无人机及无人机的电机控制系统和电机故障检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人机及无人机的电机控制系统和电机故障检测方法，其中，系统包括飞行控制器和电子调速器，电子调速器包括三相全桥电路、驱动单元、电流检测单元和控制单元，控制单元用于接收飞行控制器发出的启动信号，并在接收到启动信号后通过驱动单元驱动三相全桥电路以对电机依次输出三次检测电压，以及基于三次检测电压相应获取电流检测单元检测的三次电流，并根据检测的三次电流和电机的三相电压计算电机的三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值，以及根据电机的三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值判断电机是否发生异常故障。该系统能够在无人机每次起飞时准确判断出电机是否发生异常，从而有效避免因电机异常导致的起飞异常。
【专利说明】
无人机及无人机的电机控制系统和电机故障检测方法
技术领域
[0001] 本发明设及无人机技术领域，特别设及一种无人机及无人机的电机控制系统和电 机故障检测方法。
【背景技术】
[0002] 目前，应用在无人机上的电机大多是=相无刷直流电机，需要电子调速器进行控 审IJ，电子调速器一般采用六拍式方波的方式来控制。
[0003] 通常，无人机在正常起飞之前，为避免电机启动异常导致炸机情况发生，在无人机 上电时会进行电机的自检，然而，有的电子调速器没有电流检测，仅通过上电后电机是否发 出声响来人为判断，判断不准确;有的电子调速器具有电流检测，但大多数是对直流母线电 流进行检测，而且采用康铜丝电流采样方式，精度不高，无法准确获取电机的定子电阻，另 夕h该方法也无法检测出电机的=相电阻不对称的情况，此外，该方法仅在电机上电时对电 机进行检测，对无人机多次起降不会进行检测，因而无法保证每次飞行的启动故障保护。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的第一个目的在于提出一种无人机的电机控制系统，该系统能够在 无人机每次起飞时，通过计算的电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值准确判断出电 机是否发生异常，从而有效避免因电机异常导致的无人机起飞异常的问题。
[0006] 本发明的第二个目的在于提出一种无人机。
[0007] 本发明的第=个目的在于提出一种无人机的电机故障检测方法。
[000引为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种无人机的电机控制系统，包 括:飞行控制器；电子调速器，所述电子调速器与所述飞行控制器相连，所述电子调速器包 括相全桥电路，所述=相全桥电路的输出端与电机相连;驱动单元，所述驱动单元用于 驱动所述=相全桥电路中的开关管；电流检测单元，所述电流检测单元用于检测所述=相 全桥电路中每相桥臂的电流;控制单元，所述控制单元用于接收所述飞行控制器发出的启 动信号，并在接收到所述启动信号后通过所述驱动单元驱动所述=相全桥电路W对所述电 机依次输出=次检测电压，W及基于所述=相全桥电路依次输出的=次检测电压相应获取 所述电流检测单元检测的=次电流，并根据所述电流检测单元检测的=次电流和所述电机 的=相电压计算所述电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值，W及根据所述电机的= 相电阻阻值和=相电阻的平均阻值判断所述电机是否发生异常故障。
[0009]根据本发明实施例的无人机的电机控制系统，控制单元在接收到飞行控制器发出 的启动信号后，通过驱动单元驱动=相全桥电路W对电机依次输出=次检测电压，W及基 于=相全桥电路依次输出的=次检测电压相应获取电流检测单元检测的=次电流，并根据 电流检测单元检测的=次电流和电机的=相电压计算电机的=相电阻阻值和=相电阻的 平均阻值，W及根据电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值判断电机是否发生异常故 障。因此，该系统能够在无人机每次起飞时，通过计算的电机的=相电阻阻值和=相电阻的 平均阻值准确判断出电机是否发生异常，从而有效避免因电机异常导致的无人机起飞异常 的问题。