CN113049956B - 电机的堵转检测方法、装置及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电机技术领域，提供了一种电机的堵转检测方法、装置及终端设备，该方法包括：获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；对三相电压数据和三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。本申请能够直接通过磁通估算器计算的磁通数据大小来确定电机是否堵转，不需要额外的硬件采集和处理电路，且计算量小，从而解决电机堵转检测过程复杂的问题，提高电机堵转的检测效率。

Description

电机的堵转检测方法、装置及终端设备

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种电机的堵转检测方法、装置及终端设备。

背景技术

当下新能源汽车的普及率越来越高，在电动汽车中，电机控制的重要性不言而喻，不管是用于驱动的有位置传感器的主驱电机，还是用作各种泵的基于无位置传感器的辅助类驱动电机，对电动汽车的正常运行都起着至关重要的作用，例如高压水泵、油泵、气泵等这些辅驱电机在发生堵转的情况下，若不能及时进行判断保护，并上报上层控制器，将会影响新能源汽车的正常运行，严重时可能导致电机烧毁，车辆不能正常运行。

当前对于无位置传感器的车载永磁同步电机的堵转判断法主要有基于电机控制器硬件采样信号的判断法和基于软件的判断方法。基于硬件采集信号的判断法例如通过一个特殊的硬件电路结合采集电流来判断电机堵转，但是该方法容易受到外界干扰信号的影响，进而影响检测精度和结果。基于软件的判断法通常需要通过获取的定子电流角度和转子磁链的角度差值，结合时间判断电机是否处于堵转状态，该方法计算量较大，增加了处理器的负载率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电机的堵转检测方法、装置及终端设备，以解决现有技术中电机堵转判断计算工作量大，过程复杂的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种电机的堵转检测方法，包括：

获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；

对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；

将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；

将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。

本发明实施例的第二方面提供了一种电机的堵转检测装置，包括：

数据获取模块，用于获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；

坐标变换模块，用于对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；

磁通数据计算模块，用于将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；

堵转检测模块，用于将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述电机的堵转检测方法的步骤。

本发明实施例的第四方面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如上所述电机的堵转检测方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例首先获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；然后对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；最后将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。本实施例能够直接通过磁通估算器计算的磁通数据大小来确定电机是否堵转，不需要额外的硬件采集和处理电路，且计算量小，从而解决电机堵转检测过程复杂的问题，提高电机堵转的检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的电机的堵转检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的磁链估算分析用的永磁同步电机瞬态等效电路示意图；

图3是本发明实施例提供的电机的堵转检测装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

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，以便透彻理解本发明实施例。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发明。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发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

在一个实施例中，如图1所示，图1示出了本实施例提供的一种电机的堵转检测方法的实现流程，其过程详述如下：

S101：获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据。

在本实施例中，目标电机可以为永磁同步电机，本实施例的执行主体为目标电机的电机控制器，电机控制器分别与电机及上层控制器连接，电机控制器用于获取上层控制器的控制指令，并基于控制指令控制目标电机，电机控制器还可以获取电机反馈的数据，并上传反馈数据至上层控制器。

具体地，电机控制器通过数据采集模块采集目标电机的三相电压数据和三相电流数据。电机控制器控制方式为无传感的空间矢量控制方式。堵转检测需结合电机运行状态进行判断，可以在电机和电机控制器的额定工作电压下进行。

S102：对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据。

在本实施例中，对三相电压数据和三相电流数据进行Clark变换，得到a轴电压数据和β轴电压数据，a轴电流数据和β轴电流数据。

S103：将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据。

在本实施例中，磁链估算器工作在电机控制器的主中断函数中，以实现快速准确的检测。

在一个实施例中，上述S103的具体实现流程包括：

S201：获取所述目标电机的本体数据；

S202：根据所述目标电机的本体数据，所述电压数据和所述电流数据由αβ坐标系转换至dq坐标系。

具体地，如图2所示，图2示出了磁链估算分析用的永磁同步电机瞬态等效电路图，图2中，w_r表示转子电角速度，L_d表示d轴电感，i_d表示d轴电流，ψ_af表示永磁体产生的电枢磁链；由电机瞬态等效电路可知，在正弦稳态下，dq坐标系下的电压分量方程为

其中，u_d表示所述d轴电压，i_d表示所述d轴电流，u_q表示所述q轴电压，i_q表示所述q轴电流，R_s表示目标电机的定子电阻，L_q表示q轴电感，L_d表示d轴电感，e₀表示感应电动势，w_r表示转子电角度。

