一种控制方法和控制器与流程

1.本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种具有故障检测功能的控制方法和控制器。


背景技术：

2.空调、冰箱、洗衣机等家用电器在使用过程中可能会出现各种各样的故障。通常有故障发生时，电器的控制系统会停止电机的运行，并控制指示灯闪烁，以提醒维护人员检查系统故障，从而达到保护电机及整个电器系统的目的。但是，作为系统的核心组件，电机最常见的故障有很多种，包括短路、开路等，对于维护人员而言，首先要判断电机的故障类型，才能更准确的进行维修。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种控制方法和控制器，能够准确快速地判断故障。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种控制方法，包括故障检测步骤，所述故障检测步骤能够检测电机故障，所述故障检测步骤包括：
6.接收检测信号，至少根据所述检测信号进行第一类故障判断和/或第二类故障判断：
7.所述第一类故障判断包括以下步骤：
8.控制控制器向所述电机的三相线圈中任意一组两相线圈施加电能后，获取第一参数，所述第一参数表征电机相电流；对所述第一参数与电流相关阈值进行比较，判断是否发生开路和/或短路故障；
9.所述第二类故障判断包括以下步骤：
10.控制控制器以预设频率驱动电机后，获取第二参数，所述第二参数表征电机运行频率；对所述第二参数与频率相关阈值进行比较，判断是否发生堵转故障；
11.根据故障类型提示相应故障。
12.本发明所提供的控制方法，包括故障检测步骤，该故障检测步骤能够根据检测信号执行电机的第一类故障判断和/或第二类故障判断的步骤，从而检测出电机是否发生开路和/或短路和/堵转故障，并提示对应的故障类型，从而使得相关人员可以获悉故障类型。
13.一种控制器，包括故障检测系统，所述故障检测系统能够检测电机故障，所述故障检测系统包括：
14.信号接收单元：能够接收检测信号，并至少根据所述检测信号触发第一类故障判断单元和/或第二类故障判断单元工作：
15.所述第一类故障判断单元：能够控制控制器向所述电机的三相线圈中任意一组两相线圈施加电能后，获取第一参数，所述第一参数表征电机相电流；对所述第一参数与电流相关阈值进行比较，判断是否发生开路和/或短路故障；
16.所述第二类故障判断单元：能够控制控制器以预设频率驱动电机后，获取第二参数，所述第二参数表征电机运行频率；对所述第二参数与频率相关阈值进行比较，判断是否发生堵转故障；
17.故障提示单元：能够根据故障类型提示相应故障。。
18.本发明提供的控制器，包括故障检测系统，该故障检测系统包括信号接收单元、第一类故障判断单元和/或第二类故障判断单元，能检测出电机是否发生开路和/或短路和/堵转故障，并进行相应的提示。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本发明一个实施例提供的一种故障检测方法的流程图；
21.图2为本发明另一个实施例提供的一种故障检测方法的流程图；
22.图3为本发明一个实施例提供的一种故障检测系统的结构示意图；
23.图4为本发明另一个实施例提供的一种故障检测系统的结构示意图；
24.图5为本发明一个实施例提供的一种控制器的结构示意图。
具体实施方式
25.以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.电机作为空调、洗衣机、冰箱等系统的核心组件，最常见的故障有很多种，包括短路、开路等，对于维护人员而言，首先要判断电机的故障类型，才能更准确的进行维修。目前，发明人发现：通过万用表测量确定电机或电控装置的故障时，测量较为麻烦，需要将包含电机的家用电器拆卸，取出电控装置进行确认，且对技术经验要求较高；而通过led灯闪烁提示故障或者液晶屏显示相应故障时，因需要将家用电器开启，耗时较长，对产品的可靠性存在一定的风险，并且也存在损坏电机的风险。