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述=相全桥电路中的每相桥臂包括上桥开关管和下 桥开关管，其中，所述控制单元通过对第一相桥臂的上桥开关管进行PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)控制、控制第二相桥臂的下桥开关管处于常开通状态W及控制 所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上桥开关管和第=相桥臂的上下桥开关 管处于关断状态，W使所述=相全桥电路对所述电机输出第一次检测电压，同时通过所述 电流检测单元检测所述第二相桥臂的电流W获取第一次电流;所述控制单元通过对所述第 一相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制所述第=相桥臂的下桥开关管处于常开通状态 W及控制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上下桥开关管和所述第=相桥 臂的上桥开关管处于关断状态，W使所述=相全桥电路对所述电机输出第二次检测电压， 同时通过所述电流检测单元检测所述第=相桥臂的电流W获取第二次电流;所述控制单元 通过对所述第二相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制所述第=相桥臂的下桥开关管处 于常开通状态W及控制所述第一相桥臂的上下桥开关管、所述第二相桥臂的下桥开关管和 所述第=相桥臂的上桥开关管处于关断状态，W使所述=相全桥电路对所述电机输出第= 次检测电压，同时通过所述电流检测单元检测所述第=相桥臂的电流W获取第=次电流。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述电流检测单元包括第一采样电阻、第二采样电阻 和第=采样电阻，所述第一采样电阻连接在第一相桥臂的下桥开关管与地之间，所述第二 采样电阻连接在第二相桥臂的下桥开关管与地之间，所述第=采样电阻连接在第=相桥臂 的下桥开关管与地之间。
[0012] 根据本发明的一个实施例，所述控制单元还用于获取所述电机的直流母线电压， 并根据PWM信号的占空比和所述直流母线电压计算所述电机的=相电压。
[0013] 根据本发明的一个实施例，所述控制单元根据所述电机的=相电阻阻值和=相电 阻的平均阻值判断所述电机是否发生异常故障时，其中，如果所述=相电阻阻值中任意一 相电阻阻值与所述=相电阻的平均阻值之间的差值大于预设值，所述控制单元则判断所述 电机发生=相电阻不平衡故障。
[0014] 根据本发明的一个实施例，所述控制单元在判断所述电机发生异常故障后，还通 过控制所述=相全桥电路输出预设电压W使所述电机发出报警声。
[0015] 根据本发明的一个实施例，所述控制单元在判断所述电机发生异常故障后，还发 送电机异常故障信号至所述飞行控制器，所述飞行控制器根据所述电机异常故障信号控制 所述无人机终止起飞并发出报警提示。
[0016] 为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种无人机，其包括上述的无人 机的电机控制系统。
[0017] 本发明实施例的无人机，通过上述的电机控制系统，能够在无人机每次起飞时，通 过计算的电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值准确判断出电机是否发生异常，从而 有效避免因电机异常导致的无人机起飞异常的问题。
[0018] 为实现上述目的，本发明第=方面实施例提出了一种无人机的电机故障检测方 法，所述无人机包括飞行控制器和电子调速器，所述电子调速器与所述飞行控制器相连，所 述电子调速器包括驱动单元和=相全桥电路，所述驱动单元用于驱动所述=相全桥电路中 的开关管，所述=相全桥电路的输出端与电机相连，所述方法包括W下步骤:所述电子调速 器接收所述飞行控制器发出的启动信号，并在接收到所述启动信号后通过所述驱动单元驱 动所述=相全桥电路W对所述电机依次输出=次检测电压，W及基于所述=相全桥电路依 次输出的=次检测电压相应获取所述=相全桥电路的=次电流;根据所述=次电流和所述 电机的=相电压计算所述电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值；W及根据所述电机 的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值判断所述电机是否发生异常故障。
[0019] 根据本发明实施例的无人机的电机故障检测方法，电子调速器在接收到飞行控制 器发出的启动信号后，通过驱动单元驱动=相全桥电路W对电机依次输出=次检测电压， W及基于=相全桥电路依次输出的=次检测电压相应获取=相全桥电路的=次电流，然 后，根据=次电流和电机的=相电压计算电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值，并 根据电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值判断电机是否发生异常故障。因此，该方 法能够在无人机每次起飞时，通过计算的电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值准确 判断出电机是否发生异常，从而有效避免因电机异常导致的无人机起飞异常的问题。