器的任意两相输出电流与电流检测单元相连，CLARKE变换单元10与电流检测单元8、9相连，PARK变换单元11与CLARKE变换单元10相连，第一 PI控制器3及第二 PI控制器4与所述PARK变换单元11相连，逆PARK变换单元5与第一 PI控制器3及第二 PI控制器4相连，逆CLARKE变换单元6与所述逆PARK变换单元5相连，三相桥式逆变器7与逆CLARKE变换单元6相连，三相桥式逆变器7施加电压到电机完成闭环控制。在图1中，U相电流和V相电流通过电流检测8、9转换成Iu28、Iv29，通过CLARKE变换单元10和PARK变换单元11转换成实际转矩电流Iql2和实际励磁电流Idl3。转矩电流指令Iq*21与实际转矩电流Iql2比较，差值进入PI控制器3，励磁电流指令Id*22恒为0，与实际励磁电流Idl3电流比较，差值进入PI控制器4，两个PI控制器的进行逆PARK变换单元5和逆CLARKE变换单元6，变换结果驱动三相桥式逆变器7，三相桥式逆变器7施加电压到电机完成闭环控制。
[0041]请参阅图2及图5，图5是断线检测逻辑单元的检测逻辑图，图2是本发明相电流指令计算单元的内部结构示意图；相电流指令计算单元14包括逆PARK变换模块及逆CLARKE变换模块，所述电机闭环控制电路中的转矩电流指令21、转子电气角度24输出端与所述逆PARK变换模块输入端相连。相电流指令计算单元14根据转矩电流指令和转子电气角度计算三相电流指令，其内部结构如图2所示。U相电流和V相电流通过电流检测单元
8、9转换成反馈电流Iu28、Iv29，根据流入电机的电流与流出电机的电流之和为零的原理可以计算出W相电流Iw30 = 0-1u28-1v29,将三相反馈电流和三相电流指令送入断线检测逻辑单元15判断，并将判断结果输出为断线检测结果16。
[0042]所述伺服电机动力线断线检测方法还包括当所述断线检测逻辑单元判定所述伺服电机驱动器任一相发生断线时，则切断三相桥式逆变器驱动，并使能动态制动或刹车使电机停止。
[0043]所述伺服电机动力线断线检测方法还包括如果判定伺服电机驱动器任一相发生断线时，则触发驱动器报警事件，并上报伺服电机驱动器断线的结果。
[0044]所述伺服电机动力线断线检测方法还包括提供对每个周期的相电流指令和反馈相电流的比较结果进行滤波的断线检测滤波器。
[0045]该伺服电机动力线断线检测方法可以直接对相电流进行判断，在转矩电流指令和实际转矩电流之间存在很大的偏差、转矩模式下输出的目标转矩小于检测阈值时，也可准确地识别三相动力线中超过两条的断线，对每个周期的相电流指令和反馈相电流的比较结果进行滤波，不会出现误报。
[0046]应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.伺服驱动器的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于:提供交流伺服驱动器，所述交流伺服驱动器包括电机闭环控制电路、相电流指令计算单元及断线检测逻辑单元；相电流指令计算单元根据电机闭环控制电路中的转矩电流指令、转子电气角度计算三相电流指令，U相电流和V相电流通过第一电流检测单元及第二电流检测单元转换成U相的反馈电流Iu、V相的反馈电流Iv,根据公式Iw = O-1u-1v计算出W相的反馈电流，将三相反馈电流和三相电流指令送入断线检测逻辑单元，所述断线检测逻辑单元中配置有断线逻辑判断策略，通过所述断线逻辑判断策略进行断线判断，检测任一相的反馈相电流是否处于零电流阈值内，并同时判断该相的相电流指令是否在阈值内来判断该相是否断线，并将判断结果输出为断线检测结果。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动器的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于:所述断线逻辑判断策略包括以下步骤: 51:首先检测该相对应的反馈相电流是否处于零电流阈值内，如果不在阈值内，则执行步骤S2，如果在阈值内，则执行步骤S3 ； 52:该相未断线,零电流计数器清零； 53:，判断线电流指令是否在阈值内，如果也在阈值内，说明该相电流在本周期就是在零附近，执行步骤S2，如果在阈值外，则执行步骤S4 ； 54:零电流计数器加I ; 55:接下来判断零电流计数器数值是否大于设定阈值，如果未达到计数器阈值，则执行步骤S7 ;如果达到了计数器阈值，则执行步骤S6 ； 56:判断此相为断线； 57:结束本次判断流程。
3.根据权利要求1所述的伺服驱动器的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于:所述电机闭环控制电路包括电流检测单元、可以将所述任一相电流转换成实际转矩电流的CLARKE变换单元、可以将所述任一相电流转换成实际励磁电流的PARK变换单元、对转矩电流指令与实际转矩电流进行比较的第一 PI控制器、对励磁电流指令与实际励磁电流进行比较的第二 PI控制器、对经过所述PI控制器的电流进行逆变换的逆PARK变换单元、逆CLARKE变换单元及三相桥式逆变器，交流伺服驱动器的任意两相输出电流与电流检测单元相连，所述CLARKE变换单元与所述电流检测单元相连，所述PARK变换单元与所述CLARKE变换单元相连，所述第一 PI控制器及所述第二 PI控制器与所述PARK变换单元相连，所述逆PARK变换单元与所述第一 PI控制器及所述第二 PI控制器相连，所述逆CLARKE变换单元与所述逆PARK变换单元相连,所述三相桥式逆变器与所述逆CLARKE变换单元相连,三相桥式逆变器施加电压到电机完成闭环控制。
4.根据权利要求1所述的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于:所述相电流指令计算单元包括逆PARK变换模块及逆CLARKE变换模块，所述电机闭环控制电路中的转矩电流指令、转子电气角度输出端与所述逆PARK变换模块输入端相连。
5.根据权利要求2所述的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于: 所述伺服电机动力线断线检测方法还包括当所述断线检测逻辑单元判定所述伺服电机驱动器任一相发生断线时，则切断三相桥式逆变器驱动，并使能动态制动或刹车使电机停止。
6.根据权利要求1所述的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于: 所述伺服电机动力线断线检测方法还包括如果判定伺服电机驱动器任一相发生断线时，则触发驱动器报警事件，并上报伺服电机驱动器断线的结果。
7.根据权利要求1所述的伺服电机动力线断线检测方法，其特征在于:所述伺服电机动力线断线检测方法还包括提供对每个周期的相电流指令和反馈相电流的比较结果进行滤波的断线检测滤波器。
【文档编号】H02P21/00GK104242767SQ201410459588
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】陈阳 申请人:深圳市微秒控制技术有限公司