CN110429897A - 电机过载检测的数据处理方法及装置 - Google Patents

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董文锋
侍启山
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Abstract

本申请公开了一种电机过载检测的数据处理方法及装置，通过包括：确定电机的散热功率；以及确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；获取所述电机当前的发热功率；根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。达到了相比于简单的最大电流和最大电流保持时间一刀切的判断方式，不容易出现漏判断，从而实现了即使只超过额定电流一点，但如果持续的时间足够长，也能够触发过载判断的技术效果，进而解决了通过电流大小进行判断易出现漏判断的技术问题。

Description

电机过载检测的数据处理方法及装置
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种电机过载检测的数据处理方法及装置。
背景技术
当机器人运行过程中，遇到撞墙或者卡住等情况时，由于电机过载会造成电机的永久性损坏，因此需要判断电机过载并做出相应保护控制，并且在适当的时候恢复电机控制。传统的判断方式为基于电流检测，思路为检测到电流高于某个阈值I_max并保持一段时间T后，判断为过载，如图3所示：
但此方法局限如下：
1.判断模型过于简单，如设定阈值为9A，当电机电流为8.9A时，无论保持多久，都无法触发过载判断条件，然而8.9A已经非常接近9A，持续一段时间后任然后导致电机烧毁；
2.阈值I_max和保持时间T难以设定，因为有两个参数需要调试且两个参数的选取并不独立，设置过高过低会导致不能触发或者误触发，给调试增加很大的困难：
3.容易受到干扰。当电流如图4所示时；虽然有短时间的低于I_max的时候，但判断过载算法会认为没有达到持续时间T因此没有触发过载。然而电机不会因为短时间的电流下降而不损毁，因此无法做到过载保护，虽然可以通过滤波算法削减这类影响，但会导致电流数据实时性下降，无法及时保护电机
针对相关技术中存在的一个或多个技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种电机过载检测的数据处理方法及装置，以解决相关技术中存在的至少一个技术问题。
为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，提供了一种电机过载检测的数据处理方法。
根据本申请的电机过载检测的数据处理方法包括：
确定电机的散热功率；以及
确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；
获取所述电机当前的发热功率；
根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。
进一步的，如前述的电机过载检测的数据处理方法，所述确定电机的散热功率，包括：
获取所述电机的电机内阻R；以及
确定所述电机的额定工作电流I0；
根据得到所述电机的散热功率P0。
进一步的，如前述的电机过载检测的数据处理方法，所述获取所述电机当前的发热功率，包括：
获取所述电机当前的工作电流；
根据所述当前工作电流以及电机内阻R得到所述电机的发热功率P(t)。
进一步的，如前述的电机过载检测的数据处理方法，所述根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载，包括：
通过下式确定各个时刻的发热功率P(t)与散热功率P0之间的差值P′(t)；
P′(t)＝P(t)-P0；
其中，在P′(t)＜0时，P′(t)＝0；
根据各个时刻的差值得到一时间段的增热Q(t)；
其中，Q(t)＝∑P′(t)；
判断所述时间段的增热Q(t)是否超过所述热量上限阈值，若超过，则判断所述电机为过载。
为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种电机过载检测的数据处理装置。
根据本申请的电机过载检测的数据处理装置包括：
散热功率确定单元，用于确定电机的散热功率；
热量上限确定单元，用于确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；
发热功率单元，用于获取所述电机当前的发热功率；
过载判断单元，用于根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。
进一步的，如前述的电机过载检测的数据处理装置，散热功率确定单元，包括：
内阻信息获取模块，用于获取所述电机的电机内阻R；以及
额定工作电流信息获取模块，用于确定所述电机的额定工作电流I0；
散热功率确定模块，用于根据得到所述电机的散热功率P0。
进一步的，如前述的电机过载检测的数据处理装置，所述发热功率单元，包括：
工作电流获取模块，用于获取所述电机当前的工作电流；
发热功率模块，用于根据所述当前工作电流以及电机内阻R得到所述电机的发热功率P(t)。
进一步的，如前述的电机过载检测的数据处理装置，所述过载判断单元，包括：
差值确定模块，用于通过下式确定各个时刻的发热功率P(t)与散热功率P0之间的差值P′(t)；
P′(t)＝P(t)-P0；
其中，在P′(t)＜0时，P′(t)＝0；
增热确定模块，用于根据各个时刻的差值得到一时间段的增热Q(t)；
其中，Q(t)＝∑P′(t)；
判断所述时间段的增热Q(t)是否超过所述热量上限阈值，若超过，则判断所述电机为过载。
为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备。
根据本申请的电子设备包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，