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述=相全桥电路中的每相桥臂包括上桥开关管和下 桥开关管，其中，通过对第一相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第二相桥臂的下桥开 关管处于常开通状态W及控制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上桥开关 管和第=相桥臂的上下桥开关管处于关断状态，W使所述=相全桥电路对所述电机输出第 一次检测电压，同时检测所述第二相桥臂的电流W获取第一次电流;通过对所述第一相桥 臂的上桥开关管进行PWM控制、控制所述第=相桥臂的下桥开关管处于常开通状态W及控 制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上下桥开关管和所述第=相桥臂的上 桥开关管处于关断状态，W使所述=相全桥电路对所述电机输出第二次检测电压，同时检 测所述第=相桥臂的电流W获取第二次电流;通过对所述第二相桥臂的上桥开关管进行 PWM控制、控制所述第=相桥臂的下桥开关管处于常开通状态W及控制所述第一相桥臂的 上下桥开关管、所述第二相桥臂的下桥开关管和所述第=相桥臂的上桥开关管处于关断状 态，W使所述=相全桥电路对所述电机输出第=次检测电压，同时检测所述第=相桥臂的 电流W获取第=次电流。
[0021] 根据本发明的一个实施例，通过第一采样电阻、第二采样电阻和第=采样电阻获 取所述=相全桥电路的=次电流，所述第一采样电阻连接在第一相桥臂的下桥开关管与地 之间，所述第二采样电阻连接在第二相桥臂的下桥开关管与地之间，所述第=采样电阻连 接在第=相桥臂的下桥开关管与地之间。
[0022] 根据本发明的一个实施例，上述的无人机的电机故障检测方法，还包括:获取所述 电机的直流母线电压，并根据Pmi信号的占空比和所述直流母线电压计算所述电机的=相 电压。
[0023] 根据本发明的一个实施例，根据所述电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值 判断所述电机是否发生异常故障，包括:如果所述=相电阻阻值中任意一相电阻阻值与所 述S相电阻的平均阻值之间的差值大于预设值，则判断所述电机发生S相电阻不平衡故 障。
[0024] 根据本发明的一个实施例，在判断所述电机发生异常故障后，还通过控制所述= 相全桥电路输出预设电压W使所述电机发出报警声。
[0025] 根据本发明的一个实施例，在判断所述电机发生异常故障后，还发送电机异常故 障信号至所述飞行控制器，所述飞行控制器根据所述电机异常故障信号控制所述无人机终 止起飞并发出报警提示。
【附图说明】
[0026] 图1是根据本发明一个实施例的无人机的电机控制系统的结构示意图；W及
[0027] 图2是根据本发明实施例的无人机的电机故障检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028] 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。
[0029] 下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的无人机及无人机的电机控制系统 和电机故障检测方法。
[0030] 图1是根据本发明一个实施例的无人机的电机控制系统的结构示意图。
[0031] 如图1所示，该无人机的电机控制系统包括:飞行控制器10和电子调速器20。
[0032] 其中，电子调速器20与飞行控制器10相连，电子调速器20包括=相全桥电路21、驱 动单元22、电流检测单元23和控制单元24，=相全桥电路21的输出端与电机相连，=相全桥 电路21包括开关管，驱动单元22用于驱动=相全桥电路21中的开关管，电流检测单元23用 于检测=相全桥电路21中每相桥臂的电流。控制单元24用于接收飞行控制器10发出的启动 信号，并在接收到启动信号后通过驱动单元22驱动=相全桥电路21W对电机依次输出=次 检测电压，W及基于=相全桥电路21依次输出的=次检测电压相应获取电流检测单元23检 测的=次电流，并根据电流检测单元23检测的=次电流和电机的=相电压计算电机的=相 电阻阻值和=相电阻的平均阻值，W及根据电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值判 断电机是否发生异常故障。其中，开关管可W为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管）、晶闽管等。
[0033] 具体地，当无人机要起飞时，飞行控制器10会发出启动信号如PPM(Pulse Position Modulation，脉冲位置调制）信号到电子调速器20。电子调速器20的控制单元24 在接收到飞行控制器10发出的启动信号后，会通过驱动电路22驱动=相全桥电路21依次输 出=次电压至电机，同时，通过电流检测单元23采集相应的电流，然后根据采集的电流和电 机的=相电压计算电机的=相电阻阻值，并计算=相电阻阻值的平均值，最后根据=相电 阻阻值和=相电阻阻值的平均值判断电机是否发生异常故障。
