CN103743987B - 电机控制系统中微处理器的adc采样故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机驱动控制技术领域，提供了一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法。该方法是在一次PWM中断的时间内通过ADC采样模块采集获取微处理器中的内部实际温度和内部实际参考电压，通过将内部实际温度和内部实际参考电压分别与微处理器本身的预设值比较，来判断ADC采样是否失效，实现了在一定PWM中断频率下、对adc采样故障的周期性检测，从而能及时发现ADC采样模块的故障情况并对电机采取保护，提高了电机控制系统运行的可靠性。再有，由于是采用优先级仅次于ADC采样中断的PWM中断作为主中断，可避免PWM中断的时间内、故障检测程序被可能的其它中断干扰而造成检测失效。

Description

电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法

技术领域

本发明属于电机驱动控制技术领域，尤其涉及一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法及系统。

背景技术

随着技术电子技术的进步，在机电领域，普遍采用微电子控制技术实现对电机的控制及驱动。图1以三相控制系统为例，示出了现有采用磁场导向控制（Field Oriented Control，FOC）技术的电机控制系统的结构原理。

具体来说，现有的电机控制系统包括用于将直流输入转换成三相交流输出的三相逆变器、以及用于输出PWM信号以驱动三相逆变器工作的微处理器。其中的微处理器采用FOC算法，通过坐标变换的方式，FOC算法的基本思想是：将交流电机的定子线圈电流分解成用来产生磁场的励磁电流分量和用来产生转矩的转矩电流分量，分别进行控制，当控制励磁电流使得转子磁通保持恒定时，电机的转矩将正比于转矩电流，将交流电机模拟成直流电机，从而获得与直流电机一样良好的动态调速特性。具体来说，结合图1所示，位置和速度估算模块估算电机的转速ω，转速ω与给定转速ω_ref进行比较，得到偏差送入速度PI调节模块；速度PI调节模块输出T轴参考分量I_{sq_req}；ADC采样模块从三相逆变器的输出采样得到三相定子线圈电流，并将三相定子线圈电流分别转换成数字量，转换后的数字量经克拉克变换模块和派克变换模块转换成旋转坐标系中的直流分量I_sd和I_sq；M轴参考分量I_{sd_req}为0，将T轴参考分量I_{sq_req}和M轴参考分量I_{sd_req}分别与直流分量I_sq和I_sd进行比较，得到的偏差分别经相应的转矩电流PI调节模块和励磁电流PI调节模块的调节，得到旋转坐标系的相电压分量U_q和U_d，之后再通过逆派克变换模块的变换，得到α-β直角坐标系的定子相电压矢量的分量U_α和U_β；脉宽调制模块根据两个分量U_α和U_β计算实际输出的PWM信号的占空比，生成并输出具有相应占空比的PWM信号，同时，ADC采样模块根据脉宽调制模块的输出，在PWM信号的下一周期进行ADC采样。

图2示出了其中ADC采样模块的一种现有结构原理。该ADC采样模块采用两个具有八通道的数据选择器实现采样通道的切换，采样得到的模拟量经与数据选择器对应的采样保持模块后，进入模/数转换模块进行模拟量和数字量的转换，在转换结束后存入相应的结果寄存器中。触发器模块用于在软件控制下触发模/数转换发生逻辑模块，以控制前端相应的数据选择器动作以选择采样通道、控制模/数转换器执行工作、并控制后端相应的数据选择器动作以将转换后的数字量存储到相应的结果寄存器中。此外，模/数转换中断逻辑模块用于在转换结束后，根据模/数转换发生逻辑模块的输出，输出ADCINT中断给其它中断服务程序。

电机控制系统在实际工作过程中，ADC采样模块会出现微电子故障，例如出现线路的开路或短路等故障，造成ADC采样模块失效。而现有技术并未提供ADC采样的故障检测方法，无法及时发现ADC采样模块出现的故障情况，使得现有电机控制系统的运行存在隐患，可靠性差，甚至造成电机的损毁。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，旨在解决现有技术无法及时发现电机控制系统的ADC采样模块出现的故障情况，使得电机控制系统运行可靠性差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，所述方法包括以下步骤：

