CN112269131A - 速度环pi振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

速度环pi振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN112269131A CN202011516677.2A CN202011516677A CN112269131A CN 112269131 A CN112269131 A CN 112269131A CN 202011516677 A CN202011516677 A CN 202011516677A CN 112269131 A CN112269131 A CN 112269131A
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Abstract

本发明提供了一种速度环PI振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质，通过按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障；从而能够有效检测永磁同步电机是否存在速度振荡故障。

Description

速度环PI振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及永磁同步电机检测技术领域，尤其涉及一种速度环PI振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
机械臂一般具有多个关节，每个关节由一个永磁同步电机驱动，每个永磁同步电机由一个伺服驱动器控制。在对永磁同步电机进行控制的伺服控制系统中，速度环通常采用PI控制器。在某些运行工况下，PI控制器参数过大会导致永磁同步电机速度振荡，如果振荡后不能及时停止运动，则可能会对机械臂造成损伤，因此，实时检测永磁同步电机的速度是否振荡是很有必要的。然而，现有的伺服驱动驱动器一般不进行速度环PI振荡检测。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本申请实施例的目的在于提供一种速度环PI振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质，能够有效检测永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
第一方面，本申请实施例提供一种速度环PI振荡检测方法，应用于永磁同步电机控制系统，所述速度环PI振荡检测方法包括步骤：
A1.按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；
A2.按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；
A3.计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；
A4.根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
所述的速度环PI振荡检测方法中，步骤A4包括：
提取所述差值数据集中的最大值和最小值；
计算所述最大值与所述最小值的差值；
判断所述最大值与所述最小值的差值是否大于预设的保护阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
所述的速度环PI振荡检测方法中，所述速度观测器通过求解以下方程得到观测速度数据：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为观测速度；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度，其值等于反馈速度数据
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩，且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量。
所述的速度环PI振荡检测方法中，步骤A3之前，还包括：
从第二个反馈速度数据开始，由前到后依次用各个反馈速度数据作为目标反馈速度数据，并用所述目标反馈速度数据与前一个反馈速度数据之间的平均值替代所述目标反馈速度数据。
所述的速度环PI振荡检测方法中，步骤A4之前，还包括：
从所述差值数据集的第二个差值起，由前到后依次用各个差值作为目标差值，并用所述目标差值与前一个差值之间的平均值替代所述目标差值。
第二方面，本申请实施例提供一种速度环PI振荡检测装置，应用于永磁同步电机控制系统，包括：
第一获取模块，用于按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；
第二获取模块，用于按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；
计算模块，用于计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；
判断模块，用于根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
所述的速度环PI振荡检测装置中，所述判断模块在根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障时，
提取所述差值数据集中的最大值和最小值；
计算所述最大值与所述最小值的差值；
判断所述最大值与所述最小值的差值是否大于预设的保护阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
所述的速度环PI振荡检测装置中，所述速度观测器通过求解以下方程得到观测速度数据：
Figure 78416DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 132959DEST_PATH_IMAGE004
为观测速度；
Figure 93962DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度，其值等于反馈速度数据
Figure 601167DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 141870DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure 785340DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数；
Figure 182824DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩，且
Figure 911745DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 554342DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数，
