CN110794303B - 电机空载检测方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

电机空载检测方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机空载检测方法、系统、设备及存储介质。本发明通过获取电机的输入功率;获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;获取交轴电压;根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。其中,根据对现有电机FOC控制电路中采集到的电流、电压、芯片内部估算出的转速及控制中获得的参数之间的潜在关系检测电机是否空载,比通过添加外部硬件检测空载的方式成本更低,并且提高了安全性能和可靠性能。

Description

电机空载检测方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域,尤其涉及一种电机空载检测方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
直流电机是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机,能实现直流电能和机械能互相转换,广泛应用于电动车、水泵、料理机等各种电器设备中。当电器设备处于空载状态时,如果直流电机一直输出使电器设备继续运行,则容易导致安全事故。
目前市面上电器设备的常用空载检测方法一般通过添加外部硬件检测的方式来实现,这样不仅会带来一定的成本,同时还会有硬件老化或损坏时误触发等安全隐患。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电机空载检测方法、系统、设备及存储介质,旨在解决现有技术中电机空载检测成本高且存在安全隐患的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供一电机空载检测方法,所述方法包括以下步骤:
获取电机的输入功率;
获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
获取交轴电压;
根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。
优选地,所述根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载的步骤,包括:
分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值;
判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值;
若是,判定所述电机空载。
优选地,所述判定所述电机空载的步骤之后,所述方法还包括:
向所述电机发送停止运行指令,以使所述电机停止运行。
优选地,所述根据所述相电流基于FOC算法计算转速的步骤,包括:
将所述相电流进行FOC算法中的克拉克变换,获得第一电流及第二电流;
将所述第一电流及第二电流进行FOC算法中的帕克变换,获得第三电流及第四电流;
分别计算预设参考电流与所述第三电流及所述第四电流的电流差;
根据所述电流差对应获得第一电压及第二电压;
将所述第一电压值及所述第二电压值进行FOC算法中的逆帕克变换,对应获得第三电压及第四电压;
根据所述第一电流、所述第二电流、所述第三电压及所述第四电压计算所述电机的角度值;
根据所述角度值计算转速。
优选地,根据所述角度值通过下式计算转速,
Figure BDA0002255550880000021
其中,n为角度值的个数;Kspeed为速度放大因子,θi为第i个角度值。
优选地,所述获取交轴电压的步骤包括:
将所述第一电压或所述第二电压作为交轴电压;
或,
获取预设交轴电压,将所述预设交轴电压作为交轴电压。
优选地,所述获取电机的输入功率的步骤,包括:
获取母线电流和电池供电电压;
根据所述母线电流和所述电池供电电压计算电机的输入功率。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种电机空载检测系统,所述电机空载检测系统包括:
功率获取模块,用于获取电机的输入功率;
转速获取,用于获取所述电机的相电流,根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
交轴电压获取模块,用于获取交轴电压;
空载判断模块,用于根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压判断所述电机是否空载。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种电机空载检测设备,所述电机空载检测设备包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电机空载检测程序,所述电机空载检测程序配置为实现所述的电机空载检测方法的步骤。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种存储介质,所述存储介质上存储有电机空载检测程序,所述电机空载检测程序被处理器执行时实现所述的电机空载检测方法的步骤。