27.本发明实施例提供了一种控制方法，用于控制空调、冰箱、洗衣机等家用电器的电机，该控制方法包括故障检测步骤，故障检测步骤应用于检测电机故障，如图1所示，故障检测步骤包括：
28.s101：接收检测信号，至少根据所述检测信号进行第一类故障判断和/或第二类故障判断；
29.s102：进行第一和/或二类故障判断；具体的，所述第一类故障判断包括以下步骤：
30.s103：故障提示：根据故障类型显示相应故障。故障类型包括开路故障、短路故障和堵转故障，可以根据不同的故障类型进行不同的提示，也可以根据不同的故障类型组合
进行不同的提示；具体可采用语音提示、也可采用灯光或者显示屏提示，本技术对此不做限定。进行相应的提示可以使得相关人员获知故障类型。
31.所述第一类故障判断包括以下步骤：
32.控制控制器向所述电机的三相线圈中任意一组两相线圈施加电能后，获取第一参数，所述第一参数表征电机相电流；对所述第一参数与电流相关阈值进行比较，判断是否发生开路和/或短路故障。当对电机任意一组两相线圈施加电能后，对应的两相线圈会产生与该电能对应的相电流，通过对该电机相电流进行采样或者计算可以得到第一参数，当电机不存在故障时，第一参数为与电能相对应，位于某个值附近或者某个范围内；而当发生短路故障时，第一参数将大于该值或者该范围最大值；而当开路时，第一参数将小于该值或者该范围最小值；基于此，通过将第一参数与电流相关阈值进行比较后，可以判断电机是否发生开路和/或短路故障。
33.所述第二类故障判断包括以下步骤：
34.控制控制器以预设频率驱动电机后，获取第二参数，所述第二参数表征电机运行频率；对所述第二参数与频率相关阈值进行比较，判断是否发生堵转故障。当控制器以预设频率驱动电机时，若电机不存在堵转故障，电机能够达到该预设频率，而当电机达不到该预设频率或者在某个设定时间内达不到该预设频率时，可以判断出电机出现了堵转。
35.本技术提供的实施例中，故障检测步骤可以由mcu(中央处理单元)执行，本实施例中，检测信号可以是一个由mcu产生的故障检测触发信号，接收到该触发检测信号后，执行第一和/或二类故障判断步骤；比如检测信号依赖上位机aoc(application oriented control：面向应用的控制)的mcu产生并发送，而故障检测步骤由moc(motor oriented control：面向电机的控制) 执行，具体实施例中，当用户需要检测时，用户可以给aoc发送一个欲检测信号，而aoc再给moc发送检测信号，moc再接收到该检测信号后，先执行第一和/或二类故障判断步骤，判断电机是否存在故障；也可以在每次启机前，先由aoc发送检测信号至moc后，moc再进行第一和/或二类故障判断；只有当不存在电机故障时，moc方能正常启机、对电机进行控制；也可以待机自检，此时检测信号即为表征控制器待机的信号。检测信号也可以由硬件实现，比如通过一个按键实现，该按键电连接到moc的mcu的数据端，当按键工作时，产生一个检测信号输入到该mcu，该mcu根据该检测信号执行第一和/或二类故障判断步骤；具体的，用户或者维修人员可以对该按键进行操作，从而实现电机故障判断，避免了需要使用其它的测试设备(比如万用表)来进行检测带来的不变。该故障检测步骤可以用来检测电机开路和/或短路，当需要同时检测开路和/短路故障时，优先检测短路故障，再进行开路故障检测；具体的，在另一个实施例中，该故障检测步骤同时包括第一类故障判断和第二类故障判断的步骤，其中第一类故障判断又同时包括开路和短路故障判断，从而能够对电机故障类型进行精确判断，方便维修。
36.进一步的，本技术还提供了一种实施例，不仅能够实现上述的电机故障检测，还能实现控制器的电源回路故障检测，具体的，故障检测步骤中还包括如下步骤：
