CN114089221A - 一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块 - Google Patents

Abstract

本申请的振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块，检测方法包括：获取并比较采样噪声幅度与控制噪声幅度：若两者之差的绝对值小于判断阈值，则向驱动电路注入扰动信号；注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三线圈电流采样序列；对第三线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；比较统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障，停止对振镜进行闭环控制。本申请能够检测振镜系统中出现的振镜定子绕组断路或定子绕组回路与驱动器接触不良导致绕组回路开路故障，并能在出现上述开路故障时及时停止对振镜闭环控制并向上位机报警。

Description

一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块

技术领域

本申请涉及振镜系统故障检测技术领域，尤其涉及一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块。

背景技术

基于振镜的激光扫描系统通常由应用控制器、振镜、振镜驱动器、激光器和电源等设备构成，系统的主要功能是根据应用场景的需求，例如：在工业激光打标或医疗激光点阵治疗等应用场景中，应用控制器产生并向振镜驱动器发送一系列连续或离散的振镜角度指令，振镜驱动器接收振镜角度指令后控制振镜偏转到预设角度，在振镜偏转到预设角度后，应用控制器控制激光器发射激光，对作业对象进行激光打标或激光点阵治疗。

图1为振镜驱动器与振镜的连接示意图。振镜驱动器与振镜通常由以下功能管脚进行连接：#1光电式角度传感器输出正极、#2光电式传感器角度输出负极、#3激光二极管正极、#4参考地、#5定子绕组正极和#6定子绕组负极。根据振镜系统的安装结构与线缆长度，通常使用一个或多个串联的物理接插件将振镜与振镜驱动器进行连接。

在振镜的定子绕组回路中，当定子绕组因生产工艺意外断路，或管脚#5或管脚#6与振镜驱动器接触不良出现开路故障时，振镜将处于失控状态，即振镜负载镜片的偏转角度停在某一随机位置且不受振镜驱动器控制。由于此时振镜的线圈电流采样瞬时值为零，且振镜偏转角度不一定处于极限位置。显然传统振镜线圈过流保护模块及偏转极限保护模块无法对该类型故障进行准确识别与报警，上层应用控制器也无法获知振镜系统发生该类型故障而及时停止激光器输出，从而导致激光能量在作业对象表面迅速累积：如二维激光扫描系统中的某一轴振镜出现该类型故障时，激光能量将在作业表面形成线状累积；或两轴振镜均出现该类型故障时，激光能量将在作业表面形成点状累积。若该类型故障发生在对人体表面进行激光点阵治疗作业或发生在对雷管进行序列号激光雕刻时，都将引发严重后果。

发明内容

本申请提供了一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块，以解决现有技术无法检测振镜系统中出现的振镜定子绕组断路、或因振镜定子绕组回路与驱动器接触不良而导致的振镜定子绕组回路开路故障的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法，所述方法包括以下步骤：

采集振镜与驱动器断开后线圈电流信号的第一线圈电流采样序列；

采集振镜系统正常工作且振镜处于静止时的第二线圈电流采样序列；

计算所述第一线圈电流采样序列的标准差，得到ADC器件对线圈电流信号的采样噪声幅度；

计算所述第二线圈电流采样序列的标准差，得到线圈电流信号的控制噪声幅度；

将所述采样噪声幅度与所述控制噪声幅度进行比较：若所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，则向驱动电路注入扰动信号；

注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三线圈电流采样序列；

对所述第三线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；

比较所述统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若所述统计分析结果小于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

当所述振镜定子绕组回路存在开路故障时，停止对振镜进行闭环控制。

进一步地，所述扰动信号表示为：

式中：a表示所述扰动信号的幅度有效值，ω表示扰动信号的角频率，t表示时间。

进一步地，将所述采样噪声幅度与所述控制噪声幅度进行比较，还包括：

若所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于所述判断阈值，则在所述预设时长内获取第四线圈电流采样序列；

对所述第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；

比较所述统计分析结果与所述绕组开路故障保护阈值：若所述统计分析结果小于或等于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜系统定子绕组回路存在开路故障；