本发明通过获取电机的输入功率;获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;获取交轴电压;根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。其中,根据对现有电机FOC控制电路中采集到的电流、电压、芯片内部估算出的转速及控制中获得的参数之间的潜在关系检测电机是否空载。比通过添加外部硬件检测空载的方式成本更低,并且提高了安全性能和可靠性能。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的电机空载检测设备结构示意图;
图2为本发明电机空载检测方法第一实施例的流程示意图;
图3为现有电机FOC控制电路结构示意图;
图4为本发明电机空载检测方法第二实施例的流程示意图;
图5为本发明电机空载检测系统第一实施例的功能模块图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
参照图1,图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的电机空载检测设备结构示意图。
如图1所示,该电机空载检测设备可以包括:处理器1001,例如CPU,通信总线1002、用户接口1003,网络接口1004,存储器1005。其中,通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard),可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器,也可以是稳定的存储器(non-volatile memory),例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解,图1中示出的结构并不构成对电机空载检测设备的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
如图1所示,作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及电机空载检测程序。
在图1所示的电机空载检测设备中,网络接口1004主要用于与外部网络进行数据通信;用户接口1003主要用于接收用户的输入指令;所述电机空载检测设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的电机空载检测程序,并执行以下操作:
获取电机的输入功率;
获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
获取交轴电压;
根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。
进一步地,处理器1001可以调用存储器1005中存储的电机空载检测程序,还执行以下操作:
分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值;
判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值;
若是,判定所述电机空载。
进一步地,处理器1001可以调用存储器1005中存储的电机空载检测程序,还执行以下操作:
向所述电机发送停止运行指令,以使所述电机停止运行。
进一步地,处理器1001可以调用存储器1005中存储的电机空载检测程序,还执行以下操作:
将所述相电流进行FOC算法中的克拉克变换,获得第一电流及第二电流;
将所述第一电流及第二电流进行FOC算法中的帕克变换,获得第三电流及第四电流;
分别计算预设参考电流与所述第三电流及所述第四电流的电流差;
根据所述电流差对应获得第一电压及第二电压;
将所述第一电压及所述第二电压进行FOC算法中的逆帕克变换,对应获得第三电压及第四电压;
根据所述第一电流、所述第二电流、所述第三电压及所述第四电压计算所述电机的角度值;
根据所述角度值计算转速。
进一步地,处理器1001可以调用存储器1005中存储的电机空载检测程序,还执行以下操作:
将所述第一电压或所述第二电压作为交轴电压;
或,
获取预设交轴电压,将所述预设交轴电压作为交轴电压。
进一步地,处理器1001可以调用存储器1005中存储的电机空载检测程序,还执行以下操作:
获取母线电流和电池供电电压;
根据所述母线电流和所述电池供电电压计算电机的输入功率。
本实施例通过获取电机的输入功率;获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;获取交轴电压;根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。其中,根据对现有电机FOC控制电路中采集到的电流、电压、芯片内部估算出的转速及控制中获得的参数之间的潜在关系检测电机是否空载。比通过添加外部硬件检测空载的方式成本更低,并且提高了安全性能和可靠性能。
基于上述硬件结构,提出本发明电机空载检测方法实施例。
参照图2,图2为本发明电机空载检测方法第一实施例的流程示意图。
在第一实施例中,所述电机空载检测方法包括以下步骤:
S10:获取电机的输入功率;
需要说明的是,所述电机可以是电动车的电机、水泵的电机、料理机等家用电器的电机,进一步地,可以为直流无刷电机和永磁同步电机。相应地,对电机进行空载检测,可以是对电动车的电机的载人检测、水泵的电机载水检测、料理机的物料检测等,本实施例对此不加以限制。
可以理解的是,输入功率指输入至电机的功率,在具体实现中,可以获取母线电流和电池供电电压,根据所述母线电流和所述电池供电电压计算电机的输入功率。
S20:获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