37.在至少根据所述检测信号进行第一类故障判断和/或第二类故障判断之前，至少根据所述检测信号进行第三类故障判断，
38.所述第三类故障判断包括以下步骤：
39.控制控制器进行待机，获取第三参数，所述第三参数表征控制器的母线电压；具体
的，控制控制器进行待机，可以为控制器上电后，暂不控制控制器正常驱动电机，即控制控制器处于上电、但不带载的状态。此时控制器的 pfc(功率因素校正)电路输出的母线电压或处于某一电压范围内，若控制器的电源回路存在故障，母线电压将会偏离该电压范围；该电压范围与pfc电路设计及输入的电压有关。
40.对所述第三参数与母线电压相关阈值进行比较，判断所述第三参数表征的母线电压是否在所述控制器的待机工作电压范围内；
41.若否，则判定所述控制器的电源回路发生故障。
42.具体地，可通过采样得到的母线电压进行判断，如通过电阻分压，由mcu 直接检测到母线电压的ad值，该ad值即为第三参数，第三参数与母线电压对应，本实施例中，两者成线性关系；在一个实施例中，若控制器输入电压和pfc(power factor correction，功率因数校正)电路中的器件参数确定后，控制器的待机工作电压范围一定；若第三参数表征的、采样的母线电压在该范围外，则判定电机的控制器的电源回路存在故障，若在该范围内，则判定电机的控制器的电源回路不存在故障。
43.在一个实施例中，故障检测方法包括第一类故障判断、第二类故障判断和第三类故障判断，第一类故障判断又包括开路和短路故障判断，优选的，各故障判断顺序如图2所示，先进行电源回路故障判断，随后进行短路故障判断，再进行开路故障判断，最后进行堵转判断。
44.进一步的，在一个实施例中，控制方法不仅包括上述的故障检测步骤，还包括电机控制步骤，电机控制步骤能够控制电机正常运行。本实施例中，可以先通过故障检测步骤判断是否存在故障，并进行相应的故障提示，当不存在任何故障时，控制电机控制步骤运行，使得控制器和电机正常工作。本实施例提供的控制方法不仅具有电机运行控制功能，还具有故障检测功能，以便在确定电机不存在故障后再控制电机工作，提高电机运行可靠性。通过在电机控制方法中，增加故障检测步骤，才能够使得故障检测更为智能，方便系统进行故障自检，也能够使得相关人员能够简便的获取到故障类型、方便后续维修。
45.进一步的，在一个实施例中，向电机的三相线圈中任意一组两相线圈施加电能包括施加恒电流。如电机的三相线圈包括uvw三相，以两相为一组施加电流进行导通，在实际实施例中，可以利用电流闭环控制原理实现任意一组两相线圈的恒电流通电导通，即对uv、uw、vw、vu、wu及wv施加恒电流，然后通过采样或计算获得电机的三相电流从而产生第一参数；本实施例中，对所述第一参数与电流相关阈值进行比较，判断是否发生短路故障包括步骤：
46.判断每一组两相线圈对应的所述第一参数是否超过电流保护阈值，所述电流保护阈值表征电机的最大电流值；
47.若至少一组两相线圈对应的所述第一参数超过所述电流保护阈值，则判定所述电机的故障为短路故障；其中，第一参数超过电流保护阈值，即表征电机相电流大于电机的最大电流值，该最大电流值可由系统设置，也为表征电机出现了短路故障的值，比如该值为施加的恒电流的120％。
48.对所述第一参数与电流相关阈值进行比较，判断是否发生开路故障包括步骤：
49.判断每一组两相线圈对应的所述第一参数是否在第一预设范围内，优选的，所述第一预设范围表征所述恒电流大小的80％～120％；
50.若否，则判定所述电机的故障为开路故障。
51.本实施例中，如依次判断uv、uw、vw、vu、wu及wv导通恒电流后的相电流即第一参数是否超过电流保护阈值，若至少一组两相线圈对应的第一参数超过电流保护阈值，则判定电机的故障为短路故障，若六组两相线圈的相电流即第一参数都没有超过电流保护阈值，则判定电机的故障不是短路故障；进而在对开路故障进行判断，具体如下：