[0034] 由于电子调速器能够准确计算出电机的=相电阻阻值，因而能够准确判断出电机 的=相电阻中任意一相电阻是否发生异常，从而准确判断出电机的=相电阻不对称的情 况，有效避免了炸机情况的发生，而且，在无人机每次起飞时，电子调速器都对电机是否发 生异常进行检测，因而可W保证每次飞行的启动故障保护。
[0035] 进一步地，根据本发明的一个实施例，如图1所示，=相全桥电路21中的每相桥臂 包括上桥开关管和下桥开关管，其中，控制单元24通过对第一相桥臂的上桥开关管Ql 1进行 PWM控制、控制第二相桥臂的下桥开关管q22处于常开通状态W及控制第一相桥臂的下桥开 关管Q12、第二相桥臂的上桥开关管Q21、第=相桥臂的上桥开关管Q31和第=相桥臂的下桥 开关管Q32处于关断状态，W使=相全桥电路21对电机输出第一次检测电压，同时通过电流 检测单元23检测第二相桥臂的电流W获取第一次电流;控制单元24通过对第一相桥臂的上 桥开关管Qll进行PWM控制、控制第=相桥臂的下桥开关管Q32处于常开通状态W及控制第 一相桥臂的下桥开关管Q12、第二相桥臂的上桥开关管Q21、第二相桥臂的下桥开关管Q22和 第=相桥臂的上桥开关管Q31处于关断状态，W使=相全桥电路21对电机输出第二次检测 电压，同时通过电流检测单元23检测第=相桥臂的电流W获取第二次电流;控制单元24通 过对第二相桥臂的上桥开关管Q21进行PWM控制、控制第=相桥臂的下桥开关管Q32处于常 开通状态W及控制第一相桥臂的上桥开关管Q11、第一相桥臂的下桥开关管Q12、第二相桥 臂的下桥开关管Q22和第=相桥臂的上桥开关管Q31处于关断状态，W使=相全桥电路21对 电机输出第=次检测电压，同时通过电流检测单元23检测第=相桥臂的电流W获取第=次 电流。
[0036] 如图1所示，电流检测单元21可包括第一采样电阻RU第二采样电阻R2和第=采样 电阻R3,第一采样电阻Rl连接在第一相桥臂的下桥开关管Q12与地之间，第二采样电阻R2连 接在第二相桥臂的下桥开关管Q22与地之间，第S采样电阻R3连接在第S相桥臂的下桥开 关管Q32与地之间。
[0037] 具体而言，控制单元24在接收到飞行控制器10发出的启动信号后，可先对开关管 Ql 1进行PWM控制，并控制开关管Q22处于常开状态，W及控制其他开关管处于关断状态，W 对电机输出第一次检测电压Uab,同时通过第二采样电阻R2进行电流采样，经放大和模数转 换后获得第一次电流Ii;然后，控制单元24对开关管Qll进行PWM控制，并控制开关管Q32处 于常开状态，W及控制其他开关管处于关断状态，W对电机输出第二次检测电压Ua。，同时通 过第=采样电阻R3进行电流采样，经放大和模数转换后获得第二次电流12;最后，控制单元 24对开关管Q21进行PWM控制，并控制开关管Q32处于常开状态，W及控制其他开关管处于关 断状态，W对电机输出第=次检测电压化C，同时通过第=采样电阻R3进行电流采样，经放大 和模数转换后获得第S次电流13。其中，PWM信号的占空比可由电流环PI (Propodional Integral，比例积分)控制，电流环的给定可为电机额定电流的0.5倍。
[0038] 通过上述S次动作可W得到如下公式：
[0039]
(1)
[0040] 其中，Ra为电机的A相电阻阻值，Rb为电机的B相电阻阻值，Rc为电机的讨目电阻阻 值，Uab为第一次检测电压，Uac为第二次检测电压，Ubc为第立次检测电压，I功第一次电流，12 为第二次电流，13为第=次电流。
[0041] 需要说明的是，第一次检测电压Uab、第二次检测电压Uac和第=次检测电压化C是电 机的直流母线电压乘Wpwm信号的占空比获得，其中，直流母线电压可W通过电阻采样法检 测电源VCC两端的电压获得。即言，在本发明的实施例中，控制单元24还用于获取电机的直 流母线电压，并根据PWM信号的占空比和直流母线电压计算电机的=相电压。
[0042] 通过对上述公式（1)进行计算，可得到电机的=相电阻阻值W及电机的=相电阻
[0043] (2) 白勺平丈匀m /古如1 了4去/人：^/^〇、拍二
[0044] 其中，Ravg刃王相电化的干均化值。
[0045] 需要说明的是，在本发明的实施例中，可W通过霍尔传感器对电流进行采样，但是 成本远高于通过采样电阻进行电流采样，且体积比较大，不利于电子调速器的小型化设计， 因此优选通过采样电阻进行电流采样。
[0046] 根据本发明的一个实施例，控制单元24根据电机的=相电阻阻值和=相电阻的平 均阻值判断电机是否发生异常故障时，其中，如果=相电阻阻值中任意一相电阻阻值与= 相电阻的平均阻值之间的差值大于预设值，控制单元24则判断电机发生=相电阻不平衡故 障。
[0047] 也就是说，如果计算的电机的A相电阻阻值Ra、B相电阻阻值化W及C相电阻阻值Rc 中有一相电阻阻值超过平均阻值Ravg-定值，例如，超过平均阻值的20%时，则认为电机的 =相电阻不平衡，可能是电机的接头出现接触不良或者电机出现缺相等。
[004引进一步地，由于电机处于静止状态，而电机的=相电阻阻值是m Q级别，因此当PWM 信号的占空比超过50%时，如果电机的=相电阻不平衡，则认为电机出现缺相故障。
[0049] 在实际应用中，通过电流闭环控制，可W快速完成电机的自检动作，并可W实现在 每次起降动作时都可W进行电机的启动检测。