请一并参照图3,图3为现有的FOC控制电路,当电机启动后,采集电机运行时的相电流Ia、Ib,该相电流经FOC算法中的Clark(克拉克)变换转换为第一电流Iα及第二电流Iβ,再经FOC算法中的Park(帕克)变换转换为d(直)、q(交)轴垂直坐标轴的第三电流Iq及第四电流Id,其中,第一电流Iα及第二电流Iβ发送至位置估算电路,第三电流Iq及第四电流Id分别发送至PI控制器,PI控制器分别根据预设参考电流(d轴参考电流Idref、q轴参考电流Iqref)和反馈电流(d轴反馈电流Id,q轴反馈电流Iq),通过PI算法对d轴和q轴电流进行控制,得到Id和Iq对应的Ud和Uq,再经FOC算法中的逆帕克变换把d、q垂直坐标轴的Ud和Uq变换成α、β垂直旋转坐标轴的第三电压Uα和第四电压Uβ,位置估算电路根据第三电压Uα、第四电压Uβ、第一电流Iα及第二电流Iβ估算电机的角度值,根据角度值计算转速。
具体地,转速可以通过角度值来计算,将n次采样的每相邻的两个转子角度值的误差进行累加,然后乘以一个速度放大因子,即可得到转速。计算方式如下公式一:
Figure BDA0002255550880000071
其中,n为角度值的个数;Kspeed为速度放大因子,θi为第i个角度值。
S30:获取交轴电压;
本实施例中,交轴电压可以由控制器直接给定,也可以基于FOC原理计算获得,本实施例对此不加以限制。具体地,可以将第一电压或第二电压作为交轴电压,即通过控制器给定的预设参考电流Iqref和采样相电流计算出的交轴电流的差值作为电流环(PI控制器)的输入,通过电流环计算出交轴电压Uq;交轴电压当然也可以通过其他环路控制得到,如速度环、功率环等;或者,直接由控制器给定预设交轴电压,将预设交轴电压作为交轴电压。
S40:根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。
需要说明的是,由于在相同的转速下,电机在空载时输入功率会明显小于带载时的输入功率,空载时交轴电压也明显小于带载时的交轴电压,因此可以根据输入功率、转速及交轴电压检测电机是否空载。
应理解的是,本实施例检测方法可以识别出电机运行状态是否为空载状态,可以适用于电机在任意应用场景下的空载检测。如车类的载人检测,可以避免驾驶者在推行车时误触油门或者在行驶时突然跳车带来的不安全因素;如水泵的空载保护,可以避免水泵在空载状态下的长时间运行对结构的磨损;如料理机的空载保护,可以避免料理机在空载状态下运行带来的不安全因素。
本实施例通过获取电机的输入功率;获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;获取交轴电压;根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载。其中,根据对现有电机FOC控制电路中采集到的电流、电压、芯片内部估算出的转速及控制中获得的参数之间的潜在关系检测电机是否空载,比通过添加外部硬件检测空载的方式成本更低,并且提高了安全性能和可靠性能。
进一步地,如图4所示,基于第一实施例提出本发明电机空载检测方法第二实施例,在本实施例中,步骤S40根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载具体包括:
S41:分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值;
应当理解的是,由直流母线电流与电池供电电压乘积即可获得输入功率P,通过公式二计算第一比值K1:
Figure BDA0002255550880000081
通过公式三计算第二比值K2:
Figure BDA0002255550880000082
S42:判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值;
S43:若是,判定所述电机空载。
具体地,为了避免其他因素的干扰,确保检测的准确性,只有当第一比值大于第一预设值,且第二比值大于第二预设值时,才判定电机空载,在其他情况下,均判定电机带载。
需要说明的是,所述第一预设值与所述第二预设值可以根据具体使用场景及实际经验进行设定,本实施例对此不加以限制。
应当理解的是,当电机空载时,进一步地,还可以向电机发送停止运行指令,以使电机停止运行,如此,可以避免电机空载运行导致的安全事故。
本实施例通过分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值;判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值;若是,判定所述电机空载。其中,根据电机空载时的各参数特点对电机进行空载检测,具有检测方便、准确率高、成本低的特点。
本发明进一步提供一种电机空载检测系统。
参照图5,图5为本发明电机空载检测系统一实施例的功能模块图。
本实施例中,所述电机空载检测系统包括:
功率获取模块10,用于获取电机的输入功率;
可选地,在另一实施例中,所述功率获取模块包括:
电流电压获取单元,用于获取母线电流和电池供电电压;
输入功率计算单元,用于根据所述母线电流和所述电池供电电压计算电机的输入功率。
转速获取模块20,用于获取所述电机的相电流,根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
可选地,在另一实施例中,所述转速获取模块包括:
克拉克变换单元,用于将所述相电流进行FOC算法中的克拉克变换,获得第一电流及第二电流;
帕克变换单元,用于将所述第一电流及第二电流进行FOC算法中的帕克变换,获得第三电流及第四电流;
电流差单元,用于分别计算预设参考电流与所述第三电流及所述第四电流的电流差;
PI调节单元,用于根据所述电流差对应获得第一电压及第二电压;