在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压；

在所述本次PWM中断的时间内，计算所述内部实际温度相对微处理器本身的预设温度值的第一偏差、以及所述内部实际参考电压相对微处理器本身的预设电压值的第二偏差；

在所述本次PWM中断的时间内，若所述第一偏差和/或所述第二偏差超出偏差允许范围，则判断所述ADC采样模块失效。

本发明实施例的另一目的在于提供一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统，所述系统包括：

获取模块，用于在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压；

第一计算模块，用于在所述本次PWM中断的时间内，计算所述获取模块获取的所述内部实际温度相对微处理器本身的预设温度值的第一偏差、以及所述获取模块获取的所述内部实际参考电压相对微处理器本身的预设电压值的第二偏差；

判断模块，用于在所述本次PWM中断的时间内，若所述第一计算模块计算得到的所述第一偏差和/或第二偏差超出偏差允许范围，则判断所述ADC采样模块失效。

本发明实施例的另一目的在于提供一种电机控制系统的微处理器，包括ADC采样模块，所述微处理器还包括连接所述ADC采样模块的故障检测系统，所述故障检测系统是如上所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统。

本发明提出的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法及系统是在一次PWM中断的时间内通过ADC采样模块采集获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压，通过将内部实际温度和内部实际参考电压分别与微处理器本身的预设值比较，来判断ADC采样是否失效，实现了在一定PWM中断频率下、对adc采样故障的周期性检测，从而能及时发现ADC采样模块的故障情况并对电机采取保护，提高了电机控制系统运行的可靠性。再有，由于是采用优先级仅次于ADC采样中断的PWM中断作为主中断，可避免PWM中断的时间内、故障检测程序被可能的其它中断干扰而造成检测失效。

附图说明

图1是现有技术提供的电机控制系统的结构原理图；

图2是图1中ADC采样模块的一种结构原理图；

图3是本发明实施例一提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法的流程图；

图4是本发明实施例一的获取内部实际温度和内部实际参考电压的详细流程图；

图5是本发明实施例二提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法的流程图；

图6是本发明实施例三提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统的结构图；

图7是图6中获取模块的结构图；

图8是本发明实施例四提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统的结构图。

具体实施方式

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以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法及系统。该方法及系统是在一次PWM中断的时间内通过ADC采样模块采集获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压，通过将内部实际温度和内部实际参考电压分别与微处理器本身的预设值比较，来判断ADC采样是否失效。以下将结合实施例详细说明本发明的实现方式：

实施例一

本发明实施例一提出了一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，如图3所示，包括：

步骤S1：在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压。

本发明实施例一中，微处理器每产生一个周期的PWM信号波形触发一次PWM中断，PWM中断的时间是指PWM信号的一个周期时长（即PWM信号的频率的倒数）。由于PWM中断的优先级仅次于ADC中断，因此，以PWM中断作为主中断，并在PWM中断的时间内执行ADC采样的故障检测，可保证检测过程不受其它应用服务程序的干扰。

进一步地，如图4所示，步骤S1可包括以下步骤：

S11：在本次PWM中断的时间内，关闭电机控制系统中微处理器的全局中断，以启动ADC采样模块的故障检测。

本发明实施例一中，关闭全局中断即是说，在ADC采样模块的故障检测过程中，不响应其它任何中断，以保证ADC检测过程不被可能的中断打断。

S12：切换ADC采样模块中的特定采样引脚以连接微处理器中的内部温度传感器和内部参考电压。

由于在实际中，部分型号的微处理器中，ADC采样模块的特定采样引脚会通过内部的切换开关同时连接微处理器中的内部温度传感器和内部参考电压。例如，对于TMS320F28x系列的微处理器，如图2所示的ADC采样模块的ADCINA5引脚通过内部的第一切换开关同时连接数据选择器和内部温度传感器，ADCINB5引脚通过内部的第二切换开关同时连接数据选择器和内部参考电压。这样，在步骤S12中，可通过切换第一开关，使得ADCINA5引脚从连接数据选择器的状态切换至连接内部温度传感器的状态，并通过切换第二开关，使得ADCINB5引脚从连接数据选择器的状态切换至连接内部参考电压的状态。

当然，若微处理器中ADC采样模块没有设计可连接内部温度传感器和内部参考电压的引脚，则在应用过程中，可通过在微处理器外增加第一切换开关和第二切换开关的形式，使得ADC采样模块具有相同的功能，在此不赘述。