[0050] 根据本发明的一个实施例，控制单元24在判断电机发生异常故障后，还通过控制 =相全桥电路21输出预设电压W使电机发出报警声。也就是说，当电机发生异常故障时，控 制单元24会发出一定占空比的PWM信号至=相全桥电路21W使电机发出滴滴的报警声，W 提醒用户采取相应措施。
[0051] 根据本发明实施例的无人机的电机控制系统，在无人机每次起飞前，通过对电机 依次输出=次电压，并通过精密的采样电阻进行电流采样，然后根据电压和电流计算电机 的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值，W根据=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值准确 判断出电机是否发生异常故障，从而可W有效减少由于电机异常导致的起飞炸机事故。
[0052] 根据本发明的一个实施例，控制单元24在判断电机发生异常故障后，还发送电机 异常故障信号至飞行控制器10,飞行控制器10根据电机异常故障信号控制无人机终止起飞 并发出报警提示。
[0053] 具体地，在判断电机发生异常故障后，如果不将异常故障信号反馈至飞行控制器 10,则在无人机自主飞行时，很有可能因电机异常导致炸机情况发生。因此，在本发明的实 施例中，在判断电机发生异常故障后，还发送电机异常故障信号Signal至飞行控制器10, W 使飞行控制器10根据电机异常故障信号控制无人机终止起飞，并发出报警提示，从而实现 对无人机的有效保护。
[0054] 另外，控制单元24还可W将电机的相关参数反馈至飞行控制器10,其中，参数可包 括电压、电流、转速、溫度等，从而形成无人机的整个闭环控制，飞行控制器10可W根据相关 参数判断是否需要继续起飞，例如，当电机的溫度过高时，可W控制无人机暂时不起飞，从 而进一步提高飞行安全。
[0055] 本发明实施例的无人机的电机控制系统，通过起飞前的电机故障检测，并通过闭 环通讯方式，将电机状态反馈给飞行控制器，W使飞行控制器在起飞动作前，判断出动力系 统的状态，避免由于电机或电子调速器异常，导致起飞失败，甚至出现炸机情况，从而有效 提高了飞行安全。
[0056] 图2是根据本发明实施例的无人机的电机故障检测方法的流程图。
[0057] 在本发明的实施例中，如图1所示，无人机包括飞行控制器和电子调速器，电子调 速器与飞行控制器相连，电子调速器包括驱动单元和=相全桥电路，驱动单元用于驱动= 相全桥电路中的开关管，=相全桥电路的输出端与电机相连。
[0058] 如图2所示，无人机的电机故障检测方法包括W下步骤：
[0059] SI,电子调速器接收飞行控制器发出的启动信号，并在接收到启动信号后通过驱 动单元驱动=相全桥电路W对电机依次输出=次检测电压，W及基于=相全桥电路依次输 出的=次检测电压相应获取=相全桥电路的=次电流。
[0060] 根据本发明的一个实施例，如图1所示，=相全桥电路中的每相桥臂包括上桥开关 管和下桥开关管，其中，通过对第一相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第二相桥臂的 下桥开关管处于常开通状态W及控制第一相桥臂的下桥开关管、第二相桥臂的上桥开关管 和第=相桥臂的上下桥开关管处于关断状态，W使=相全桥电路对电机输出第一次检测电 压，同时检测第二相桥臂的电流W获取第一次电流;通过对第一相桥臂的上桥开关管进行 PWM控制、控制第=相桥臂的下桥开关管处于常开通状态W及控制第一相桥臂的下桥开关 管、第二相桥臂的上下桥开关管和第=相桥臂的上桥开关管处于关断状态，W使=相全桥 电路对电机输出第二次检测电压，同时检测第=相桥臂的电流W获取第二次电流;通过对 第二相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第=相桥臂的下桥开关管处于常开通状态W 及控制第一相桥臂的上下桥开关管、第二相桥臂的下桥开关管和第=相桥臂的上桥开关管 处于关断状态，W使=相全桥电路对电机输出第=次检测电压，同时检测第=相桥臂的电 流W获取第=次电流。
[0061] 根据本发明的一个实施例，可通过第一采样电阻、第二采样电阻和第=采样电阻 获取=相全桥电路的=次电流，第一采样电阻连接在第一相桥臂的下桥开关管与地之间， 第二采样电阻连接在第二相桥臂的下桥开关管与地之间，第=采样电阻连接在第=相桥臂 的下桥开关管与地之间。
[0062] 需要说明的是，在本发明的实施例中，也可W通过霍尔传感器对电流进行采样，但 是成本远高于通过采样电阻进行电流采样，且体积比较大，不利于电子调速器的小型化设 计，因此优选通过采样电阻进行电流采样。
[0063] S2,根据=次电流和电机的=相电压计算电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均 阻值。