当所述振镜定子绕组回路存在开路故障时，停止对振镜进行闭环控制。

进一步地，对所述第三线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果，包括：

计算第三线圈电流采样序列的标准差，得到统计分析结果，或者，计算所述第三线圈电流采样序列中各线圈电流采样瞬时值的绝对值之和，得到统计分析结果；

对所述第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果，包括：

计算第四线圈电流采样序列的标准差，得到统计分析结果；

或者，计算所述第四线圈电流采样序列中各线圈电流采样瞬时值的绝对值之和，得到统计分析结果。

进一步地，对所述第三线圈电流采样序列进行统计分析得到统计分析结果，还包括：

通过FFT分析方法对所述第三线圈电流采样序列进行频谱分析，得到所述第三线圈电流采样序列的频谱分布；

判断所述频谱中与所述扰动信号频率相同的频谱分量的幅度是否小于所述绕组开路故障保护阈值；

若所述频谱中与所述扰动信号频率相同的频谱分量的幅度小于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

若所述频谱中与所述扰动信号频率相同的频谱分量的幅度大于或等于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组不存在开路故障。

又一方面，本申请还提供一种振镜定子绕组回路开路故障保护模块，包括：

信号调理与采样单元，用于采集振镜与驱动器断开后线圈电流信号的第一线圈电流采样序列；以及采集振镜系统正常工作且振镜处于静止时的第二线圈电流采样序列；以及用于在注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三驱动线圈电流采样值序列；

故障识别单元，包括：

计算子单元，用于计算所述第一线圈电流采样序列的标准差，得到ADC器件对线圈电流信号的采样噪声幅度；以及计算所述第二线圈电流采样序列的标准差，得到线圈电流信号的控制噪声幅度；

第一比较子单元，用于将所述采样噪声幅度与所述控制噪声幅度进行比较：若所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，则扰动信号生成单元发送扰动使能信号，其中所述扰动使能信号用于指示向驱动电路注入扰动信号；

统计分析子单元，用于对所述第三驱动线圈电流采样值序列进行统计分析得到统计分析结果；

第二比较子单元，用于比较所述统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若所述统计分析结果小于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

扰动信号生成单元，用于在接收到扰动使能信号的情况下，向驱动电路中注入扰动信号；否则停止向驱动电路中注入扰动信号；

保护单元，用于在振镜定子绕组回路出现开路故障时，停止对振镜进行闭环控制，并输出故障信号。

进一步地，所述第一比较子单元，还用于在所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于所述判断阈值时，在所述预设时长内获取第四线圈电流采样序列；

所述统计分析子单元，还用于对所述第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；

所述第二比较子单元，还用于在所述统计分析结果小于或等于所述绕组开路故障保护阈值时，判定振镜系统定子绕组回路存在开路故障。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请提供的振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块，能够检测振镜系统中出现的振镜定子绕组断路、或因振镜定子绕组回路与驱动器接触不良而导致的定子绕组回路开路等故障；并能在振镜系统出现以上故障时，及时停止对振镜的闭环控制与驱动、并向上位机报警。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为振镜驱动器与振镜的连接示意图；

图2为传统振镜驱动器故障检测与保护系统的示意图；

图3为本实施例提供的一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图；

图4为振镜定子绕组等效模型；

图5为获得长度为N的线圈电流采样序列流程图；

图6为本实施例提供的又一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图；

图7为本实施例提供的又一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图；

图8为本实施例提供的一种振镜定子绕组回路开路故障保护模块的示意图；

图示说明：

其中，1-振镜，11-振镜侧接口，2-振镜驱动器，21-振镜驱动器侧接口，3-传感器传输线缆，4-定子绕组回路线缆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，并使本申请实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

参见图1为振镜驱动器与振镜的连接示意图；图2为传统振镜驱动器故障检测与保护系统的示意图；图3为本实施例提供的一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图；图4为振镜定子绕组等效模型；图5为获得长度为N的线圈电流采样序列流程图；图6为本实施例提供的又一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图；图7为本实施例提供的又一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图；图8为本实施例提供的一种振镜定子绕组回路开路故障保护模块的示意图。

振镜是一种负载为反射镜片的特殊的直流无刷电机，振镜驱动器通过驱动电路对振镜的偏转角度进行精确控制。图1为振镜驱动器2与振镜1的连接示意图。振镜1与振镜驱动器2通常由以下功能管脚进行连接：#1光电式角度传感器输出正极、#2光电式传感器角度输出负极、#3激光二极管正极、#4参考地、#5定子绕组正极和#6定子绕组负极。其中，功能管脚#1光电式角度传感器输出正极、#2光电式传感器角度输出负极、#3激光二极管正极和#4参考地通过传感器传输线缆3与振镜驱动器侧接口11连接，功能管脚#5定子绕组正极和#6定子绕组负极通过振镜定子绕组回路线缆4与振镜侧接口11连接，进一步振镜侧接口11与振镜驱动器侧接口21连接，实现振镜1与振镜驱动器2之间的连接。