52.判断每一组两相线圈对应的第一参数是否在第一预设范围内，第一预设范围表征恒电流大小的80％～120％；
53.若否，则判定电机的故障为开路故障。
54.如，依次将uv、uw、vw、vu、wu及wv导通恒电流后的相电流即第一参数与恒电流的80％以及恒电流120％进行对比，若相电流即第一参数都没有在表征恒电流的80％～120％范围的第一预设范围内，则判定电机的故障为开路故障，若六组相电流即第一参数在恒电流的80％～120％范围内，则判定电机的故障不存在开路故障。
55.本发明实施例中，可以由控制系统如mcu(microcontroller unit，微控制单元)检测得到采样电阻rs两端电压v的ad值，再根据公式v＝a+b*i*rs 计算可得到相电流即第一参数i，其中系数a、b根据硬件回路得到。
56.本技术实施例提供的控制方法，不仅能够控制电机正常工作，还能对电机进行故障判断，因此，也可用作故障检测。具体的，可以在电机正常工作前先进行故障检测，当不存在故障时，才使电机控制步骤被正常执行。或者，在某个时间间隔内，开机时，要先执行故障检测步骤，再执行电机控制步骤；电机控制步骤可为常用的电机控制原理实现，比如svpmw(space vectorpulse width modulation：空间矢量脉宽调制)，对此不做限定；当然，具体使用过程中，也可以仅使用该方法中的故障检测步骤，进行电机判断，若检测到故障时，维修人员可以根据具体故障类型进行维修。
57.进一步地，第二类故障判断步骤中，对所述第二参数与频率相关阈值进行比较，判断是否发生堵转故障包括步骤：
58.判断电机运行后的预设时间内第二参数是否达到目标频率值，目标频率值表征电机运行的预设频率；
59.若否，则判定电机的故障为堵转故障。
60.具体地，先控制控制器以某一预设频率控制电机运行，电机运行后，可以通过电机内部的速度传感器直接采样得到或通过无速度传感器的采用特定的算法计算得到电机的实际频率即得到第二参数，然后判定预设时间内实际频率即可得到第二参数，再判断第二参数是否达到目标频率值，若否，则判定电机的故障为堵转故障，若是，则判定电机的故障不是堵转故障。比如，目标频率值为15hz，在规定时间10s内，若实际频率值为10hz，则电机的故障为堵转。
61.需要说明的是，本发明实施例中，可以依次对电机的多个故障进行判断。具体的如图2所示，可以先进入s201，判断第三参数表征的母线电压是否在控制器的正常工作电压范围内，若否，判定电机的控制器的电源回路故障，显示相应的故障名称或代码等，并结束判断流程，若是，进入s202，判断每一组两相线圈对应的第一参数是否超过电流保护阈值，若至少一组两相线圈对应的第一参数超过电流保护阈值，则判定电机的故障为短路故障，显示相应的故障名称或代码等，并结束判断流程，若否，进入s203，判断每一组两相线圈对应
的第一参数是否在第一预设范围内，若否，则判定电机的故障为开路故障，显示相应的故障名称或代码等，并结束判断流程，若是，进入s204，判断电机运行后的预设时间内第二参数是否达到目标频率值，若否，则判定电机的故障为堵转故障，显示相应的故障名称或代码等，并结束判断流程，若是，结束流程。当然，本发明并不对故障的判断次序进行限定，可以是任意个数或次序故障的组合。
62.本发明实施例提供的控制方法，不仅包含电机控制步骤，还包括故障检测步骤，通过该故障检测步骤先自动获取电机的参数，然后再采用不同的判断条件对参数同时或依次进行判断，其中，判断条件与电机的故障对应，从而可以根据判断结果准确快速地判定出电机的故障类型，该控制方法不仅具有电机运行控制功能，还具有故障检测功能。