S203：将所述目标电机的本体数据、所述dq坐标系下的电压数据和电流数据输入磁通估算公式，得到所述磁通数据。

在一个实施例中，所述本体数据包括目标电机的定子电阻；所述磁通数据包括q轴磁通数据；

所述磁通估算公式为：

ψ_q＝∫(u_q-R_s*i_q)dt；

其中，ψ_q表示所述q轴磁通数据，u_q表示所述q轴电压，i_q表示所述q轴电流，R_s表示所述目标电机的定子电阻。

在本实施例中，q轴磁通数据为磁通中表示转矩的部分，因此本实施例提取q轴磁通数据用来进行堵转检测，能够提高堵转检测的准确性。

S104：将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。

在一个实施例中，上述S104的具体实现流程包括：

S301：判断当前时刻的磁通标幺值是否在所述预设数值范围内；

S302：若当前时刻的磁通标幺值在所述预设数值范围内，则将当前时刻作为起点，判断所述起点后预设时间内得到的磁通标幺值是否均在所述预设数值范围内；

S303：若所述起点后预设时间内得到的磁通标幺值均在所述预设数值范围内，则判定所述目标电机发生堵转。

在本实施例中，在获取到q轴磁通数据之后，将q轴磁通数据转换为标幺值。

在本实施例中，预设数值范围为前期通过实验获取的数值范围。

具体地，预设数据范围的获取过程包括：

在系统额定电压下，电机控制器接收上层控制器的指令，使电机控制器处于待机、运行、停止等状态。当电机控制器处于运行状态时，借助电机本体参数，在电机控制器的主函数中，磁链估算器实时估算转矩磁通A。由电机的本体数据可知电机额定转速n0和最高转速nmax。依据最高转速nmax把电机转速分为高低中三个转速段，代表转速分别是低转速n1，中转速n2，高转速n3。然后确定堵转转矩磁通的大致范围。给定低转速指令n1，记录此时的堵转反馈磁链标幺值A1；给定中转速指令n2，记录此时的堵转反馈磁链标幺值A2；给定高转速指令n3，记录此时的堵转反馈磁链标幺值A3，在额定转速n0和最高转速nmax下也记录此时的堵转反馈磁链标幺值A0及A4，进而求得这几种情况下的磁通均值A。重复以上步骤，得出A的区间范围为[Amin，Amax]，并将A的区间范围作为预设数值范围。

在一个实施例中，在上述S104之后，所述方法还包括：

若判定所述目标电机发生堵转，则触发所述目标电机的堵转保护。

在本实施例中，电机控制器接收上层控制器的运行指令，并根据运行指令控制电机运行，在电机处于运行状态下，磁链估算器实时估算磁通标幺值A，并进行判断，若A不在[Amin，Amax]内，则返回继续判断，若A在[Amin，Amax]内，则触发计时器开始计时，确定A在[Amin，Amax]内的持续时间，若持续时间T不大于预设时间T0，则重新返回磁通判断步骤继续进行磁通判断，若否则则触发电机堵转故障标志位，触发堵转保护，并通过CAN通信及时向上层控制器上报堵转故障，上层控制器的堵转保护策略也可以及时干预，保护整个系统，使其处于可控状态。

在本实施例中，上述过程中采集的数据及传输的信号均采取硬件隔离的措施。

从上述实施例可知，本发明实施例首先获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；然后对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；最后将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。本实施例能够直接通过磁通估算器计算的磁通数据大小来确定电机是否堵转，不需要额外的硬件采集和处理电路，且计算量小，从而解决了电机堵转检测过程复杂的问题，提高电机堵转的检测效率。

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，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一个实施例中，如图3所示，图3示出了本实施例提供的电机的堵转检测装置100的结构，其包括：