[0064] 具体地，当无人机要起飞时，飞行控制器会发出启动信号（如PPM信号巧Ij电子调速 器。电子调速器在接收到飞行控制器发出的启动信号后，可先对开关管Qll进行PWM控制，并 控制开关管Q22处于常开状态，W及控制其他开关管处于关断状态，W对电机输出第一次检 测电压Uab,同时通过第二采样电阻R2进行电流采样，经放大和模数转换后获得第一次电流 Ii;然后，电子调速器对开关管Ql 1进行PWM控制，并控制开关管Q32处于常开状态，W及控制 其他开关管处于关断状态，W对电机输出第二次检测电压Uac,同时通过第=采样电阻R3进 行电流采样，经放大和模数转换后获得第二次电流12;最后，电子调速器对开关管Q21进行 PWM控制，并控制开关管Q32处于常开状态，W及控制其他开关管处于关断状态，W对电机输 出第=次检测电压化C，同时通过第=采样电阻R3进行电流采样，经放大和模数转换后获得 第=次电流13。
[0065] 其中，PWM信号的占空比可由电流环PI控制，电流环的给定可为电机额定电流的 0.5倍。第一次检测电压Uab、第二次检测电压Uac和第S次检测电压Ubc是电机的直流母线电 压乘WP歷信号的占空比获得，其中，直流母线电压可W通过电阻采样法检测电源VCC两端 的电压获得。即言，在本发明的实施例中，还获取电机的直流母线电压，并根据PWM信号的占 空比和直流母线电压计算电机的=相电压。
[0066] 通过上述=次动作可W得到上述公式（1 )，然后对上述公式（1)进行计算，可得到 电机的=相电阻阻值W及电机的=相电阻的平均阻值，如上述公式(2)所示。
[0067] S3,根据电机的S相电阻阻值和S相电阻的平均阻值判断电机是否发生异常故 障。
[0068] 根据本发明的一个实施例，根据电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值判断 电机是否发生异常故障，包括：如果=相电阻阻值中任意一相电阻阻值与=相电阻的平均 阻值之间的差值大于预设值，则判断电机发生=相电阻不平衡故障。
[0069] 也就是说，如果计算的电机的A相电阻阻值Ra、B相电阻阻值化W及C相电阻阻值Rc 中有一相电阻阻值超过平均阻值Ravg-定值，例如，超过平均阻值的20%时，则认为电机的 =相电阻不平衡，可能是电机的接头出现接触不良或者电机出现缺相等。
[0070] 进一步地，由于电机处于静止状态，而电机的S相电阻阻值是m Q级别，因此当PWM 信号的占空比超过50%时，如果电机的=相电阻不平衡，则认为电机出现缺相故障。
[0071] 在实际应用中，通过电流闭环控制，可W快速完成电机的自检动作，并可W实现在 每次起降动作时都可W进行电机的启动检测。
[0072] 根据本发明的一个实施例，在判断电机发生异常故障后，还通过控制=相全桥电 路输出预设电压W使电机发出报警声。也就是说，当电机发生异常故障时，电子调速器会发 出一定占空比的PWM信号至=相全桥电路W使电机发出滴滴的报警声，W提醒用户采取相 应措施。
[0073] 根据本发明实施例的无人机的电机故障检测方法，在无人机每次起飞前，通过对 电机依次输出=次电压，并通过精密的采样电阻进行电流采样，然后根据电压和电流计算 出电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值。由于电子调速器能够准确计算出电机的= 相电阻阻值，因而能够准确判断出电机的=相电阻中任意一相电阻是否发生异常，从而准 确判断出电机的=相电阻不对称的情况，有效避免了炸机情况的发生，而且，在无人机每次 起飞时，电子调速器都对电机是否发生异常进行检测，因而可W保证每次飞行的启动故障 保护。
[0074] 根据本发明的一个实施例，在判断电机发生异常故障后，还发送电机异常故障信 号至飞行控制器，飞行控制器根据电机异常故障信号控制无人机终止起飞并发出报警提 /J、- O
[0075] 具体地，在判断电机发生异常故障后，如果不将异常故障信号反馈至飞行控制器， 则在无人机自主飞行时，很有可能因电机异常导致炸机情况发生。因此，在本发明的实施例 中，在判断电机发生异常故障后，电子调速器还发送电机异常故障信号Signal至飞行控制 器，W使飞行控制器根据电机异常故障信号控制无人机终止起飞，并发出报警提示，从而实 现对无人机的有效保护。
[0076] 另外，电子调速器还可W将电机的相关参数反馈至飞行控制器，其中，参数可包括 电压、电流、转速、溫度等，从而形成无人机的整个闭环控制，飞行控制器可W根据相关参数 判断是否需要继续起飞，例如，当电机的溫度过高时，可W控制无人机暂时不起飞，从而进 一步提高飞行安全。
[0077] 本发明实施例的无人机的电机故障检测方法，通过起飞前的电机故障检测，并通 过闭环通讯方式，将电机状态反馈给飞行控制器，W使飞行控制器在起飞动作前，判断出动 力系统的状态，避免由于电机或电子调速器异常，导致起飞失败，甚至出现炸机情况，从而 有效提高了飞行安全。
[0078] 此外，本发明的实施例还提出了一种无人机，其包括上述的无人机的电机控制系 统。
[0079] 本发明实施例的无人机，通过上述的电机控制系统，能够在无人机每次起飞时，通 过计算的电机的=相电阻阻值和=相电阻的平均阻值准确判断出电机是否发生异常，从而 有效避免因电机异常导致的无人机起飞异常的问题。