所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述第一方面中任一项所述的电机过载检测的数据处理方法。
为了实现上述目的，根据本申请的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质。
根据本申请的非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述第一方面中任一项所述的电机过载检测的数据处理方法。
在本申请实施例中，采用一种电机过载检测的数据处理方法及装置的方式，通过包括：确定电机的散热功率；以及确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；获取所述电机当前的发热功率；根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。达到了相比于简单的最大电流和最大电流保持时间一刀切的判断方式，不容易出现漏判断，从而实现了即使只超过额定电流一点，但如果持续的时间足够长，也能够触发过载判断的技术效果，进而解决了通过电流大小进行判断易出现漏判断的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请一种实施例的电机过载检测的数据处理方法的方法流程示意图；
图2是根据本申请一种实施例的电机过载检测的数据处理装置的功能模块结构示意图；
图3是背景技术中一种情况下的电流随时间变化示意图；
图4是背景技术中又一种情况下的电流随时间变化示意图；
图5是根据本申请一种实施例的发热量随电流及时间变化示意图；
图6是根据本申请又一种实施例的发热量随电流及时间变化示意图；
图7是根据本申请再一种实施例的发热量随电流及时间变化示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
根据本申请的一个实施例，提供了一种电机过载检测的数据处理方法。如图1所示，该方法包括如下的步骤S1至步骤S4：
S1.确定电机的散热功率；
一般的，电机在正常运行下不会出现过热的情况，因此，可以将所述电机的散热功率定义为正常运行时的发热功率；
S2.确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；
具体的，所述热量上限阈值为所述电机在电流过大导致发热失衡下的某一时间段的累计产生并不能及时散发的热量，并且长时间在该热量上限阈值的情况下运行之后会导致电机损毁；此外，不同的电机由于额定功率，散热组件的不同，所述热量上限阈值也各不相同；可以根据具体型号进行设定；
S3.获取所述电机当前的发热功率；
也就是说，实时获取监测电机的发热功率，可以通过获取电机接受的电压、电流以及电机内阻等因素进行计算，一般的，由于电机的电机内阻一般保持不变，因此优选的通过所述电机内阻以及电流或电压其中之一得到所述发热功率；
S4.根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载；
具体的，可以根据所述发热功率和散热功率进行累加判断在某一时间段内是否产生了高于所述热量上限阈值的热能，或者根据所述发热功率与散热功率的差值得到在非正常运行状态下是否产生了超过所述热量上线阈值的热量。
在一些实施例中，如前述的电机过载检测的数据处理方法，所述确定电机的散热功率，包括：
获取所述电机的电机内阻R；以及
确定所述电机的额定工作电流I0；
根据得到所述电机的散热功率P0。
根据功率公式P＝I2R，R为电机内阻，此功率只产生热量，因此可计算出电机在每个电流采样点的发热功率P(t)。电机一般都会有额定电流I0，在此电流下电机可以长期工作不产生显著温升，因此可以定义电机的散热能力P0为额定电流产生的发热功率，即
在一些实施例中，如前述的电机过载检测的数据处理方法，所述获取所述电机当前的发热功率，包括：
获取所述电机当前的工作电流；具体的，由于加载在电机上的电压一般也是恒定的，因此，
根据所述当前工作电流以及电机内阻R得到所述电机的发热功率P(t)。
在一些实施例中，如前述的电机过载检测的数据处理方法，所述根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载，包括：
通过下式确定各个时刻的发热功率P(t)与散热功率P0之间的差值P′(t)；
P′(t)＝P(t)-P0；
其中，在P′(t)＜0时，P′(t)＝0；具体的，对于发热量，由于是离散系统，因此可以把每个时刻的发热功率减去散热能力，得到累积的不能及时散发的热量；
根据各个时刻的差值得到一时间段的增热Q(t)；
其中，Q(t)＝∑P′(t)；
判断所述时间段的增热Q(t)是否超过所述热量上限阈值，若超过，则判断所述电机为过载。具体的，通过增量式计算可以简化计算量，更便于进行计算。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
此算法的优点有以下三点：
1.基于发热模型，模拟电机温度过高导致损毁的实际情况，相比于简单的最大电流和最大电流保持时间一刀切的判断方式，不容易出现漏判断。即使如图5及图6所示情况下，只超过额定电流一点，但如果持续的时间足够长，也能够触发过载判断，这是符合客观事实的。
2.算法参数调整只有一个热量上限值Q_max，相比电流判断法的两个参数需要调整，调试过程简单很多。
3.不易受到干扰，如图7所示，虽然有短时间的低于I_max的时候，但因为热量值是个累加值，判断过载算法会不会受干扰，不会造成漏判。
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述电机过载检测的数据处理方法的电机过载检测的数据处理装置，如图2所示，该装置包括：
散热功率确定单元1，用于确定电机的散热功率；
热量上限确定单元2，用于确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；
发热功率单元3，用于获取所述电机当前的发热功率；