数据获取模块110，用于获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；

坐标变换模块120，用于对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；

磁通数据计算模块130，用于将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；

堵转检测模块140，用于将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。

在一个实施例中，所述磁通数据计算模块130包括：

本体数据获取单元，用于获取所述目标电机的本体数据；

数据转换单元，用于根据所述目标电机的本体数据，所述电压数据和所述电流数据由αβ坐标系转换至dq坐标系；

磁通数据计算单元，用于将所述目标电机的本体数据、所述dq坐标系下的电压数据和电流数据输入磁通估算公式，得到所述磁通数据。

在一个实施例中，所述本体数据包括目标电机的定子电阻；所述磁通数据包括q轴磁通数据；

所述磁通估算公式为：

ψ_q＝∫(u_q-R_s*i_q)dt；

其中，ψ_q表示所述q轴磁通数据，u_q表示所述q轴电压，i_q表示所述q轴电流，R_s表示所述目标电机的定子电阻。

在一个实施例中，堵转检测模块140包括：

标幺值判断单元，用于判断当前时刻的磁通标幺值是否在所述预设数值范围内；

持续判断单元，用于若当前时刻的磁通标幺值在所述预设数值范围内，则将当前时刻作为起点，判断所述起点后预设时间内得到的磁通标幺值是否均在所述预设数值范围内；

堵转判断单元，用于若所述起点后预设时间内得到的磁通标幺值均在所述预设数值范围内，则判定所述目标电机发生堵转。

在一个实施例中，本实施例提供的电机的堵转检测装置100还包括：

堵转保护触发模块，用于若判定所述目标电机发生堵转，则触发所述目标电机的堵转保护。

本发明实施例首先获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；然后对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；最后将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。本实施例能够直接通过磁通估算器计算的磁通数据大小来确定电机是否堵转，不需要额外的硬件采集和处理电路，且计算量小，从而解决了电机堵转检测过程复杂的问题，提高电机堵转的检测效率。

图4是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图4所示，该实施例的终端设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个电机的堵转检测方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至104。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块110至140的功能。

所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述终端设备4中的执行过程。

所述终端设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端设备4的示例，并不构成对终端设备4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，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，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41可以是所述终端设备4的内部存储单元，例如终端设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述终端设备4的外部存储设备，例如所述终端设备4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41还可以既包括所述终端设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器41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。

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发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元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。

所述集成的模块/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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来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可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机的堵转检测方法，其特征在于，包括：

获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；

对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；

将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；其中，所述磁通数据包括q轴磁通数据；

将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。

2.如权利要求1所述的电机的堵转检测方法，其特征在于，所述将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据，包括：

获取所述目标电机的本体数据；

根据所述目标电机的本体数据，将所述电压数据和所述电流数据由αβ坐标系转换至dq坐标系；

将所述目标电机的本体数据、所述dq坐标系下的电压数据和电流数据输入磁通估算公式，得到所述磁通数据。

3.如权利要求2所述的电机的堵转检测方法，其特征在于，所述本体数据包括目标电机的定子电阻；所述磁通数据包括q轴磁通数据；

所述磁通估算公式为：

ψ_q＝∫(u_q-R_s*i_q)dt；

其中，ψ_q表示所述q轴磁通数据，u_q表示所述q轴电压，i_q表示所述q轴电流，R_s表示所述目标电机的定子电阻。

4.如权利要求1所述的电机的堵转检测方法，其特征在于，所述基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转，包括：

判断当前时刻的磁通标幺值是否在所述预设数值范围内；

若当前时刻的磁通标幺值在所述预设数值范围内，则将当前时刻作为起点，判断所述起点后预设时间内得到的磁通标幺值是否均在所述预设数值范围内；

若所述起点后预设时间内得到的磁通标幺值均在所述预设数值范围内，则判定所述目标电机发生堵转。

5.如权利要求1所述的电机的堵转检测方法，其特征在于，在所述基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转之后，所述方法还包括：

若判定所述目标电机发生堵转，则触发所述目标电机的堵转保护。

6.一种电机的堵转检测装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取目标电机的三相电压数据和三相电流数据；

坐标变换模块，用于对所述三相电压数据和所述三相电流数据进行Clark变换，得到αβ坐标系下的电压数据和电流数据；

磁通数据计算模块，用于将αβ坐标系下的电压数据和电流数据输入磁链估算器，得到磁通数据；

堵转检测模块，用于将所述磁通数据转换为磁通标幺值，并基于所述磁通标幺值和预设数值范围确定所述目标电机是否发生堵转。

7.如权利要求6所述的电机的堵转检测装置，其特征在于，所述磁通数据计算模块包括：

本体数据获取单元，用于获取所述目标电机的本体数据；

数据转换单元，用于根据所述目标电机的本体数据，所述电压数据和所述电流数据由αβ坐标系转换至dq坐标系；

磁通数据计算单元，用于将所述目标电机的本体数据、所述dq坐标系下的电压数据和电流数据输入磁通估算公式，得到所述磁通数据。

8.如权利要求7所述的电机的堵转检测装置，其特征在于，所述本体数据包括目标电机的定子电阻；所述磁通数据包括q轴磁通数据；

所述磁通估算公式为：

ψ_q＝∫(u_q-R_s*i_q)dt；

其中，ψ_q表示所述q轴磁通数据，u_q表示所述q轴电压，i_q表示所述q轴电流，R_s表示所述目标电机的定子电阻。

9.一种终端设备，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5任一项所述方法的步骤。

10.一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5任一项所述方法的步骤。

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