CN110995117B

CN110995117B - 一种电机功能安全控制方法及装置

Info

Publication number: CN110995117B
Application number: CN201911289141.9A
Authority: CN
Inventors: 孙天夫; 梁嘉宁
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: CN110995117A; WO2021115076A1

Abstract

本申请适用于电机驱动控制技术领域，提供了一种电机功能安全控制方法及装置，方法包括：获取上位机发送的控制命令数据；获取电机的运行数据；对运行数据进行计算，获取电机的安全运行数据；比较控制命令数据和安全运行数据的大小；若控制命令数据小于或等于安全运行数据，则将控制命令数据发送至电机控制器，控制电机控制器驱动电机根据控制命令数据运行。本申请通过实现了对电机的电流或功率的调控，保证了电机的实际温度值不大于温度限制值的情况下，可最大限度的提升电机的过载性能，同时通过电机过载增加了电机系统的转矩密度。

Description

一种电机功能安全控制方法及装置

技术领域

本申请属于电机驱动控制技术领域，尤其涉及一种电机功能安全控制方法及装置。

背景技术

近年来，由于制作简单，成本低等因素，电机应用于各种领域的器械中。

现有的伺服电机或动力电机的额定电流或功率均是指在电机温度在限值以下的情况下，电机长时间运行所对应的电流或功率。

然而，在实际使用时，由于使用环境温度、电机启停频率、电机满载运行时间等多种方面的因素，电机的实际额定运行电流和转矩的值会根据具体应用的不同而变化。

若电机的额定运行电流和转矩存在较大余量，则会导致电机的体积和重量偏大，增加了产品的成本。并且，电机过大的体积或重量会影响器械操作的精准度或可持续时间。

甚至，由于上述多种方面的因素可能会造成电机过载保护控制装置的错误判断，造成错误过载或错误不过载的问题，影响到产品性能和用户的人身安全。

发明内容

本申请实施例提供了一种电机功能安全控制方法及装置，可以解决现有电机过载保护控制装置无法精确控制电机过载运行的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电机功能安全控制方法，包括：

获取上位机发送的控制命令数据；

获取电机的运行数据；

对所述运行数据进行计算，获得电机的安全运行数据；

比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小；

若所述控制命令数据小于或等于所述安全运行数据，则将所述控制命令数据发送至电机控制器，控制所述电机控制器驱动电机根据所述控制命令数据运行。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小之后，还包括：

若所述控制命令数据大于所述安全运行数据，则降低所述控制命令数据，直至所述控制命令数据小于或等于所述安全运行数据；

将所述控制命令数据发送至电机控制器，控制所述电机控制器根据所述控制命令数据驱动所述电机；

生成电机冷却指令，将所述电机冷却指令发送至所述电机控制器。

在第一方面的一种可能的实现方式中，对所述运行数据进行计算，获得电机的安全运行数据，包括：

通过第一预设方法对所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据；其中，所述第一预设方法包括基于模型预测控制方法和通过PI控制器调节方法中的任意一种；所述运行数据包括电机部件的实际温度和电机的环境温度中的至少一种；所述安全运行数据包括安全电流、安全温度、安全转速、安全功率和安全荷载中的至少一种。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述通过第一预设方法对所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据，包括：

获取电机的温度限制值和电机的实际温度值；

计算所述电机的温度限制值和所述实际温度值的差值；

将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器，并对所述差值和所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器，并对所述差值和所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据，包括：

将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器；

若所述差值大于或等于0，则所述限值PI控制器输出结果为0，所述安全运行数据为所述运行数据；

若所述差值小于0，则所述限值PI控制器的输出结果为负数，降低所述安全运行数据和控制命令数据的大小，直至所述差值大于或等于0为止。

在第一方面的一种可能的实现方式中，通过第一预设方法对所述运行数据进行计算，获取所述安全运行数据，还包括：

对所述电机部件的实际温度和所述电机的环境温度进行计算，获得电机的安全电流；其中，电机部件包括转子、定子绕组、定子端部绕组中的任意一种；

根据安全电流计算获得与所述安全电流对应的安全转矩、安全转速、安全功率以及安全荷载。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述对所述电机部件的实际温度和所述电机的环境温度进行计算，获得电机的安全电流，包括：