传统振镜驱动器设置有过流保护模块、偏转极限保护模块和接口脱落故障判断模块，用来实现对振镜的保护功能。其中过流保护模块、偏转极限保护模块和接口脱落故障判断模块在驱动器中与各部件间的关系如图2所示。

振镜过流保护模块的功能是通过信号整定及定时积分模块对线圈电流信号交替进行时间长度为t的积分与复位，并利用比较器将积分值与设定阈值相比较，当积分值大于设定阈值时，输出振镜过流报警信号，公式如下所示：

式中：out为振镜线圈过流保护模块输出值，假设1为系统过流故障，0为系统正常，i_tcoil(t)为线圈电流信号，I_threhold为过流判断阈值，且I_threhold>0。

偏转极限保护模块则将振镜角度信号与设定阈值相比较，由于振镜存在正反两个偏转极限，因此在比较时需要将振镜角度信号分别与正极限阈值、负极限阈值同时进行比较，公式如下：

式中：out为偏转极限保护模块输出值，假设1为系统过流故障，0为系统正常，V(t)为振镜角度信号，

为正极限判断阈值，且

为负极限判断阈值，且

振镜驱动器上的接口脱落故障判断模块基于传感器中光电池组在接口未断开时，输出电压总大于零的原理，通常使用#1传感器A组输出或#2传感器B组输出电压与一个小设定阈值电压进行比较的方式对接口脱落故障进行判断，以利用#1传感器A组输出电压为例的公式如下：

式中：out为接口脱落故障判断模块输出值，假设1为系统过流故障，0为系统正常，

为电压判断阈值。

逻辑运算模块对过流保护模块、偏转极限保护模块、接口脱落故障判断模输出信号进行逻辑或运算：当上述任意一个故障判断模块输出为1时，逻辑运算模块输出的故障信号为1，否则为0。

振镜系统中通常使用一个或多个串联的物理接插件将振镜与振镜驱动器进行连接。在振镜的定子绕组回路中，当定子绕组因生产工艺意外断路，或管脚#5或管脚#6与振镜驱动器接触不良出现开路故障时，振镜将处于失控状态，此时振镜线圈电流的采样为零，但振镜传感器回路工作正常，且振镜偏转角度不一定处于极限位置。显然根据公式(1)、公式(2)与公式(3)可知，上述传统振镜故障保护的相关模块无法对该种开路故障进行准确识别与报警，上层应用控制器也因无法获知振镜开路故障而不能及时停止激光输出。

因此，本申请提供一种针对振镜系统的振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块，以解决现有技术无法检测振镜系统中出现的振镜定子绕组断路、或定子绕组回路与驱动器接触不良导致绕组回路开路故障的问题。

振镜系统正常工作中，当振镜处于暂态响应阶段时，即振镜控制指令信号为AC信号，振镜的线圈电流采样瞬时值始终大幅度超过ADC的采样噪声；而当振镜处于静止阶段时，即振镜控制指令为DC信号时，振镜的线圈电流采样瞬时值与ADC采样噪声较为接近，无法直接通过对线圈电流采样瞬时值的幅度大小判断是否出现定子绕组回路开路故障。因此，振镜控制指令为DC信号时是振镜定子绕组回路开路故障识别模块的最差工况，具体实施例一将先以此工况为基础进行开路故障检测。

具体实施例一

本具体实施例提供一种振镜定子绕组回路开路故障的检测方法，参见图3为本实施例提供的一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S1，采集振镜与驱动器断开后线圈电流信号的第一线圈电流采样序列，计算第一线圈电流采样序列的标准差，得到ADC器件对线圈电流信号的采样噪声幅度。

当振镜的驱动线圈开路(即振镜与驱动器断开)后，由于没有电流流经驱动器上的电流变送模块，此种状态下振镜的驱动线圈的第一线圈电流采样序列只由数学期望为零且标准差较小的ADC器件采样噪声构成。