过载判断单元4，用于根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。
具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，如前述的电机过载检测的数据处理装置，散热功率确定单元，包括：
内阻信息获取模块，用于获取所述电机的电机内阻R；以及
额定工作电流信息获取模块，用于确定所述电机的额定工作电流I0；
散热功率确定模块，用于根据得到所述电机的散热功率P0。
具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，如前述的电机过载检测的数据处理装置，所述发热功率单元，包括：
工作电流获取模块，用于获取所述电机当前的工作电流；
发热功率模块，用于根据所述当前工作电流以及电机内阻R得到所述电机的发热功率P(t)。
具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，如前述的电机过载检测的数据处理装置，所述过载判断单元，包括：
差值确定模块，用于通过下式确定各个时刻的发热功率P(t)与散热功率P0之间的差值P′(t)；
P′(t)＝P(t)-P0；
其中，在P′(t)＜0时，P′(t)＝0；
增热确定模块，用于根据各个时刻的差值得到一时间段的增热Q(t)；
其中，Q(t)＝∑P′(t)；
判断所述时间段的增热Q(t)是否超过所述热量上限阈值，若超过，则判断所述电机为过载。
具体的，本发明实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备。
根据本申请的电子设备包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，
所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述第一方面中任一项所述的电机过载检测的数据处理方法。
为了实现上述目的，根据本申请的第四方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质。
根据本申请的非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述第一方面中任一项所述的电机过载检测的数据处理方法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机过载检测的数据处理方法，其特征在于，包括：
确定电机的散热功率；以及
确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；
获取所述电机当前的发热功率；
根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。
2.根据权利要求1所述的电机过载检测的数据处理方法，其特征在于，所述确定电机的散热功率，包括：
获取所述电机的电机内阻R；以及
确定所述电机的额定工作电流I0；
根据得到所述电机的散热功率P0。
3.根据权利要求2所述的电机过载检测的数据处理方法，其特征在于，所述获取所述电机当前的发热功率，包括：
获取所述电机当前的工作电流；
根据所述当前工作电流以及电机内阻R得到所述电机的发热功率P(t)。
4.根据权利要求1所述的电机过载检测的数据处理方法，其特征在于，所述根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载，包括：
通过下式确定各个时刻的发热功率P(t)与散热功率P0之间的差值P′(t)；
P′(t)＝P(t)-P0；
其中，在P′(t)＜0时，P′(t)＝0；
根据各个时刻的差值得到一时间段的增热Q(t)；
其中，Q(t)＝∑P′(t)；
判断所述时间段的增热Q(t)是否超过所述热量上限阈值，若超过，则判断所述电机为过载。
5.一种电机过载检测的数据处理装置，其特征在于，包括：
散热功率确定单元，用于确定电机的散热功率；
热量上限确定单元，用于确定所述电机的热量上限阈值；其中，所述热量上限阈值为用于判断所述电机是否过载的阈值；
发热功率单元，用于获取所述电机当前的发热功率；
过载判断单元，用于根据所述发热功率、散热功率以及热量上限阈值判断所述电机是否过载。
6.根据权利要求5所述的电机过载检测的数据处理装置，其特征在于，散热功率确定单元，包括：
内阻信息获取模块，用于获取所述电机的电机内阻R；以及
额定工作电流信息获取模块，用于确定所述电机的额定工作电流I0；
散热功率确定模块，用于根据得到所述电机的散热功率P0。
7.根据权利要求6所述的电机过载检测的数据处理装置，其特征在于，所述发热功率单元，包括：
工作电流获取模块，用于获取所述电机当前的工作电流；
发热功率模块，用于根据所述当前工作电流以及电机内阻R得到所述电机的发热功率P(t)。
8.根据权利要求5所述的电机过载检测的数据处理装置，其特征在于，所述过载判断单元，包括：
差值确定模块，用于通过下式确定各个时刻的发热功率P(t)与散热功率P0之间的差值P′(t)；
P′(t)＝P(t)-P0；
其中，在P′(t)＜0时，P′(t)＝0；
增热确定模块，用于根据各个时刻的差值得到一时间段的增热Q(t)；
其中，Q(t)＝∑P′(t)；
判断所述时间段的增热Q(t)是否超过所述热量上限阈值，若超过，则判断所述电机为过载。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
以及与所述处理器连接的至少一个存储器、总线；其中，
所述处理器、存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行权利要求1至权利要求4中任一项所述的电机过载检测的数据处理方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至权利要求4中任一项所述的电机过载检测的数据处理方法。
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