根据任一电机部件的温度限制值和实际温度值计算，获得在各个预设时间步长内任一电机部件的最大温升限度值；

根据任一电机部件的温度限制值和实际温度值计算，获得当任一电机部件的温升达到温度限值时所吸收的总热量；

根据电机温度模型、任一预设时间步长内任一电机部件的最大温升限度值和实际温度值计算，获得在预设时间段内任一电机部件放出的总热量；

根据预设时间段内任一电机部件放出的总热量和任一电机部件的温升达到温度限值时所吸收的总热量计算，获取在预设时间段内任一电机部件产生的最大总热量；

根据在预设时间段内任一电机部件产生的最大总热量、电机转速和电流幅值计算，获取任一电机部件的电流限制值；

获取所有电机部件的电流限制值中的最小值，并将所述最小值与电机的电流额定值进行比较；

若所述最小值大于电流额定值，则将所述最小值作为电机的安全电流；

若所述最小值小于电流额定值，则将所述电流额定值作为电机的安全电流。

第二方面，本申请实施例提供了一种电机功能安全控制装置，包括：

第一获取模块，用于获取上位机发送的控制命令数据；

第二获取模块，用于获取电机的运行数据；

计算模块，用于对所述运行数据进行计算，获取电机的安全运行数据；

比较模块，用于比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小；

第一判断模块，用于若所述控制命令数据小于或等于所述安全运行数据，则将所述控制命令数据发送至电机控制器，控制所述电机控制器驱动电机根据所述控制命令数据运行。

第三方面，本申请实施例提供了一种电机功能安全控制器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序或嵌入式系统程序，所述处理器执行所述计算机或嵌入式系统程序时实现如上述第一方面中任一项所述的电机功能安全控制方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机或嵌入式系统可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项所述的电机功能安全控制方法。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序或嵌入式程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面中任一项所述的电机功能安全控制方法。

可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例通过获取电机的运行数据，上位机发送的控制命令数据并通过预设的电机功能安全控制算法计算，获取最终输出的电机安全控制数据并输出到电机控制器，实现对电机的电流或功率的调控，保证了电机的实际温度值不大于温度限制值的情况下，可最大限度的提升电机的过载性能，同时通过电机过载增加了电机系统的转矩密度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的电机功能安全控制方法的流程示意图；

图2是本申请一实施例提供的基于电机功能安全控制方法的实验结果图；

图3是本申请一实施例提供的通过PI控制器调节方法求解安全电流I_max或安全转矩T_{e_max}的原理示意图；

图4是本申请一实施例提供的基于模型预测控制方法计算安全电流I_max或安全转矩T_{e_max}的原理示意图；

图5是本申请一实施例提供的求解最大电流幅度变化量

的原理示意图；

图6是本申请另一实施例提供的电机功能安全控制装置的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的电机功能安全控制系统的硬件结构示意图；

图8是本申请实施例提供的电机功能安全控制器的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

本申请实施例提供的电机功能安全控制方法可以应用于嵌入式系统、工控机、手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(Ultra-MobilePersonal Computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等终端设备上，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。

图1示出了本申请提供的电机功能安全控制方法的示意性流程图，作为示例而非限定，该方法可以应用于嵌入式系统、工控机等设备中。

S101、获取上位机发送的控制命令数据。

在具体应用中，获取上位机发送的控制命令数据；其中，上位机是指用于生成控制命令数据并发送至电机的装置，如计算机、工控机等。控制命令数据为电机执行上位机的控制命令时的各项数据。控制命令数据包括但不限于电机的转速、转矩和电流。

S102、获取电机的运行数据。

在具体应用中，实时获取电机运行时的运行数据；其中，运行数据包括但不限于电机的电流、电机的转速和电机的温度中的至少一种。

S103、对所述运行数据进行计算，获得电机的安全运行数据。

在具体应用中，通过预设算法对运行数据进行计算，获得电机的安全运行数据。其中，预设算法包括但不限于基于模型预测控制方法和通过PI控制器调节方法中的任意一种；安全运行数据是指电机在安全运行状态下的数据，安全运行数据包括但不限于电机安全电流(I_max)、安全转矩(T_{e_max})，以及与电机安全电流(I_max)(或安全转矩(T_{e_max}))相对应的安全转速、安全功率、安全载荷。