Figure 52319DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链，
Figure 823966DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行所述的速度环PI振荡检测方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行所述的速度环PI振荡检测方法的步骤。
有益效果：
本申请实施例提供的一种速度环PI振荡检测方法、装置、电子设备及存储介质，通过按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障；从而能够有效检测永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
附图说明
图1为本申请实施例提供的速度环PI振荡检测方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的速度环PI振荡检测装置的模块图。
图3为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
图4为一种永磁同步电机控制系统的结构框图。
图5为另一种永磁同步电机控制系统的结构框图。
图6为速度观测器的控制框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，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实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本申请实施例提供一种速度环PI振荡检测方法，应用于永磁同步电机控制系统，速度环PI振荡检测方法包括步骤：
A1.按预设频率周期性地获取反馈速度数据；反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；
A2.按预设频率周期性地获取观测速度数据；观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；
A3.计算各个反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；
A4.根据差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
其中，永磁同步电机控制系统的结构如图4、5所示，该永磁同步电机控制系统为速度及电流二闭环结构，其中内环为电流环、外环为速度环。直流电源经过逆变器得到三相定子电流（其中的两相电流分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure DEST_PATH_IMAGE026
），速度环中，通过编码器（包括码盘和微分器）测量转子的速度
Figure 102500DEST_PATH_IMAGE008
和转角
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，通过PI控制器（ASR）对给定的信号
Figure DEST_PATH_IMAGE030
与反馈的实际转速信号
Figure 608175DEST_PATH_IMAGE008
比较后产生的误差进行处理，产生q轴电流控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，该系统采用
Figure DEST_PATH_IMAGE034
等于0的矢量控制方法进行控制；在电流环中，把采集到的两相电流
Figure 554134DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 27841DEST_PATH_IMAGE026
通过Clark及Park变换得到d-p坐标系中的控制信号
Figure DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 793671DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 479868DEST_PATH_IMAGE034
与反馈信号
Figure 985061DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 364089DEST_PATH_IMAGE036
的误差通过PI控制器（ACR）处理得到控制信号uq和ud，经Ipark变换得到参考电压uα和uβ，最后通过空间矢量脉冲宽度调制模块(SVPWM)控制，得到所需的电压矢量的PWM输出信号。此外，该永磁同步电机控制系统还包括速度观测器，该速度观测器以电机角速度（编码器反馈的角速度）和q轴电流（图4中该q轴电流为
Figure 820478DEST_PATH_IMAGE032
，图5中该q轴电流为反馈的信号
Figure 575945DEST_PATH_IMAGE038
）为输入量，通过速度观测器可得到更加准确的电机角速度。
从而，步骤A1中的反馈速度数据是指转速信号
Figure 168600DEST_PATH_IMAGE008
的具体数值。步骤A2中观测速度数据是由速度观测器输出的转速数据。其中，预设频率的具体值可根据实际需要进行设置。
其中，在一些实施方式中，步骤A3中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据是指：从永磁同步电机启动开始到当前时刻采集到的所有反馈速度数据中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据；从而得到的差值数据集包括永磁同步电机启动开始到当前时刻的所有差值数据。例如，从永磁同步电机启动开始采集到的反馈速度数据包括
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，采集到的观测速度数据包括
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，从而步骤A3中，得到的差值数据集为
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
。一般地，在每采集到一个新的反馈速度数据和观测速度数据，即计算该反馈速度数据与观测速度数据的差值，并添加到差值数据集中以更新该差值数据集。
在另一些实施方式中，步骤A3中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据是指：在当前时刻之前的预设时间段（其大小可根据实际需要进行设置）内采集到的所有反馈速度数据中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据；从而得到的差值数据集包括当前时刻之前的预设时间段内的所有差值数据。例如，从永磁同步电机启动开始采集到的反馈速度数据包括
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，采集到的观测速度数据包括