逆帕克变换单元,用于将所述第一电压及所述第二电压进行FOC算法中的逆帕克变换,对应获得第三电压及第四电压;
角度估算单元,用于根据所述第一电流、所述第二电流、所述第三电压及所述第四电压计算所述电机的角度值;
转速估算单元,用于根据所述角度值计算转速。
交轴电压获取模块30,用于获取交轴电压;
可选地,在另一实施例中,所述交轴电压获取模块包括:
间接获取单元,用于将所述第一电压或所述第二电压作为交轴电压;
或,
直接获取单元,用于获取预设交轴电压,将所述预设交轴电压作为交轴电压。
空载判断模块30,用于根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压判断所述电机是否空载。
可选地,在另一实施例中,所述空载判断模块包括:
比值计算单元,用于分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值;
比值判断单元,用于判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值;
空载判定单元,用于若是,判定所述电机空载。
可选地,在另一实施例中,所述空载判断模块还包括:
电机抱死单元,用于向所述电机发送停止运行指令,以使所述电机停止运行。
此外,本发明实施例还提出一种存储介质,所述存储介质上存储有电机空载检测程序。所述计算机可读存储介质可以是图1的电机空载检测设备中的存储器,也可以是如ROM(Read-Only Memory,只读存储器)/RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)、磁碟、光盘中的至少一种,所述存储介质包括若干指令用以使得一台具有处理器的终端设备(可以是手机,计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机,计算机,服务器,空调器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电机空载检测方法,其特征在于,所述电机空载检测方法包括以下步骤:
获取电机的输入功率;
获取所述电机的相电流,并根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
获取交轴电压;
根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压检测所述电机是否空载,其中,分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值;
判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值;
若是,判定所述电机空载。
2.如权利要求1所述的电机空载检测方法,其特征在于,所述判定所述电机空载的步骤之后,所述方法还包括:
向所述电机发送停止运行指令,以使所述电机停止运行。
3.如权利要求1~2中任一项所述的电机空载检测方法,其特征在于,所述根据所述相电流基于FOC算法计算转速的步骤,包括:
将所述相电流进行FOC算法中的克拉克变换,获得第一电流及第二电流;
将所述第一电流及第二电流进行FOC算法中的帕克变换,获得第三电流及第四电流;
分别计算预设参考电流与所述第三电流及所述第四电流的电流差;
根据所述电流差对应获得第一电压及第二电压;
将所述第一电压及所述第二电压进行FOC算法中的逆帕克变换,对应获得第三电压及第四电压;
根据所述第一电流、所述第二电流、所述第三电压及所述第四电压计算所述电机的角度值;
根据所述角度值计算转速。
4.如权利要求3所述的电机空载检测方法,其特征在于,根据所述角度值通过下式计算转速,
Figure FDA0003223658890000021
其中,n为角度值的个数;Kspeed为速度放大因子,θi为第i个角度值。
5.如权利要求3所述的电机空载检测方法,其特征在于,所述获取交轴电压的步骤包括:
将所述第一电压或所述第二电压作为交轴电压;
或,
获取预设交轴电压,将所述预设交轴电压作为交轴电压。
6.如权利要求1~2中任一项所述的电机空载检测方法,其特征在于,所述获取电机的输入功率的步骤,包括:
获取母线电流和电池供电电压;
根据所述母线电流和所述电池供电电压计算电机的输入功率。
7.一种电机空载检测系统,其特征在于,所述电机空载检测系统包括:
功率获取模块,用于获取电机的输入功率;
转速获取模块,用于获取所述电机的相电流,根据所述相电流基于FOC算法计算转速;
交轴电压获取模块,用于获取交轴电压;
空载判断模块,用于根据所述输入功率、所述转速及所述交轴电压判断所述电机是否空载,其中,分别计算所述转速与所述输入功率的第一比值及所述转速与所述交轴电压的第二比值,判断所述第一比值是否大于第一预设值且所述第二比值是否大于第二预设值,若是,判定所述电机空载。
8.一种电机空载检测设备,其特征在于,所述电机空载检测设备包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的电机空载检测程序,所述电机空载检测程序配置为实现如权利要求1至6中任一项所述的电机空载检测方法的步骤。
9.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有电机空载检测程序,所述电机空载检测程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的电机空载检测方法的步骤。
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