PI调节器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

S104、比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小。

S105、若所述控制命令数据小于或等于所述安全运行数据，则将所述控制命令数据发送至电机控制器，控制所述电机控制器驱动电机根据所述控制命令数据运行。

在具体应用中，若任一项控制命令数据小于或等于任一项安全运行数据(包括电机安全电流(I_max)、安全转矩(T_{e_max})，以及与电机安全电流(I_max)或安全转矩(T_{e_max})相对应的安全转速、安全功率、安全载荷中的任意一种)，则将控制命令数据发送至电机控制器，控制电机控制器驱动电机根据控制命令数据运行，使得电机在安全的情况下能够充分利用电机控制器运行所提供的额外转矩和电流能力，提升电机的功率密度。

在一个实施例中，步骤S104之前，包括：

若安全电流I_max小于电机的额定电流，或者安全转矩T_{e_max}或小于电机的额定转矩，则令安全电流I_max等于电机的额定电流，并令安全转矩T_{e_max}等于电机的额定转矩。

需要说明的是，由于电机的额定电压和电流是指：在电机长时间工作时，电机的实际温度不超过安全值情况下的最大转矩或最大电流，本方法所计算出的安全电流I_max或安全转矩T_{e_max}应始终大于或等于电机的额定电流和转矩。

因此，可以使得电机系统在安全的情况下(电机的实际温度不超过电机温度限制值)充分利用电机过载运行所提供的额外转矩和电流能力，提升电机的功率密度。

在一种可能的实现方式中，步骤S104之后，还包括：

在具体应用中，若控制命令数据中的转矩、转速或电流中任意一个数据大于安全运行数据，则降低上述大于安全运行数据的控制命令数据，使得任意一项控制命令数据小于或等于安全运行数据，将控制命令数据发送至电机控制器，控制电机控制器根据控制命令数据驱动电机，生成电机冷却指令，将电机冷却指令发送至电机控制器，控制所述电机控制器驱动电机进行冷却。

需要说明的是，在任一项控制命令数据于安全运行数据时，易造成电机温度过高的情况，故应生成对应的电机冷却指令并发送至电机控制器，使得电机控制器驱动电机进行冷却，避免因温度过高导致电机发生故障。

在一种可能的实现方式中，步骤S103，包括：

S1031、通过第一预设方法对所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据；其中，所述第一预设方法包括基于模型预测控制方法和通过PI控制器调节方法中的任意一种；所述运行数据包括电机部件的实际温度和电机的环境温度中的至少一种；所述安全运行数据包括安全电流、安全温度、安全转速、安全功率和安全荷载中的至少一种。

在本实施例中，第一预设方法包括但不限于基于模型预测控制方法和通过PI控制器调节方法中的任意一种。

运行数据可以指电机的运行环境数据，运行数据包括但不限于电机部件的实际温度和电机的环境温度中的至少一种。

安全运行数据可以指电机在安全运行的情况下最大数据。例如：电机在安全运行的情况下的最大安全电流，电机在安全运行的情况下的最大安全温度等。

安全运行数据包括但不限于安全电流、安全温度、安全转速、安全功率以及安全荷载中的至少一种。

在一种可能的实现方式中，所述步骤S1031，包括：

S10311、获取电机的温度限制值和电机的实际温度值；

S10312、计算所述电机的温度限制值和所述实际温度值的差值；

S10313、将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器，并对所述差值和所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据。

在具体应用中，计算电机的温度限制值T_lim与电机的实际温度值T_r的差值，并将差值输入限值PI控制器，同时将运行数据输入限值PI控制器。对比电机的温度限制值T_lim和电机的实际温度值T_r的大小，若电机的温度限制值T_lim大于或等于电机的实际温度值T_r，则限制PI控制器的输出结果为0。此时，计算PI控制器的输出结果与电机控制器发送的控制命令数据的和，作为最终的输出的安全运行数据(也即控制命令数据等于安全运行数据)。

图2示例性的示出了一种基于电机功能安全控制方法的实验结果图；

图3示例性的示出了一种通过PI控制器调节方法求解安全电流I_max或安全电流T_{e_max}的原理示意图。

需要说明的是，图3中输入的控制命令数据中的电流命令数据I_{a_ref}和安全电流I_max也可替换为控制命令数据中的转矩命令数据T_{e_ref}及安全转矩T_{e_max}进行计算。