步骤S2，采集振镜系统正常工作且振镜处于静止时的第二线圈电流采样序列，计算第二线圈电流采样序列的标准差，得到线圈电流信号的控制噪声幅度。在振镜系统正常工作条件下，当振镜角度指令为DC信号时，也就是振镜处于静止状态，由于偏转角度闭环控制模块的作用，此种状态下振镜的驱动线圈的第二线圈电流采样序列由一组由数学期望为零且标准差与控制环路的参数/结构相关的本底噪声、以及一组数学期望为零且标准差较小的ADC器件采样噪声叠加构成。

需要说明是，步骤S1与步骤S2调换顺序也不影响振镜定子绕组回路开路故障的检测。

步骤S3，将采样噪声幅度与控制噪声幅度进行比较：若控制噪声幅度与采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，则向驱动电路注入扰动信号；若控制噪声幅度与采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于判断阈值，则无需注入扰动信号。

判断阈值是提前设定的，用来判断控制噪声幅度与采样噪声幅度的大小关系。

如果控制噪声幅度与采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，即驱动器正常工作且振镜驱动器的控制信号为DC信号，因为此状态下线圈电流采样值与ADC器件采样噪声幅度较为接近，所以无法通过线圈电流采样瞬时值的幅度对振镜定子绕组开路故障进行可靠识别。

因此，为了识别驱动器正常工作且振镜驱动器的控制信号为DC信号的状态下，振镜定子绕组回路是否存在开路故障，向驱动电路中注入下式所示的周期扰动信号，以改变线圈电流采样值的统计分析结果，协助定子绕组回路开路故障的检测。该扰动信号生成公式表示为：

式中：a表示扰动信号的幅度有效值，ω表示扰动信号的角频率，t表示时间。

设振镜控制信号为直流信号，根据图4所示的振镜定子绕组等效模型与控制理论可知，此时定子绕组电流表达式如下：

式中：R_coil表示振镜定子绕组的电阻，L_coil表示振镜定子绕组的电感。

对线圈电流进行采样，获取一定长度的第三线圈电流采样序列，进而通过标准差计算公式获得注入扰动信号后的振镜系统的控制噪声幅度σ(I_control[t])。通过确保下式成立的条件下，可评估扰动信号所需有效值幅度及角频率：

|σ(I_control[t])-σ(I_sample[t])|＞I_threhold 公式(6)

式中：σ(I_sample[t])为采样噪声幅度，I_threhold为绕组开路故障保护阈值。

步骤S4，注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三线圈电流采样序列。或者，无需注入扰动信号，直接在预设时长内获取第四线圈电流采样序列即可，需要说明的是，在控制噪声幅度与采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于设定判断阈值的情况下，无需注入扰动信号。

如图5所示，在预设时长内获取第三线圈电流采样序列，具体包括以下步骤：

预设采样次数N；

将电流采样序列存储区域清零、采样计数器清零n＝0；

在驱动器正常工作模式下对线圈电流进行采样，获得当前驱动线圈的电流采样值；

将预设采样次数N与采样计数器的采样次数n进行比较：当采样次数n小于预设采样次数N时，将采样计数器更新为n＝n+1，并继续进行“对线圈电流进行采样”及其以后的步骤，直至采样次数n等于预设采样次数N；

当采样次数n等于预设采样次数N时，将获取的多个电流采样值组成第三线圈电流采样序列。

需要说明的是，第三线圈电流采样序列是在驱动器正常工作模式下且在注入扰动信号后，对线圈电流进行采样得到的；而第四线圈电流采样序列是在驱动器正常工作下对线圈电流进行采样得到的。获取第四线圈电流采样序列的步骤与获取第三线圈电流采样序列的步骤相同，不再赘述。

步骤S5，在注入扰动信号的情况下，对第三线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果。或者，在不注入扰动信号的情况，对第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果。

具体为，计算第三线圈电流采样序列的标准差，作为统计分析结果。

或者，计算第四线圈电流采样序列的标准差，作为统计分析结果。

步骤S6，比较统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若统计分析结果小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜系统定子绕组回路存在开路故障。其中，统计分析结果为第三线圈电流采样序列的标准差或第四线圈电流采样序列的标准差。

具体为，提前预设绕组开路故障保护阈值，并比较第三线圈电流采样序列的标准差与绕组开路故障保护阈值。

若第三线圈电流采样序列的标准差小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；若第三线圈电流采样序列的标准差不小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜系统驱动线圈没有开路故障。

