CN105905307B - 无人机及无人机的电机控制系统和电机故障检测方法 - Google Patents

无人机及无人机的电机控制系统和电机故障检测方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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
本发明涉及无人机技术领域，特别涉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
目前，应用在无人机上的电机大多是三相无刷直流电机，需要电子调速器进行控制，电子调速器一般采用六拍式方波的方式来控制。
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，另外，该方法也无法检测出电机的三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
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。
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，通过计算的电机的三相电阻阻值和三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。
本发明的第二个目的在于提出一种无人机。
本发明的第三个目的在于提出一种无人机的电机故障检测方法。
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：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。
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，以及基于三相全桥电路依次输出的三次检测电压相应获取电流检测单元检测的三次电流，并根据电流检测单元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。因此，该系统能够在无人机每次起飞时，通过计算的电机的三相电阻阻值和三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。
根据本发明的一个实施例，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(Pulse WidthModulation，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PWM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PWM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。
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。
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三相电压。
根据本发明的一个实施例，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。
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，还通过控制所述三相全桥电路输出预设电压以使所述电机发出报警声。
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。
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。
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，通过计算的电机的三相电阻阻值和三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。
为实现上述目的，本发明第三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。
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，以及基于三相全桥电路依次输出的三次检测电压相应获取三相全桥电路的三次电流，然后，根据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，并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。因此，该方法能够在无人机每次起飞时，通过计算的电机的三相电阻阻值和三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。
根据本发明的一个实施例，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PWM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PWM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。
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。
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。
根据本发明的一个实施例，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。
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，还通过控制所述三相全桥电路输出预设电压以使所述电机发出报警声。
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
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；以及
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
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。
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。
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。
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。
其中，电子调速器20与飞行控制器10相连，电子调速器20包括三相全桥电路21、驱动单元22、电流检测单元23和控制单元24，三相全桥电路21的输出端与电机相连，三相全桥电路21包括开关管，驱动单元22用于驱动三相全桥电路21中的开关管，电流检测单元23用于检测三相全桥电路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驱动三相全桥电路21以对电机依次输出三次检测电压，以及基于三相全桥电路21依次输出的三次检测电压相应获取电流检测单元23检测的三次电流，并根据电流检测单元23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。其中，开关管可以为MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、晶闸管等。
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(PulsePosition 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驱动三相全桥电路21依次输出三次电压至电机，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三相电压计算电机的三相电阻阻值，并计算三相电阻阻值的平均值，最后根据三相电阻阻值和三相电阻阻值的平均值判断电机是否发生异常故障。
由于电子调速器能够准确计算出电机的三相电阻阻值，因而能够准确判断出电机的三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三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，因而可以保证每次飞行的启动故障保护。
进一步地，根据本发明的一个实施例，如图1所示，三相全桥电路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Q11进行PWM控制、控制第二相桥臂的下桥开关管Q22处于常开通状态以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、第三相桥臂的上桥开关管Q31和第三相桥臂的下桥开关管Q32处于关断状态，以使三相全桥电路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以获取第一次电流；控制单元24通过对第一相桥臂的上桥开关管Q11进行PWM控制、控制第三相桥臂的下桥开关管Q32处于常开通状态以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和第三相桥臂的上桥开关管Q31处于关断状态，以使三相全桥电路21对电机输出第二次检测电压，同时通过电流检测单元23检测第三相桥臂的电流以获取第二次电流；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、控制第三相桥臂的下桥开关管Q32处于常开通状态以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和第三相桥臂的上桥开关管Q31处于关断状态，以使三相全桥电路21对电机输出第三次检测电压，同时通过电流检测单元23检测第三相桥臂的电流以获取第三次电流。
如图1所示，电流检测单元21可包括第一采样电阻R1、第二采样电阻R2和第三采样电阻R3，第一采样电阻R1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，第三采样电阻R3连接在第三相桥臂的下桥开关管Q32与地之间。
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Q11进行PWM控制，并控制开关管Q22处于常开状态，以及控制其他开关管处于关断状态，以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I1；然后，控制单元24对开关管Q11进行PWM控制，并控制开关管Q32处于常开状态，以及控制其他开关管处于关断状态，以对电机输出第二次检测电压Uac，同时通过第三采样电阻R3进行电流采样，经放大和模数转换后获得第二次电流I2；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，以及控制其他开关管处于关断状态，以对电机输出第三次检测电压Ubc，同时通过第三采样电阻R3进行电流采样，经放大和模数转换后获得第三次电流I3。其中，PWM信号的占空比可由电流环PI(ProportionalIntegral，比例积分)控制，电流环的给定可为电机额定电流的0.5倍。
通过上述三次动作可以得到如下公式：
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C相电阻阻值，Uab为第一次检测电压，Uac为第二次检测电压，Ubc为第三次检测电压，I1为第一次电流，I2为第二次电流，I3为第三次电流。
需要说明的是，第一次检测电压Uab、第二次检测电压Uac和第三次检测电压Ubc是电机的直流母线电压乘以PWM信号的占空比获得，其中，直流母线电压可以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三相电压。
通过对上述公式(1)进行计算，可得到电机的三相电阻阻值以及电机的三相电阻的平均阻值，如下述公式(2)所示：
其中，Ravg为三相电阻的平均阻值。
需要说明的是，在本发明的实施例中，可以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。