在一种可能的实现方式中，所述步骤S10313，包括：

将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器；

在具体应用中，在差值小于0，即电机的温度限制值T_lim小于电机的实际温度值T_r时(即电机的实际温度大于电机的温度限制值，此时电机处于不安全的状态下，且限制PI控制器的输出结果为一个负值)，则应减小控制命令数据中的电流命令数据I_{a_ref}和安全运行数据，直到差值大于或等于0(即T_lim大于或等于T_r)为止，以使限制PI控制器的输出为0，安全运行数据等于控制命令数据。

在一种可能的实现方式中，所述步骤S1031，还包括：

S10314、对所述电机部件的实际温度和所述电机的环境温度进行计算，获得电机的安全电流；其中，电机部件包括转子、定子绕组、定子端部绕组中的任意一种；

S10315、根据安全电流计算获得与所述安全电流对应的安全转矩、安全转速、安全功率以及安全荷载。

在具体应用中，电机部件包括但不限于转子、定子绕组、定子端部绕组中的任意一种。

根据电流与功率的关系计算获得与安全电流I_max对应的安全转矩T_{e_max}，并根据安全电流I_max和安全转矩T_{e_max}计算获得对应的安全转速、安全功率以及安全荷载。

在一种可能的实现方式中，所述S10314，包括：

在具体应用中，首先，根据公式10对任一电机部件的温度限制值和实际温度值计算，获得在各在每个预设步长内任一电机部件的最大温升限度值；

然后，根据比热容的定义，获得任一电机部件的在电机运行时的温升表达式(即公式1)，然后对任一电机部件的实际温度和任一电机部件的环境温度以及温升表达式计算，获得任一电机部件的散热功率表达式(及公式2)。

设定在每个预设步长内电机部件的温升是相同的，则根据电机温度模型获得电机运行条件之间的非线性关系R_T，然后根据电机部件的散热功率表达式和W_ouy和电机运行条件之间的非线性关系R_T计算，获得在不同预设步长内电机部件的散热量(其中，在不同预设步长内电机部件的散热量表达式即公式3-6)，计算在不同预设步长内电机部件的散热量的总和，作为在预设时间段内电机部件的总散热量(其中，在预设时间段内电机部件的总散热量表达式即公式7-8)，(在本实施例中，散热量等同于放出的热量)；

同时，在极端条件下，任一电机部件的实际温度在稳态下应该等于该电机的温度限度值T_lim，即可对任一电机部件的温度限制值和在预设时间段内电机部件的总散热量计算，获得电机部件在预设时间段内吸收的最大能量(其中，获得电机部件在预设时间段内吸收的最大能量表达式即公式9)。

计算预设时间段内任一电机部件放出的总热量与任一电机部件的温升达到温度限值时所吸收的总热量的差，作为在预设时间段内任一电机部件产生的最大总热量；

对在预设时间段内任一电机部件产生的最大总热量、电机转速和电流幅值计算，获得任一电机部件的电流限制值；

获取所有电机部件的电流限制值中的最小值，并将最小值与电机的电流额定值进行比较；

如果所有电机部件的电流限制值中的最小值大于电流额定值，则将最小值作为电机的安全电流；

如果所有电机部件的电流限制值中的最小值小于电流额定值，则将电流额定值作为电机的安全电流。

在本实施例中，还可获取与电流限度值对应的任一电机部件的实际温度值，作为电机的实际温度值，获取与电流限度值对应的任一电机部件温度限制值作为电机的温度限制值。

由于电机转子或其他部件所对应的I_max和T_{e_max}可能与电机定子绕组所对应的I_max和T_{e_max}不同，故实际应用中，安全电流I_max和安全转矩T_{e_max}应以所有电机部件的I_max和T_{e_max}中的最小值为准，以保证任一电机部件的实际温度均小于温度限制值T_lim。

其中，预设步长是指预先设定的时间步长，预设步长可根据实际情况进行具体设定，例如，设定预设步长为5s。指随着时间的推移，每一次预设步长所代表的时间不同，故会生成不同的预设步长。例如，第一预设步长为00:00:00-00:00:05，第二预设步长为00:00:05-00:00:10。