S13：打开ADC采样模块输出的ADC中断，即ADCINT中断。

S14：控制ADC采样模块采集内部温度传感器的数据、以及内部实际参考电压，并进行模/数转换处理。

S15：在打开ADC中断后，延时预设一段时间以保证ADC采样模块转换完成，并获取内部实际温度和内部实际参考电压。

例如，若预设一段时间为10μs，则在打开ADC中断后，延时10μs来等待ADC采样模块进行模/数转换处理，之后获取内部实际温度和内部实际参考电压。

S16：清零ADC转换结束中断标志，并禁止ADC中断。

步骤S2：在本次PWM中断的时间内，计算内部实际温度相对微处理器本身的预设温度值的第一偏差、以及内部实际参考电压相对微处理器本身的预设电压值的第二偏差。

步骤S3：在本次PWM中断的时间内，若第一偏差和/或第二偏差超出偏差允许范围，则判断ADC采样模块失效；若第一偏差和第二偏差均未超出偏差允许范围，则判断ADC采样模块通过故障检测。其中，ADC采样模块失效模式可为ADC采样模块开路或短路。之后，可通过对相关寄存器的设置，恢复电机控制系统中ADC采样模块的初始化设置。

另外，在步骤S11之前或之后，还可包括以下步骤：设置预设一段时间、预设温度值、预设电压值、偏差允许范围以及ADC采样的允许偏差范围值。其中，ADC采样的允许偏差范围值是指，在ADC采样模块采样过程中，在该允许偏差范围值内的采样数据均为可接受数据。

本发明实施例一提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法是在一次PWM中断的时间内通过ADC采样模块采集获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压，通过将内部实际温度和内部实际参考电压分别与微处理器本身的预设值比较，来判断ADC采样是否失效，实现了在一定PWM中断频率下、对adc采样故障的周期性检测，从而能及时发现ADC采样模块的故障情况并对电机采取保护，提高了电机控制系统运行的可靠性。再有，由于是采用优先级仅次于ADC采样中断的PWM中断作为主中断，可避免PWM中断的时间内、故障检测程序被可能的其它中断干扰而造成检测失效。

实施例二

本发明实施例二提出了一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，如图5所示。与实施例一不同，实施例二中，在步骤S1之前还包括：

步骤S4：触发本次PWM中断，并根据本次PWM中断，利用ADC采样模块在上次PWM中断的时间内采集的电机定子线圈电流，计算ADC采样模块在下次PWM中断的时间内的采样时刻，即根据本次PWM中断首先执行算法程序，例如执行FOC算法。

同时与实施例一不同，实施例二中，在步骤S3之后还包括：

步骤S5：在本次PWM中断的时间内，打开微处理器的全局中断，在上次PWM中断的时间内计算得到的采样时刻到达时，触发ADC中断，以使得ADC采样模块对电机定子线圈电流进行正常采集和转换。

本发明实施例二中，ADC采样模块对电机定子线圈电流的采样时刻发生在本次PWM中断的最后四分之一周期内。

与实施例一不同，本发明实施例二提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法在一次PWM中断开始后，首先执行算法程序，之后执行如上实施例一所述的ADC采样故障检测，之后在打开全局中断后ADC采样模块执行对电机定子线圈电流的采样和转换，从而不影响电机的正常运行。此时，要保证算法程序的执行时间与ADC采样模块的电流采样之间的时间间隔大于ADC采样故障检测的时间。例如，当PWM中断的频率为8KHz时，ADC采样故障检测的时间可为12μs。

实施例三

本发明实施例三提出了一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统，如图6所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例三相关的部分。

详细而言，本发明实施例三提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统包括：获取模块1，用于在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压；第一计算模块2，用于在本次PWM中断的时间内，计算获取模块1获取的内部实际温度相对微处理器本身的预设温度值的第一偏差、以及获取模块1获取的内部实际参考电压相对微处理器本身的预设电压值的第二偏差；判断模块3，用于在本次PWM中断的时间内，若第一计算模块2计算得到的第一偏差和/或第二偏差超出偏差允许范围，则判断ADC采样模块失效，若第一偏差和第二偏差均未超出偏差允许范围，则判断ADC采样模块通过故障检测，之后，可通过对相关寄存器的设置，恢复电机控制系统中ADC采样模块的初始化设置。其中，ADC采样模块失效模式可为ADC采样模块开路或短路。

另外，本发明实施例三提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统还可包括：设置模块（图中未示出），用于设置预设一段时间、预设温度值、预设电压值、偏差允许范围以及ADC采样的允许偏差范围值。