63.基于上述控制方法，本技术实施例还提供了一种控制器，能够应用于控制空调、冰箱、洗衣机等家用电器的电机，该控制器包括故障检测系统，所述故障检测系统能够检测电机故障，如图3所示，故障检测系统包括信号接收单元10、故障判断单元11和故障提示单元12；
64.其中，信号接收单元10：能够接收检测信号，并至少根据所述检测信号触发故障判断单元11工作，故障判断单元11又包括第一类故障判断单元111 和/或第二类故障判断单元工作112：
65.所述第一类故障判断单元111：能够控制控制器向所述电机的三相线圈中任意一组两相线圈施加电能后，获取第一参数，所述第一参数表征电机相电流；对所述第一参数与电流相关阈值进行比较，判断是否发生开路和/或短路故障；
66.所述第二类故障判断单元112：能够控制控制器以预设频率驱动电机后，获取第二参数，所述第二参数表征电机运行频率；对所述第二参数与频率相关阈值进行比较，判断是否发生堵转故障；本实施方式中可以通过电机内部的速度传感器直接采样得到或通过无速度传感器的采用特定的算法计算得到电机的实际频率即得到第二参数。
67.故障提示单元12：能够根据故障类型提示相应故障。
68.本技术提供的实施例中，故障检测系统可以部分或全部集成在在mcu(中央处理单元)中，即，信号接收单元10、故障判断单元11和故障提示单元 12全部或者部分集成在mcu中。需要说明的是本处的集成主要包括软件程序所定义的功能单元的集成，也可以包括硬件组成，即信号接收单元10、故障判断单元11和故障提示单元12对应的功能主要通过mcu实现，比如通过 mcu内部的程序来执行相应功能。
69.本实施例中，检测信号可以是一个由mcu产生的检测信号，故障检测系统中的信号接收单元10接收到该检测信号后，第一类故障判断单元111和/ 或第二类故障判断单元工作112执行第一和/或二类故障判断步骤；比如故障检测触发信号依赖上位机aoc(application oriented control：面向应用的控制) 的mcu产生并发送，而故障检测系统集成在moc(motor oriented control：面向电机的控制)中，比如至少部分集成在moc的mcu中。
70.具体实施例中，当用户需要检测时，用户可以给aoc发送一个欲检测信号，而aoc再给moc中的信号接收单元10发送检测信号，信号接收单元 10在接收到该检测信号后，第一类故障判断单元111和/或第二类故障判断单元工作112先执行第一和/或二类故障判断步骤，判断电机是否存在故障；也可以在每次启机前，先由aoc发送检测信号至moc后，第一类
故障判断单元111和/或第二类故障判断单元工作112进行第一和/或二类故障判断；只有当不存在电机故障时，moc方能正常启机、对电机进行控制；也可以待机自检，此时检测信号即为表征控制器待机的信号。检测信号也可以由硬件实现，比如通过一个按键实现，该按键电连接到moc的mcu的数据端，此时信号接收单元10包括mcu的数据端，当按键工作时，产生一个检测信号输入到该mcu，集成在该mcu的第一类故障判断单元111和/或第二类故障判断单元工作112根据该检测信号执行第一和/或二类故障判断步骤；具体的，用户或者维修人员可以对该按键进行操作，从而实现电机故障判断，避免了需要使用其它的测试设备(比如万用表)来进行检测带来的不变。具体实施例中，为方便客户端，可采用语音提示、也可采用灯光或者显示屏提示相应故障类型，而不管语音提示、也可采用灯光或者显示屏，其对应的控制信息可以由 mcu产生并控制对应的语音、灯光或显示。同样，也可以直接由mcu产生对应的提示信息，比如故障代码，相应的工作人员可以通过故障代码识别故障类型。本技术对此不做限定。
71.需要说明的是，本发明实施例中，若有故障发生，且电机的控制系统控制电机停止后，维护人员可以向控制系统发送检测信号，信号接收单元10接收到检测信号后，故障判断单元工作进行故障判断，之后，故障提示单元对故障类型进行提示。