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，从而步骤A3中，得到的差值数据集为
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
Figure 890436DEST_PATH_IMAGE046
。一般地，在永磁同步电机运行时间超过上述的预设时间段后，每采集到一个新的反馈速度数据和观测速度数据，即计算该反馈速度数据与观测速度数据的差值，得到最新的差值数据，以对差值数据集进行更新，更新时，把该最新的差值数据添加到差值数据集的最后位置，并删除该差值数据集的第一个差值数据。需要说明的是，在永磁同步电机运行时间不足预设时间段的时候，步骤A3中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据是指：从永磁同步电机启动开始到当前时刻采集到的所有反馈速度数据中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据；从而得到的差值数据集包括永磁同步电机启动开始到当前时刻的所有差值数据。
其中，若PI控制器的参数设置合理，不存在速度振荡故障，则观测速度与实际速度应该是基本重合的，即观测速度与实际速度之间的差值应该为零或较小值；若PI控制器的参数设置不合理而导致速度振荡故障，则观测速度与实际速度会出现较大偏差；因此可根据反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值情况来进行速度振荡故障的判断。
例如，在一些实施方式中，步骤A4包括：
提取差值数据集中的最大值和最小值；
判断该最大值的绝对值和该最小值的绝对值中，是否有至少一个超出预设的第一阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
若最大值的绝对值和该最小值的绝对值中的至少一个超出预设的第一阈值，表明差值数据集中有至少一个差值数据的绝对值过大（其对应的观测速度与实际速度的偏差过大），从而判定永磁同步电机存在速度振荡故障，该判断结果相对比较保守，但有利于更加及时地采取应对措施（例如，一旦检测到存在速度振荡故障，则立即停机），更利于保证机械臂的安全。
又例如，在一些实施方式中，步骤A4包括：
计算差值数据集中各差值数据的平均值的绝对值；
判断该平均值的绝对值是否大于预设的第二阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
用平均值的绝对值是否大于预设的第二阈值来进行故障判断，综合了观测速度与实际速度在一段时间内各个时刻的偏差信息，判断结果更加准确。
或例如，在一些实施方式中，步骤A4包括：
提取差值数据集中的最大值和最小值；
计算最大值与最小值的差值；
判断最大值与最小值的差值是否大于预设的保护阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
实际上，还可结合上述几种实施方式进行速度振荡故障的判断，当“最大值的绝对值和该最小值的绝对值中，有至少一个超出预设的第一阈值”、“平均值的绝对值大于预设的第二阈值”、“最大值与最小值的差值大于预设的保护阈值”三个条件中的至少一个成立，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，否则，判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
在本实施例中，以q轴电流和编码器反馈的电机角速度作为输入量，根据永磁同步电机的数学模型和机械特征方程构建速度观测器，实现对电机速度的观测，速度观测器的控制框图如图6所示。
永磁同步电机（PMSM）通过传动轴向负载提供电磁转矩，并通过控制电磁转矩来实现对负载的控制。根据动力学原理，可得永磁同步电机的机械运动方程和转矩方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
Figure DEST_PATH_IMAGE058
Figure DEST_PATH_IMAGE060
式中，
Figure 427596DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩；
Figure 455595DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量；
Figure 965074DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure DEST_PATH_IMAGE062
为摩擦系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE064
为机械角度；
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为负载转矩；
Figure 718529DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数；
Figure 680668DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链；
Figure 246779DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度；
如果忽略摩擦系数
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，则式（1）可改写为
Figure DEST_PATH_IMAGE070
一般来说，电机负载的变化是很缓慢的，所以当控制周期足够小时，负载转矩
Figure 610764DEST_PATH_IMAGE066
可近似为常量，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE072
用状态方程的形式表示式（2）、式（4）和式（5），可得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE074
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE076
由于本申请中只需要观测速度，降阶观测器算法简单且易实现，所以采用降阶思想构建速度观测器：
Figure DEST_PATH_IMAGE078
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为观测器的比例增益，
Figure 719141DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
;
将电机运动方程式（2）、式（4）代入式（7）可得观测器模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
观测器的特征方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
由式（8）可得
Figure DEST_PATH_IMAGE088