[0080] 在本发明的描述中，需要理解的是，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W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，=个等，除非另有明确具体的限定。
[0081] 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W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或成一体;可W是机械连 接，也可W是电连接;可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W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W根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0082] 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W在任 一个或多个实施例或示例中W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W将本说明书中描述的不同实施例或示例W及不同实施例或示例的特征进行结 合和组合。
[0083] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可W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W对上述 实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1. 一种无人机的电机控制系统，其特征在于，包括： 飞行控制器； 电子调速器，所述电子调速器与所述飞行控制器相连，所述电子调速器包括： 三相全桥电路，所述三相全桥电路的输出端与电机相连； 驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述三相全桥电路中的开关管； 电流检测单元，所述电流检测单元用于检测所述三相全桥电路中每相桥臂的电流； 控制单元，所述控制单元用于接收所述飞行控制器发出的启动信号，并在接收到所述 启动信号后通过所述驱动单元驱动所述三相全桥电路以对所述电机依次输出三次检测电 压，以及基于所述三相全桥电路依次输出的三次检测电压相应获取所述电流检测单元检测 的三次电流，并根据所述电流检测单元检测的三次电流和所述电机的三相电压计算所述电 机的三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值，以及根据所述电机的三相电阻阻值和三相电阻 的平均阻值判断所述电机是否发生异常故障。2. 根据权利要求1所述的无人机的电机控制系统，其特征在于，所述三相全桥电路中的 每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，其中， 所述控制单元通过对第一相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第二相桥臂的下桥 开关管处于常开通状态以及控制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上桥开 关管和第三相桥臂的上下桥开关管处于关断状态，以使所述三相全桥电路对所述电机输出 第一次检测电压，同时通过所述电流检测单元检测所述第二相桥臂的电流以获取第一次电 流； 所述控制单元通过对所述第一相桥臂的上桥开关管进行pmi控制、控制所述第三相桥 臂的下桥开关管处于常开通状态以及控制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂 的上下桥开关管和所述第三相桥臂的上桥开关管处于关断状态，以使所述三相全桥电路对 所述电机输出第二次检测电压，同时通过所述电流检测单元检测所述第三相桥臂的电流以 获取第二次电流； 所述控制单元通过对所述第二相桥臂的上桥开关管进行pmi控制、控制所述第三相桥 臂的下桥开关管处于常开通状态以及控制所述第一相桥臂的上下桥开关管、所述第二相桥 臂的下桥开关管和所述第三相桥臂的上桥开关管处于关断状态，以使所述三相全桥电路对 所述电机输出第三次检测电压，同时通过所述电流检测单元检测所述第三相桥臂的电流以 获取第三次电流。3. 根据权利要求2所述的无人机的电机控制系统，其特征在于，所述电流检测单元包括 第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻，所述第一采样电阻连接在第一相桥臂的下 桥开关管与地之间，所述第二采样电阻连接在第二相桥臂的下桥开关管与地之间，所述第 三采样电阻连接在第三相桥臂的下桥开关管与地之间。4. 根据权利要求2所述的无人机的电机控制系统，其特征在于，所述控制单元还用于获 取所述电机的直流母线电压，并根据PWM信号的占空比和所述直流母线电压计算所述电机 的三相电压。