进一步地，如图7所示，获取模块1可包括：第一中断设置子模块11，用于在本次PWM中断的时间内，关闭电机控制系统中微处理器内的全局中断，以启动ADC采样模块的故障检测；切换控制子模块12，用于在第一中断设置子模块11执行完毕后，切换ADC采样模块中的特定采样引脚以连接微处理器中的内部温度传感器和内部参考电压；第二中断设置子模块13，用于打开ADC采样模块输出的ADC中断，即ADCINT中断；采样控制子模块14，用于在第二中断设置子模块13执行完毕后，控制ADC采样模块采集内部温度传感器的数据、以及内部实际参考电压，并进行模/数转换处理；获取子模块15，用于在第二中断设置子模块13打开ADC中断后，延时预设一段时间以保证ADC采样模块转换完成，并获取内部实际温度和内部实际参考电压；第三中断设置子模块16，用于在获取子模块15执行完毕后，清零ADC转换结束中断标志，并禁止ADC中断。

其中，切换控制子模块12的详细执行过程如实施例一所述，在此不赘述。

本发明实施例三提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统是在一次PWM中断的时间内通过ADC采样模块采集获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压，通过将内部实际温度和内部实际参考电压分别与微处理器本身的预设值比较，来判断ADC采样是否失效，实现了在一定PWM中断频率下、对adc采样故障的周期性检测，从而能及时发现ADC采样模块的故障情况并对电机采取保护，提高了电机控制系统运行的可靠性。再有，由于是采用优先级仅次于ADC采样中断的PWM中断作为主中断，可避免PWM中断的时间内、故障检测程序被可能的其它中断干扰而造成检测失效。

实施例四

本发明实施例四提出了一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统，如图8所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例四相关的部分。

与实施例三不同，在实施例四中，电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统还可包括：第二计算模块4，用于在获取模块1执行前，触发本次PWM中断，并根据本次PWM中断，利用ADC采样模块在上次PWM中断的时间内采集的电机定子线圈电流，计算下一周期PWM信号的占空比、以及ADC采样模块在下次PWM中断的时间内的采样时刻，即根据本次PWM中断首先执行算法程序，例如执行FOC算法；采样触发模块5，用于在判断模块3执行后，在本次PWM中断的时间内，打开微处理器的全局中断，在上次PWM中断的时间内计算得到的采样时刻到达时，触发ADC中断，以使得ADC采样模块对电机定子线圈电流进行正常采集和转换。

本发明实施例四中，ADC采样模块对电机定子线圈电流的采样时刻发生在本次PWM中断的最后四分之一周期内。

与实施例三不同，本发明实施例四提供的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统在一次PWM中断开始后，首先执行算法程序，之后执行如上实施例一所述的ADC采样故障检测，之后在打开全局中断后ADC采样模块执行对电机定子线圈电流的采样和转换，从而不影响电机的正常运行。此时，要保证算法程序的执行时间与ADC采样模块的电流采样之间的时间间隔大于ADC采样的故障检测时间。

实施例五

本发明实施例五提出了一种电机控制系统的微处理器，包括ADC采样模块，以及连接ADC采样模块的故障检测系统。其中的故障检测系统是如上实施例三或实施例四所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统，在此不赘述。

综上所述，本发明提出的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法及系统是在一次PWM中断的时间内通过ADC采样模块采集获取微处理器中的内部实际温度和内部实际参考电压，通过将内部实际温度和内部实际参考电压分别与微处理器本身的预设值比较，来判断ADC采样是否失效，实现了在一定PWM中断频率下、对adc采样故障的周期性检测，从而能及时发现ADC采样模块的故障情况并对电机采取保护，提高了电机控制系统运行的可靠性。再有，由于是采用优先级仅次于ADC采样中断的PWM中断作为主中断，可避免PWM中断的时间内、故障检测程序被可能的其它中断干扰而造成检测失效。另外，在一次PWM中断开始后，首先执行算法程序，之后执行ADC采样故障检测，之后在打开全局中断后ADC采样模块执行对电机定子线圈电流的采样和转换，从而不影响电机的正常运行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

触发本次PWM中断，并根据所述本次PWM中断，利用所述ADC采样模块在上次PWM中断的时间内采集的电机定子线圈电流，计算所述ADC采样模块在下次PWM中断的时间内的采样时刻；

