CN110531736A - 一种大功率电机控制器故障监控电路及其方法 - Google Patents

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赵璐
何砚高
万宏舸
张富程
杨光
任少盟
申亨博
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols

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Abstract

本发明属于电机控制与监控领域,公开了一种大功率电机控制器故障监控电路及其方法。该电路包括声音采集模块；A/D转换模块；处理核心模块；数据收发模块，其中，所述声音采集模块的输入端接收声音信号；所述声音采集模块的输出端连接至所述A/D转换模块的输入端；所述A/D转换模块的输出端连接至所述处理核心模块的第一输入端；所述处理核心模块的第一输出端连接至所述数据收发模块的第一输入端；所述数据收发模块的第二输入端接收上位机发送的数据；所述数据收发模块的第一输出端连接至所述处理核心模块的第二输入端；所述数据收发模块的第二输出端向上位机发送数据。

Description

一种大功率电机控制器故障监控电路及其方法
技术领域
本发明属于电机控制与监控技术,涉及一种大功率电机控制器故障监控电路及其方法。
背景技术
随着电机功率需求的提高，电机控制器的电压和电流越来越高，故障更易发生，由此产生了对于控制器状态的监控需求。目前的控制器只对自身的信号进行自监控，而对于一些潜在的，还未对控制器功能造成影响的隐患无法进行有效监控。若工作人员在现场，可通过“听音”的方法及时发现一些隐患，及时停止控制器运行。若工作人员离开现场，则难以进行有效监控，因此迫切需要一种能够自动判断一些故障前兆的方法
发明内容
发明目的：
提出一种大功率控制器通过自动判断异常声音，从而进行潜在故障监控的方法。
技术方案：
第一方面，提供了一种大功率电机控制器故障监控电路，其特征在于，包括：
声音采集模块；
A/D转换模块；
处理核心模块；
数据收发模块，
其中，所述声音采集模块的输入端接收声音信号；所述声音采集模块的输出端连接至所述A/D转换模块的输入端；
所述A/D转换模块的输出端连接至所述处理核心模块的第一输入端；
所述处理核心模块的第一输出端连接至所述数据收发模块的第一输入端；
所述数据收发模块的第二输入端接收上位机发送的数据；
所述数据收发模块的第一输出端连接至所述处理核心模块的第二输入端；
所述数据收发模块的第二输出端向上位机发送数据。
可选地，还包括数据存储模块，所述数据存储模块的输入端连接至所述处理核心模块的第二输出端。
第二方面，提供了一种大功率电机控制器故障监控方法，其特征在于，包括：
采集所述控制器内部的声音信号；
计算所采集的声音信号的特征值；
将所述特征值与门限进行比较并且得出比较结果；
若所述特征值连续N次超过所述门限，则报警并将所述特征值和所述比较结果发送给上位机，其中N为正整数。
可选地，所述方法还包括存储所述特征值。
可选地，采集所述控制器内部的声音信号是指按照预定的周期采集所述控制器内部的声音信号。
可选地，所述特征值包括短时能量、短时过零率和梅尔倒谱系数。
可选地，所述N为3。
可选地，所述门限由上位机设置。
有益效果：
本发明通过声音检测的方法对大功率电机控制器内部一些潜在的隐患进行监控，能够提高大功率电机控制器的安全性及使用寿命。既可以单独做成一个产品，也可以集成于控制器电路中，并且也通过上位机设置声音特征值和灵敏度系数等参数，使用灵活、方便。
附图说明
图1为本发明方法的硬件电路组成示意图。
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面的结合附图对本发明进行进一步详细的说明。
一种基于声音识别的大功率电机控制器故障监控方法，包含硬件和软件两部分。
1、硬件包含声音采集模块1、A/D转换模块2、处理核心模块3、数据收发模块4、数据存储模块5和供电模块6。
其中，声音采集模块1为信号来源，完成声音信号到模拟电信号的转换及去噪，由声音传感器及其外围电路组成；A/D转换模块2完成模拟信号到数字信号的转换，由外置的ADC芯片和缓冲器等组成；处理核心模块3完成A/D转换模块2的控制、声音信号的特征提取算法实现以及自我学习，由DSP及其最小系统组成，包含了时钟电路、复位电路、JTAG接口等；数据收发模块4完成上位机设置值的接收和故障状态的上传，由串口驱动器组成；数据存储模块5完成特征值及阈值范围设置值的存储，由非易失性存储器组成；供电模块6完成整个电路所需的5V、3.3V、1.9V等供电电源的生成，由模块电源组成。
2、软件完成声音信号特征值的解算、自我学习功能，以及整个系统的控制。
软件首先控制ADC，按一定的采样率将声音信号数字化。同时添加Hamming窗函数，将信号截断为一条条长度为1024的帧，帧移取512。Hamming窗可使信号短时谱更加平滑。然后软件对各帧数据进行特征值的计算，特征值选择短时能量、短时过零率和梅尔倒谱系数三种。其中，短时能量反映声音的响度特征，短时过零率和梅尔倒谱系数反映声音的频率特征。为了实现较好的检测效果，本方案将这3种特征值进行综合分析，由多重门限进行判断。
声音特征值阈值取Aver±k.σ，其中Aver为平均值，σ为标准差，k为灵敏度系数(默认为3，可由上位机设置)。为防止极短的噪声干扰引起误报，软件在连续3帧数据均超门限时，才判定异常声音出现，此时由数据发送模块立即上传状态。
此外，软件还将各特征值划分为多段区间，在长期的判定过程中存储各区间数据出现次数，通过数据积累实现多个正常声音特征(平均值Aver)的自我完善。可由上位机通过数据收发模块4设置声音特征值(平均值Aver)和灵敏度系数(k)。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种大功率电机控制器故障监控电路，其特征在于，包括：
声音采集模块；
A/D转换模块；
处理核心模块；
数据收发模块，
其中，所述声音采集模块的输入端接收声音信号；所述声音采集模块的输出端连接至所述A/D转换模块的输入端；
所述A/D转换模块的输出端连接至所述处理核心模块的第一输入端；
所述处理核心模块的第一输出端连接至所述数据收发模块的第一输入端；
所述数据收发模块的第二输入端接收上位机发送的数据；
所述数据收发模块的第一输出端连接至所述处理核心模块的第二输入端；
所述数据收发模块的第二输出端向上位机发送数据。
2.根据权利要求1所述的大功率电机控制器故障监控电路，其特征在于，还包括数据存储模块，所述数据存储模块的输入端连接至所述处理核心模块的第二输出端。
3.一种大功率电机控制器故障监控方法，其特征在于，包括：
采集所述控制器内部的声音信号；
计算所采集的声音信号的特征值；
将所述特征值与门限进行比较并且得出比较结果；
若所述特征值连续N次超过所述门限，则报警并将所述特征值和所述比较结果发送给上位机，其中N为正整数。
4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于，所述方法还包括存储所述特征值。
5.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于，所述采集所述控制器内部的声音信号，具体包括：
指按照预定的周期采集所述控制器内部的声音信号。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的监控方法，其特征在于，所述特征值包括短时能量、短时过零率和梅尔倒谱系数。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的监控方法，其特征在于，所述N为3。
8.根据权利要求3至5中任一项所述的监控方法，其特征在于，所述门限由上位机设置。
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