根据本发明的一个实施例，控制单元24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时，其中，如果三相电阻阻值中任意一相电阻阻值与三相电阻的平均阻值之间的差值大于预设值，控制单元24则判断电机发生三相电阻不平衡故障。
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Rb以及C相电阻阻值Rc中有一相电阻阻值超过平均阻值Ravg一定值，例如，超过平均阻值的20％时，则认为电机的三相电阻不平衡，可能是电机的接头出现接触不良或者电机出现缺相等。
进一步地，由于电机处于静止状态，而电机的三相电阻阻值是mΩ级别，因此当PWM信号的占空比超过50％时，如果电机的三相电阻不平衡，则认为电机出现缺相故障。
在实际应用中，通过电流闭环控制，可以快速完成电机的自检动作，并可以实现在每次起降动作时都可以进行电机的启动检测。
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，还通过控制三相全桥电路21输出预设电压以使电机发出报警声。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信号至三相全桥电路21以使电机发出滴滴的报警声，以提醒用户采取相应措施。
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三次电压，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三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值，以根据三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值准确判断出电机是否发生异常故障，从而可以有效减少由于电机异常导致的起飞炸机事故。
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。
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，以使飞行控制器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。
另外，控制单元24还可以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、温度等，从而形成无人机的整个闭环控制，飞行控制器10可以根据相关参数判断是否需要继续起飞，例如，当电机的温度过高时，可以控制无人机暂时不起飞，从而进一步提高飞行安全。
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，以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。
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。
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三相全桥电路，驱动单元用于驱动三相全桥电路中的开关管，三相全桥电路的输出端与电机相连。
如图2所示，无人机的电机故障检测方法包括以下步骤：
S1，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，以及基于三相全桥电路依次输出的三次检测电压相应获取三相全桥电路的三次电流。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，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第一相桥臂的下桥开关管、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，以使三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以获取第一次电流；通过对第一相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第三相桥臂的下桥开关管处于常开通状态以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三相桥臂的上桥开关管处于关断状态，以使三相全桥电路对电机输出第二次检测电压，同时检测第三相桥臂的电流以获取第二次电流；通过对第二相桥臂的上桥开关管进行PWM控制、控制第三相桥臂的下桥开关管处于常开通状态以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三相桥臂的上桥开关管处于关断状态，以使三相全桥电路对电机输出第三次检测电压，同时检测第三相桥臂的电流以获取第三次电流。
根据本发明的一个实施例，可通过第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻获取三相全桥电路的三次电流，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，第三采样电阻连接在第三相桥臂的下桥开关管与地之间。
需要说明的是，在本发明的实施例中，也可以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。
S2，根据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。
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)到电子调速器。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Q11进行PWM控制，并控制开关管Q22处于常开状态，以及控制其他开关管处于关断状态，以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I1；然后，电子调速器对开关管Q11进行PWM控制，并控制开关管Q32处于常开状态，以及控制其他开关管处于关断状态，以对电机输出第二次检测电压Uac，同时通过第三采样电阻R3进行电流采样，经放大和模数转换后获得第二次电流I2；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，以及控制其他开关管处于关断状态，以对电机输出第三次检测电压Ubc，同时通过第三采样电阻R3进行电流采样，经放大和模数转换后获得第三次电流I3。
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和第三次检测电压Ubc是电机的直流母线电压乘以PWM信号的占空比获得，其中，直流母线电压可以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三相电压。
通过上述三次动作可以得到上述公式(1)，然后对上述公式(1)进行计算，可得到电机的三相电阻阻值以及电机的三相电阻的平均阻值，如上述公式(2)所示。
S3，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。
根据本发明的一个实施例，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，包括：如果三相电阻阻值中任意一相电阻阻值与三相电阻的平均阻值之间的差值大于预设值，则判断电机发生三相电阻不平衡故障。
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Rb以及C相电阻阻值Rc中有一相电阻阻值超过平均阻值Ravg一定值，例如，超过平均阻值的20％时，则认为电机的三相电阻不平衡，可能是电机的接头出现接触不良或者电机出现缺相等。
进一步地，由于电机处于静止状态，而电机的三相电阻阻值是mΩ级别，因此当PWM信号的占空比超过50％时，如果电机的三相电阻不平衡，则认为电机出现缺相故障。
在实际应用中，通过电流闭环控制，可以快速完成电机的自检动作，并可以实现在每次起降动作时都可以进行电机的启动检测。
根据本发明的一个实施例，在判断电机发生异常故障后，还通过控制三相全桥电路输出预设电压以使电机发出报警声。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信号至三相全桥电路以使电机发出滴滴的报警声，以提醒用户采取相应措施。
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三次电压，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三相电阻阻值和三相电阻的平均阻值。由于电子调速器能够准确计算出电机的三相电阻阻值，因而能够准确判断出电机的三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三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，因而可以保证每次飞行的启动故障保护。
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示。
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，以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。
另外，电子调速器还可以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、温度等，从而形成无人机的整个闭环控制，飞行控制器可以根据相关参数判断是否需要继续起飞，例如，当电机的温度过高时，可以控制无人机暂时不起飞，从而进一步提高飞行安全。
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，以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。
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。
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，通过计算的电机的三相电阻阻值和三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。
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”的特征可以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，三个等，除非另有明确具体的限定。
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，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，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以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

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PWM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PWM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。
8.一种无人机，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PWM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PWM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10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。
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