Figure DEST_PATH_IMAGE090
将式（11）代入式（10）可得速度观测器方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE092
从而，速度观测器通过求解以下方程得到观测速度数据：
Figure 794676DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 430056DEST_PATH_IMAGE004
为观测速度；
Figure 851810DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度，其值等于反馈速度数据
Figure 180024DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 54439DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure 493510DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数；
Figure 504192DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩，且
Figure 38859DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 134991DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数，
Figure 846595DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链，
Figure 774100DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量，其值可以等于电流环中的反馈电流（即图2中的
Figure 912957DEST_PATH_IMAGE038
）或速度环输出的q轴电流指令（即图1中的
Figure 558702DEST_PATH_IMAGE032
）。
需要说明的是，用作输入的q轴电流（
Figure 808418DEST_PATH_IMAGE022
）优选为速度环输出的q轴电流指令，这是由于基于编码器反馈的电机角速度和电流环中的反馈电流进行速度观测，得到的观测速度具有滞后性，而采用编码器反馈的电机角速度和速度环输出的q轴电流指令进行速度观测，得到的测速度具有超前性，即实现了预测速度的功能。
在一些优选实施方式中，步骤A3之前，还包括：
从第二个反馈速度数据开始，由前到后依次用各个反馈速度数据作为目标反馈速度数据，并用目标反馈速度数据与前一个反馈速度数据之间的平均值替代目标反馈速度数据。
此处的第二个反馈速度数据是指永磁同步电机启动开始后采集到的第二个反馈速度数据。
例如，采集到的第一个反馈速度数据为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，当采集到的第二个反馈速度数据
Figure DEST_PATH_IMAGE096
时，计算第二个反馈速度数据
Figure 856008DEST_PATH_IMAGE096
与第一个反馈速度数据为
Figure 729549DEST_PATH_IMAGE094
的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE098
，并用该平均值替代第二个反馈速度数据，此时
Figure DEST_PATH_IMAGE100
，当采集到第三个反馈速度数据
Figure DEST_PATH_IMAGE102
时，计算第二个反馈速度数据
Figure 862590DEST_PATH_IMAGE096
与该第三个反馈速度数据
Figure 978313DEST_PATH_IMAGE102
的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，并用该平均值替代第三个反馈速度数据，此时
Figure DEST_PATH_IMAGE106
，依此类推（即
Figure DEST_PATH_IMAGE108
）。
该步骤相当于对采集到的反馈速度数据进行滑动平均滤波，对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，尤其适用于高频振荡的系统。
在一些优选实施方式中，步骤A4之前，还包括：
从差值数据集的第二个差值起，由前到后依次用各个差值作为目标差值，并用该目标差值与前一个差值之间的平均值替代目标差值。
例如，假设差值数据集为
Figure DEST_PATH_IMAGE110
，先用第一个差值数据
Figure DEST_PATH_IMAGE112
和第二个差值数据
Figure DEST_PATH_IMAGE114
的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE116
替代第二个差值数据，此时
Figure DEST_PATH_IMAGE118
，然后用第二个差值数据
Figure 503579DEST_PATH_IMAGE114
和第三个差值数据
Figure DEST_PATH_IMAGE120
的平均值
Figure DEST_PATH_IMAGE122
替代第三个差值数据，此时
Figure DEST_PATH_IMAGE124
，依此类推（即
Figure DEST_PATH_IMAGE126
）。
该步骤相当于对差值数据集中的差值数据进行滑动平均滤波，对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，尤其适用于高频振荡的系统。
由上可知，该速度环PI振荡检测方法，通过按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障；从而能够有效检测永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
请参阅图2，本申请实施例还提供一种速度环PI振荡检测装置，应用于永磁同步电机控制系统，包括第一获取模块1、第二获取模块2、计算模块3、判断模块4；
其中，第一获取模块1，用于按预设频率周期性地获取反馈速度数据；反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；
其中，第二获取模块2，用于按预设频率周期性地获取观测速度数据；观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；
其中，计算模块3，用于计算各个反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；
其中，判断模块4，用于根据差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