72.当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，该控制器还包括电机控制系统。该控制器可以在电机开始运行之前，先对故障进行检测，故障检测系统确定电机不存在故障之后，向电机控制系统发送指令，以使电机控制系统开始工作。
73.进一步的，在一个实施例中，如图4所示，所述故障判断单元11还包括第三类故障判断单元113，信号接收单元还能够接收检测信号，并至少根据所述检测信号触发第三类故障判断单元113工作：
74.所述第三类故障判断单元113：能够控制控制器待机工作，获取第三参数，所述第三参数表征控制器的母线电压；对所述第三参数与母线电压相关阈值进行比较，判断所述第三参数表征的母线电压是否在所述控制器的待机工作电压范围内；若否，则判定所述控制器的电源回路发生故障。
75.在一个实施例中，可选的，所述第一类故障判断单元包括：
76.施加电能控制模块：能够控制控制器向所述电机的三相线圈中任意一组两相线圈施加电能，所述电能为恒电流；
77.第一获取模块：在施加电能后，能够获取第一参数，所述第一参数表征电机相电流；
78.第一判断模块：能够判断每一组两相线圈对应的所述第一参数是否超过电流保护阈值，所述电流保护阈值表征电机的最大电流值；若至少一组两相线圈对应的所述第一参数超过所述电流保护阈值，则判定所述电机的故障为短路故障；
79.第二判断模块：能够判断每一组两相线圈对应的所述第一参数是否在第一预设范围内，所述第一预设范围表征所述恒电流大小的80％～120％；若否，则判定所述电机的故障为开路故障。
80.在一个实施例中，可选的，所述第二类故障判断单元包括：
81.频率控制模块：能够控制控制器以预设频率驱动电机；
82.第二获取模块：能够在控制控制器以预设频率驱动电机后，获取第二参数，所述第
二参数表征电机运行频率；
83.第三判断模块：能够判断电机运行后的预设时间内所述第二参数是否达到目标频率值，所述目标频率值表征电机运行的预设频率；若否，则判定所述电机的故障为堵转故障。
84.在上述实施例中，可选的，该控制器还包括检测按键，所述检测按键连接到所述信号接收单元，将检测信号发送至所述信号接收单元。相关人员，比如维修人员可以通过该检测按键启动故障检测系统，故障检测系统的信号接收单元接收到检测按键发送来的检测信号时，故障判断单元开始进行故障判断，随后故障提示单元进行故障提示，从而实现一键检测功能，方便相关人员进行故障判断或者维修。
85.如图5所示，在上述至少一个实施例提供的控制器3中，不仅包含电机控制系统2，还包括故障检测系统1，该控制器3不仅具有电机运行控制功能，还具有故障检测功能，可以根据判断结果准确快速地判定出电机是否存在故障，如没有故障，电机控制系统2再启动进行电机控制；如有故障，则故障检测系统进行故障类型判断，以便相关人员进行故障处理。需要说明的是，电机控制系统2和故障检测系统1表征的是控制器3的电机控制功能和故障检测功能，其在硬件上具体可以包括搭载相关程序的mcu，即，电机控制功能和故障检测功能主要由搭载相关程序的mcu实现的。两者不代表硬件上的独立设置，即，电机控制系统2的电机控制功能和故障检测系统1的故障检测功能可以由同时搭载电机控制程序和故障检测程序的同一个mcu实现。当然，也可以分别由搭载电机控制程序的mcu和搭载故障检测程序的另一个 mcu实现。本技术对此不做限定。更进一步的，输入到mcu进行电机控制和故障检测的参数由控制器其它硬件模块，比如电参数采样单元得到，而电参数采样单元又如电流采样单元和电压采样单元和速度采样单元等的设计参照已有设计，本技术对此不做限定。
86.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
87.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。