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的无人机的电机控制系统，其特征在于，所述控制单 元根据所述电机的三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值判断所述电机是否发生异常故障 时，其中， 如果所述三相电阻阻值中任意一相电阻阻值与所述三相电阻的平均阻值之间的差值 大于预设值，所述控制单元则判断所述电机发生三相电阻不平衡故障。6. 根据权利要求5所述的无人机的电机控制系统，其特征在于，所述控制单元在判断所 述电机发生异常故障后，还通过控制所述三相全桥电路输出预设电压以使所述电机发出报 警声。7. 根据权利要求5所述的无人机的电机控制系统，其特征在于，所述控制单元在判断所 述电机发生异常故障后，还发送电机异常故障信号至所述飞行控制器，所述飞行控制器根 据所述电机异常故障信号控制所述无人机终止起飞并发出报警提示。8. -种无人机，其特征在于，包括根据权利要求1-7中任一项所述的无人机的电机控制 系统。9. 一种无人机的电机故障检测方法，其特征在于，所述无人机包括飞行控制器和电子 调速器，所述电子调速器与所述飞行控制器相连，所述电子调速器包括驱动单元和三相全 桥电路，所述驱动单元用于驱动所述三相全桥电路中的开关管，所述三相全桥电路的输出 端与电机相连，所述方法包括以下步骤： 所述电子调速器接收所述飞行控制器发出的启动信号，并在接收到所述启动信号后通 过所述驱动单元驱动所述三相全桥电路以对所述电机依次输出三次检测电压，以及基于所 述三相全桥电路依次输出的三次检测电压相应获取所述三相全桥电路的三次电流； 根据所述三次电流和所述电机的三相电压计算所述电机的三相电阻阻值和三相电阻 的平均阻值；以及 根据所述电机的三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值判断所述电机是否发生异常故 障。10. 根据权利要求9所述的无人机的电机故障检测方法，其特征在于，所述三相全桥电 路中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，其中， 通过对第一相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第二相桥臂的下桥开关管处于常 开通状态以及控制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上桥开关管和第三相 桥臂的上下桥开关管处于关断状态，以使所述三相全桥电路对所述电机输出第一次检测电 压，同时检测所述第二相桥臂的电流以获取第一次电流； 通过对所述第一相桥臂的上桥开关管进行Pmi控制、控制所述第三相桥臂的下桥开关 管处于常开通状态以及控制所述第一相桥臂的下桥开关管、所述第二相桥臂的上下桥开关 管和所述第三相桥臂的上桥开关管处于关断状态，以使所述三相全桥电路对所述电机输出 第二次检测电压，同时检测所述第三相桥臂的电流以获取第二次电流； 通过对所述第二相桥臂的上桥开关管进行Pmi控制、控制所述第三相桥臂的下桥开关 管处于常开通状态以及控制所述第一相桥臂的上下桥开关管、所述第二相桥臂的下桥开关 管和所述第三相桥臂的上桥开关管处于关断状态，以使所述三相全桥电路对所述电机输出 第三次检测电压，同时检测所述第三相桥臂的电流以获取第三次电流。11. 根据权利要求?ο所述的无人机的电机故障检测方法，其特征在于，通过第一采样电 阻、第二采样电阻和第三采样电阻获取所述三相全桥电路的三次电流，所述第一采样电阻 连接在第一相桥臂的下桥开关管与地之间，所述第二采样电阻连接在第二相桥臂的下桥开 关管与地之间，所述第三采样电阻连接在第三相桥臂的下桥开关管与地之间。12. 根据权利要求10所述的无人机的电机故障检测方法，其特征在于，还包括： 获取所述电机的直流母线电压，并根据PWM信号的占空比和所述直流母线电压计算所 述电机的三相电压。13. 根据权利要求9-12中任一项所述的无人机的电机故障检测方法，其特征在于，根据 所述电机的三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值判断所述电机是否发生异常故障，包括： 如果所述三相电阻阻值中任意一相电阻阻值与所述三相电阻的平均阻值之间的差值 大于预设值，则判断所述电机发生三相电阻不平衡故障。14. 根据权利要求13所述的无人机的电机故障检测方法，其特征在于，在判断所述电机 发生异常故障后，还通过控制所述三相全桥电路输出预设电压以使所述电机发出报警声。15. 根据权利要求13所述的无人机的电机故障检测方法，其特征在于，在判断所述电机 发生异常故障后，还发送电机异常故障信号至所述飞行控制器，所述飞行控制器根据所述 电机异常故障信号控制所述无人机终止起飞并发出报警提示。
【文档编号】G01R31/34GK105905307SQ201610436819
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月17日
【发明人】于江涛
【申请人】广州极飞电子科技有限公司