在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压；

在所述本次PWM中断的时间内，计算所述内部实际温度相对微处理器本身的预设温度值的第一偏差、以及所述内部实际参考电压相对微处理器本身的预设电压值的第二偏差；

在所述本次PWM中断的时间内，若所述第一偏差和/或所述第二偏差超出偏差允许范围，则判断所述ADC采样模块失效；

在所述本次PWM中断的时间内，打开所述微处理器的全局中断，在所述上次PWM中断的时间内计算得到的采样时刻到达时，触发ADC中断，以使得所述ADC采样模块对所述电机定子线圈电流进行正常采集和转换。

2.如权利要求1所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，其特征在于，所述在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压的步骤包括以下步骤：

在本次PWM中断的时间内，关闭电机控制系统中微处理器的全局中断，以启动ADC采样模块的故障检测；

切换所述ADC采样模块中的特定采样引脚以连接所述微处理器中的内部温度传感器和内部参考电压；

打开所述ADC采样模块输出的ADC中断；

控制所述ADC采样模块采集所述内部温度传感器的数据、以及所述内部实际参考电压，并进行模/数转换处理；

在打开所述ADC中断后，延时预设一段时间以保证所述ADC采样模块转换完成，并获取所述内部实际温度和内部实际参考电压；

清零ADC转换结束中断标志，并禁止所述ADC中断。

3.如权利要求2所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，其特征在于，在所述在本次PWM中断的时间内，关闭电机控制系统中微处理器的全局中断的步骤之前或之后，还包括以下步骤：

设置所述预设一段时间、所述预设温度值、所述预设电压值、以及所述偏差允许范围。

4.如权利要求2所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，其特征在于，所述微处理器是TMS320F28x系列的微处理器。

5.如权利要求1所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测方法，其特征在于，所述PWM中断的频率为8KHz时，ADC采样故障检测的时间为12μs。

6.一种电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于在本次PWM中断的时间内，通过ADC采样模块获取电机控制系统中微处理器的内部实际温度和内部实际参考电压；

第一计算模块，用于在所述本次PWM中断的时间内，计算所述获取模块获取的所述内部实际温度相对微处理器本身的预设温度值的第一偏差、以及所述获取模块获取的所述内部实际参考电压相对微处理器本身的预设电压值的第二偏差；

判断模块，用于在所述本次PWM中断的时间内，若所述第一计算模块计算得到的所述第一偏差和/或第二偏差超出偏差允许范围，则判断所述ADC采样模块失效；

第二计算模块，用于在所述获取模块执行前，触发本次PWM中断，并根据所述本次PWM中断，利用所述ADC采样模块在上次PWM中断的时间内采集的电机定子线圈电流，计算所述ADC采样模块在下次PWM中断的时间内的采样时刻；

采样触发模块，用于在所述判断模块执行完毕后，在所述本次PWM中断的时间内，打开所述微处理器的全局中断，在所述上次PWM中断的时间内计算得到的采样时刻到达时，触发ADC中断，以使得所述ADC采样模块对所述电机定子线圈电流进行正常采集和转换。

7.如权利要求6所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统，其特征在于，所述获取模块包括：

第一中断设置子模块，用于在本次PWM中断的时间内，关闭电机控制系统中微处理器的全局中断，以启动ADC采样模块的故障检测；

切换控制子模块，用于在所述第一中断设置子模块执行完毕后，切换所述ADC采样模块中的特定采样引脚以连接微处理器中的内部温度传感器和内部参考电压；

第二中断设置子模块，用于打开所述ADC采样模块输出的ADC中断；

采样控制子模块，用于在所述第二中断设置子模块执行完毕后，控制所述ADC采样模块采集所述内部温度传感器的数据、以及所述内部实际参考电压，并进行模/数转换处理；

获取子模块，用于在所述第二中断设置子模块打开所述ADC中断后，延时预设一段时间以保证所述ADC采样模块转换完成，并获取所述内部实际温度和内部实际参考电压；

第三中断设置子模块，用于在所述获取子模块执行完毕后，清零ADC转换结束中断标志，并禁止所述ADC中断。

8.一种电机控制系统的微处理器，包括ADC采样模块，其特征在于，所述微处理器还包括连接所述ADC采样模块的故障检测系统，所述故障检测系统是如权利要求6或7所述的电机控制系统中微处理器的ADC采样故障检测系统。