其中，在一些实施方式中，计算模块3使用的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据是指：从永磁同步电机启动开始到当前时刻采集到的所有反馈速度数据中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据；从而得到的差值数据集包括永磁同步电机启动开始到当前时刻的所有差值数据。一般地，在每采集到一个新的反馈速度数据和观测速度数据，即计算该反馈速度数据与观测速度数据的差值，并添加到差值数据集中以更新该差值数据集。
在另一些实施方式中，计算模块3使用的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据是指：在当前时刻之前的预设时间段（其大小可根据实际需要进行设置）内采集到的所有反馈速度数据中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据；从而得到的差值数据集包括当前时刻之前的预设时间段内的所有差值数据。一般地，在永磁同步电机运行时间超过上述的预设时间段后，每采集到一个新的反馈速度数据和观测速度数据，即计算该反馈速度数据与观测速度数据的差值，得到最新的差值数据，以对差值数据集进行更新，更新时，把该最新的差值数据添加到差值数据集的最后位置，并删除该差值数据集的第一个差值数据。需要说明的是，在永磁同步电机运行时间不足预设时间段的时候，计算模块3使用的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据是指：从永磁同步电机启动开始到当前时刻采集到的所有反馈速度数据中的各个反馈速度数据与对应的观测速度数据；从而得到的差值数据集包括永磁同步电机启动开始到当前时刻的所有差值数据。
其中，若PI控制器的参数设置合理，不存在速度振荡故障，则观测速度与实际速度应该是基本重合的，即观测速度与实际速度之间的差值应该为零或较小值；若PI控制器的参数设置不合理而导致速度振荡故障，则观测速度与实际速度会出现较大偏差；因此可根据反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值情况来进行速度振荡故障的判断。
例如，在一些实施方式中，判断模块4在根据差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障时，
提取差值数据集中的最大值和最小值；
判断该最大值的绝对值和该最小值的绝对值中，是否有至少一个超出预设的第一阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
又例如，在一些实施方式中，判断模块4在根据差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障时，
计算差值数据集中各差值数据的平均值的绝对值；
判断该平均值的绝对值是否大于预设的第二阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
或例如，在一些实施方式中，判断模块4在根据差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障时，
提取差值数据集中的最大值和最小值；
计算最大值与最小值的差值；
判断最大值与最小值的差值是否大于预设的保护阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
实际上，还可结合上述几种实施方式进行速度振荡故障的判断，当“最大值的绝对值和该最小值的绝对值中，有至少一个超出预设的第一阈值”、“平均值的绝对值大于预设的第二阈值”、“最大值与最小值的差值大于预设的保护阈值”三个条件中的至少一个成立，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，否则，判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
在本实施例中，以q轴电流和编码器反馈的电机角速度作为输入量，根据永磁同步电机的数学模型和机械特征方程构建速度观测器，实现对电机速度的观测，速度观测器的控制框图如图6所示。速度观测器通过求解以下方程得到观测速度数据：
Figure 108873DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 965096DEST_PATH_IMAGE004
为观测速度；
Figure 822193DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度，其值等于反馈速度数据
Figure 578797DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 230358DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure 337991DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数；
Figure 733200DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩，且
Figure 281993DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 432352DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数，
Figure 699385DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链，
Figure 453278DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量，其值可以等于电流环中的反馈电流（即图2中的
Figure 856578DEST_PATH_IMAGE038
）或速度环输出的q轴电流指令（即图1中的
Figure 115521DEST_PATH_IMAGE032
）。
需要说明的是，用作输入的q轴电流（
Figure 932167DEST_PATH_IMAGE022
）优选为速度环输出的q轴电流指令，这是由于基于编码器反馈的电机角速度和电流环中的反馈电流进行速度观测，得到的观测速度具有滞后性，而采用编码器反馈的电机角速度和速度环输出的q轴电流指令进行速度观测，得到的测速度具有超前性，即实现了预测速度的功能。
在一些优选实施方式中，该速度环PI振荡检测装置还包括：
第一处理模块，用于从第二个反馈速度数据开始，由前到后依次用各个反馈速度数据作为目标反馈速度数据，并用目标反馈速度数据与前一个反馈速度数据之间的平均值替代目标反馈速度数据。
在一些优选实施方式中，该速度环PI振荡检测装置还包括：
第二处理模块，用于从差值数据集的第二个差值起，由前到后依次用各个差值作为目标差值，并用该目标差值与前一个差值之间的平均值替代目标差值。
由上可知，该速度环PI振荡检测装置，通过按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障；从而能够有效检测永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