以电机部件为转子为例，转子温度限制值可通过T_lim表示，其是指在极端条件下，转子在稳定状态下的温度值。

具体的，将电机的任一部分转子视为集总参数节点，根据比热容的定义，电机运行时的该部分的转子温升可表示为公式(1)：

其中，Q_in为该部分转子铁芯产生的热量，主要包括：永磁电机的铁损和磁铁损耗以及铜损等。W_in为每个预设步长Δt内该部分转子铁芯产生热量的功率；Q_out为通过传导、辐射和对流从该部分转子铁芯到气隙或其他电动机部件的散热量；C为比热容，m为该部分转子铁芯的质量，散热功率W_out可近似表示为公式(2)：

其中，T_r为该部分转子的温度，T_amb为电机该部分转子周围的环境温度，R_T为等效热阻。其中，等效热阻可以通过基于(1)和(2)的稳态实验获得，并存储于输入数据为该部分转子的速度和电机负载，输出数据为等效热阻的数据表中。由此，R_T即可表示W_out和电机运行条件之间的非线性关系。需要说明的是，由于该部分转子上的温度分布十分复杂，T_r仅代表测量区域的温度。但是，由于R_T是根据T_r校准的，因此不会影响W_out的计算精度。

假设：预设时间段内的时间步数为N，并且每个预设步长的该部分转子温升是相同的。则根据公式(2)，可预测在不同预设步长内该部分转子耗散的热量为公式(3)至(6)：

其中，公式(3)至(6)中的上标k+1，k+2...k+n表示时间步骤的序列号，ΔT_r是每个预设步长的该部分转子的温升，则预设时间段内该部分转子的总散热量可以表示为：

模型预测控制方法的控制目标是在电机过载运行时，自适应地将该部分转子温度限制在预设该部分转子温度限制值T_lim以下。在极端条件下，该部分转子的温度在稳态下应该等于T_lim(即转子温度限制值)。因此，该部分转子在预设时间段内吸收的最大能量

可以表示为公式(9)：

上式中，T_r为该部分转子温度，m可以通过实验获得，或者根据该部分转子的尺寸计算获得。由此，每个预设步长对应的步骤中相应的该部分转子的最大温升为：

通过测量T_r，并根据公式(8)，公式(10)获取到公式(9)，可获得

图4示例性的示出了一种基于模型预测控制方法计算安全电流I_max或安全转矩T_{e_max}的原理示意图。其中，图4中的T_lim为预设转子温度限制值，N为预设时间段中的时间步数。T_r，T_amb和ω_m分别为转子温度测量值、环境温度值和转子速度。

是在稳态下保证电机的转子温度不超过T_lim的最大合成扭矩。

假设：在每个预设步长中，电枢电流以相同幅度ΔI_a增大或减小，基于

即可求出在预设步长内的最大电流幅度变化量

以永磁同步电机部件是定子绕组为例，铜损耗占绕组吸收的大部分热量，因此每个预设步长的Q_in可以近似表示为公式(11)：

其中，I_α为定子绕组电流幅值，R为定子绕组电阻。

根据公式(11)，

和

之间的关系式可表示为公式(12)：

由公式(12)可以获得

的值，这表明：如果电流在每个预设步长中的变化为

则在稳态下保证定子绕组的温度低于温度限制值T_lim的最大电流为：

基于I_max，可以计算获得在稳态下保证定子绕组的温度低于温度限制值T_lim的最大安全转矩T_{e_max}。

因此，在预设时间段结束时，定子绕组的温度应该等于温度限制值T_lim。如果预设时间段足够长，则预设时间段结束时的定子绕组温度应接近稳态温度。

对于永磁同步电机的转子，电机转速ω_e、电流幅值I_a与公式(1)式中W_in的关系可通过查数据表或通过多项式拟合获得。通过PI控制器可以调节

使得其所对应的、由公式(12)计算获得的

等于通过公式(9)所得到的

将

代入公式(13)即可得到I_max，并通过I_max可计算得到T_{e_max}。

图5示例性的示出了一种求解最大电流幅度变化量

的原理示意图；

本实施例通过获取电机的运行数据，上位机发送的控制命令数据并通过预设的电机功能安全控制算法计算，获取最终输出的电机安全控制数据并输出到电机控制器，实现对电机的电流或功率的调控，保证了电机的实际温度值不大于温度限制值的情况下，可最大限度的提升电机的过载性能，同时通过电机过载增加了电机系统的转矩密度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