请参阅图3，本申请实施例还提供一种电子设备100，包括处理器101和存储器102，存储器102中存储有计算机程序，处理器101通过调用存储器102中存储的计算机程序，用于执行前述的速度环PI振荡检测的步骤。
其中，处理器101与存储器102电性连接。处理器101是电子设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分，通过运行或调用存储在存储器102内的计算机程序，以及调用存储在存储器102内的数据，执行电子设备的各种功能和处理数据，从而对电子设备进行整体监控。
存储器102可用于存储计算机程序和数据。存储器102存储的计算机程序中包含有可在处理器中执行的指令。计算机程序可以组成各种功能模块。处理器101通过调用存储在存储器102的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。
在本实施例中，电子设备100中的处理器101会按照如下的步骤，将一个或一个以上的计算机程序的进程对应的指令加载到存储器102中，并由处理器101来运行存储在存储器102中的计算机程序，从而实现各种功能：按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
由上可知，该电子设备，通过按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障；从而能够有效检测永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
本申请实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时运行前述的速度环PI振荡检测的步骤，以实现以下功能：按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-OnlyMemory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims (10)

1.一种速度环PI振荡检测方法，其特征在于，应用于永磁同步电机控制系统，所述速度环PI振荡检测方法包括步骤：
A1.按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；
A2. 按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；
A3.计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；
A4.根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
2.根据权利要求1所述的速度环PI振荡检测方法，其特征在于，步骤A4包括：
提取所述差值数据集中的最大值和最小值；
计算所述最大值与所述最小值的差值；
判断所述最大值与所述最小值的差值是否大于预设的保护阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
3.根据权利要求1所述的速度环PI振荡检测方法，其特征在于，所述速度观测器通过求解以下方程得到观测速度数据：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为观测速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度，其值等于反馈速度数据
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩，且
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量。
4.根据权利要求1所述的速度环PI振荡检测方法，其特征在于，步骤A3之前，还包括：
从第二个反馈速度数据开始，由前到后依次用各个反馈速度数据作为目标反馈速度数据，并用所述目标反馈速度数据与前一个反馈速度数据之间的平均值替代所述目标反馈速度数据。
5.根据权利要求1所述的速度环PI振荡检测方法，其特征在于，步骤A4之前，还包括：
从所述差值数据集的第二个差值起，由前到后依次用各个差值作为目标差值，并用所述目标差值与前一个差值之间的平均值替代所述目标差值。
6.一种速度环PI振荡检测装置，其特征在于，应用于永磁同步电机控制系统，包括：
第一获取模块，用于按预设频率周期性地获取反馈速度数据；所述反馈速度数据由编码器对永磁同步电机的转速进行测量并输出；
第二获取模块，用于按所述预设频率周期性地获取观测速度数据；所述观测速度数据由速度观测器对永磁同步电机的转速进行观测得到；
计算模块，用于计算各个所述反馈速度数据与对应的观测速度数据的差值，得到差值数据集；
判断模块，用于根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障。
7.根据权利要求6所述的速度环PI振荡检测装置，其特征在于，所述判断模块在根据所述差值数据集判断永磁同步电机是否存在速度振荡故障时，
提取所述差值数据集中的最大值和最小值；
计算所述最大值与所述最小值的差值；
判断所述最大值与所述最小值的差值是否大于预设的保护阈值；
若是，则判定永磁同步电机存在速度振荡故障，若否，则判定永磁同步电机不存在速度振荡故障。
8.根据权利要求6所述的速度环PI振荡检测装置，其特征在于，所述速度观测器通过求解以下方程得到观测速度数据：
Figure 392895DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 310035DEST_PATH_IMAGE004
为观测速度；
Figure 668203DEST_PATH_IMAGE006
为机械角速度，其值等于反馈速度数据
Figure 63412DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 940101DEST_PATH_IMAGE010
为转动惯量；
Figure 762564DEST_PATH_IMAGE012
为预设的增益系数；
Figure 29597DEST_PATH_IMAGE014
为电磁转矩，且
Figure 290814DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 959693DEST_PATH_IMAGE018
为电机极对数，
Figure 15373DEST_PATH_IMAGE020
为转子磁链，
Figure 769703DEST_PATH_IMAGE022
为定子电流在q轴的分量。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行权利要求1-5任一项所述的速度环PI振荡检测方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-5任一项所述的速度环PI振荡检测方法的步骤。
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