实施例二

对应于上文实施例所述的电机功能安全控制方法，图6示出了本申请实施例提供的电机功能安全控制装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

参照图6，该装置200包括：

第一获取模块101，用于获取上位机发送的控制命令数据；

第二获取模块102，用于获取电机的运行数据；

计算模块103，用于对所述运行数据进行计算，获取电机的安全运行数据；

比较模块104，用于比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小；

第一判断模块105，用于若所述控制命令数据小于或等于所述安全运行数据，则将所述控制命令数据发送至电机控制器，控制所述电机控制器驱动电机根据所述控制命令数据运行。

在一种可能的实现方式中，所述装置200，还包括：

第二判断模块，用于若所述控制命令数据大于所述安全运行数据，则降低所述控制命令数据，直至所述控制命令数据小于或等于所述安全运行数据；

发送模块，用于将所述控制命令数据发送至电机控制器，控制所述电机控制器根据所述控制命令数据驱动所述电机；

生成模块，用于生成电机冷却指令，将所述电机冷却指令发送至所述电机控制器。

图7示例性的提供了一种电机功能安全控制系统的硬件结构示意图。

图7中的电机转速、电机温度和电机电流信息也可以直接由电机控制器通过通信接口发送给上述电机功能安全控制装置。

需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

实施例三

图8为本实施例提供的电机功能安全控制器的结构示意图。如图8所示，该实施例的电机功能安全控制器30包括：至少一个处理器300(图8中仅示出一个)处理器、存储器301以及存储在所述存储器301中并可在所述至少一个处理器300上运行的计算机程序或嵌入式系统程序302，所述处理器300执行所述计算机程序302时实现上述任意各个电机功能安全控制方法实施例中的步骤。

所述电机功能安全控制器30可以是嵌入式系统、工控机、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。该电机功能安全控制器可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是电机功能安全控制器30的举例，并不构成对电机功能安全控制器30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，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。

所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器300还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器301在一些实施例中可以是所述电机功能安全控制器30的内部存储单元，例如电机功能安全控制器30的硬盘或内存。所述存储器301在另一些实施例中也可以是所述电机功能安全控制器30的外部存储设备，例如所述电机功能安全控制器30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述电机功能安全控制器30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种电机功能安全控制器，该电机功能安全控制器包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意各个方法实施例中的步骤。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品或嵌入式程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种电机功能安全控制方法，其特征在于，包括：

获取上位机发送的控制命令数据；

获取电机的运行数据；

对所述运行数据进行计算，获得电机的安全运行数据；包括：根据任一电机部件的温度限制值和实际温度值计算，获得在各个预设时间步长内任一电机部件的最大温升限度值；

若所述最小值小于电流额定值，则将所述电流额定值作为电机的安全电流；其中，所述安全运行数据包括所述安全电流；

比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小；

2.如权利要求1所述的电机功能安全控制方法，其特征在于，所述比较所述控制命令数据和所述安全运行数据的大小之后，还包括：

3.如权利要求1所述的电机功能安全控制方法，其特征在于，所述对所述运行数据进行计算，获得电机的安全运行数据，包括：

4.如权利要求3所述的电机功能安全控制方法，其特征在于，所述通过第一预设方法对所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据，包括：

获取电机的温度限制值和电机的实际温度值；

计算所述电机的温度限制值和所述实际温度值的差值；

5.如权利要求4所述的电机功能安全控制方法，其特征在于，所述将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器，并对所述差值和所述运行数据进行计算，获得所述安全运行数据，包括：

将所述差值和所述运行数据输入限值PI控制器；

6.如权利要求3所述的电机功能安全控制方法，其特征在于，所述通过第一预设方法对所述运行数据进行计算，获取所述安全运行数据，还包括：

7.一种电机功能安全控制装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取上位机发送的控制命令数据；

第二获取模块，用于获取电机的运行数据；

计算模块，用于对所述运行数据进行计算，获取电机的安全运行数据；包括：根据任一电机部件的温度限制值和实际温度值计算，获得在各个预设时间步长内任一电机部件的最大温升限度值；

8.一种电机功能安全控制器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。