或者，提前预设绕组开路故障保护阈值，并比较第四线圈电流采样序列的标准差与绕组开路故障保护阈值。

若第四线圈电流采样序列的标准差小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；若第四线圈电流采样序列的标准差不小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜系统驱动线圈没有开路故障。

步骤S7，当振镜定子绕组回路存在开路故障时，停止对振镜闭环控制，还可同时向上位机报警。

具体实施例二

在具体实施例一的基础上，对步骤“对第三线圈电流采样序列进行统计分析得到统计分析结果”提供又一种实施方式。

如图6所示，计算第三线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和，作为统计分析结果。

进一步，将第三线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和与绕组开路故障保护阈值进行比较：若第三线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；若第三线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和不小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路没有出现开路故障。

在具体实施例一的基础上，对步骤“对第四线圈电流采样序列进行统计分析得到统计分析结果”提供又一种实施方式：

计算第四线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和，作为统计分析结果。

进一步，将第四线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和与绕组开路故障保护阈值进行比较：若第四线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；若第四线圈电流采样序列中各电流采样瞬时值的绝对值之和不小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路没有出现开路故障。

该种统计分析方法避免了在线圈电流序列采样完毕后对序列标准差的计算步骤，可以随着电流采样循环对电流采样瞬时值进行累加，提高了整体运算效率。

具体实施例三

在具体实施例一的基础上，如图7所示，对步骤“对第三线圈电流采样序列进行统计分析得到统计分析结果”提供又一种实施方式：

通过FFT分析方法对第三线圈电流采样序列进行频谱分析，得到电流采样序列的频谱。其中，FFT是离散傅立叶变换的快速算法，可以将线圈电流采样信号变换到频域。当注入周期扰动信号后，振镜定子绕组回路断开时，无电流流经电流变送器，此时采样电流信号中与扰动信号频率相同的频谱分量的幅度将小于设定阈值。否则，无论控制环路的效果如何，采样信号中与扰动信号相同的频率分量的幅值将大于设定阈值。基于此原理可更准确的识别振镜定子线圈回路是否存在开路故障，具体为：

判断频谱中与周期扰动信号频率相同的频谱分量的幅度是否小于绕组开路故障保护阈值：若频谱中与扰动信号频率相同的频谱分量的幅度小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜系统驱动线圈存在开路故障；若频谱中与扰动信号频率相同的频谱分量的幅度大于或等于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组不存在开路故障。

具体实施例四

如图8所示，本实施例提供一种振镜定子绕组回路开路故障保护模块，包括：

信号调理与采样单元，用于采集振镜与驱动器断开后线圈电流信号的第一线圈电流采样序列；以及采集振镜系统正常工作且振镜处于静止时的第二线圈电流采样序列；以及用于在注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三驱动线圈电流采样值序列；

故障识别单元，包括：

计算子单元，用于计算第一线圈电流采样序列的标准差，得到ADC器件对线圈电流信号的采样噪声幅度；以及计算第二线圈电流采样序列的标准差，得到线圈电流信号的控制噪声幅度；

第一比较子单元，用于将采样噪声幅度与控制噪声幅度进行比较：若控制噪声幅度与采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，则扰动信号生成单元发送扰动使能信号，其中扰动使能信号用于指示扰动信号生成单元向驱动电路注入扰动信号；

统计分析子单元，用于对第三驱动线圈电流采样值序列进行统计分析得到统计分析结果；

第二比较子单元，用于比较统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若统计分析结果小于绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

扰动信号生成单元，用于在接收到扰动使能信号的情况下，向驱动电路中注入扰动信号；否则停止向驱动电路中注入扰动信号；

保护单元，用于在振镜定子绕组回路出现开路故障时，停止对振镜进行闭环控制，并输出故障信号。

进一步地，第一比较子单元，还用于在控制噪声幅度与采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于判断阈值，在预设时长内获取第四线圈电流采样序列。

统计分析子单元，还用于对第四驱动线圈电流采样值序列进行统计分析得到统计分析结果。

第二比较子单元，还用于在所述统计分析结果小于或等于所述绕组开路故障保护阈值时，判定振镜系统定子绕组回路存在开路故障。

定子绕组回路开路故障保护模块还包括振镜线圈电流信号转换单元，用于将流经振镜定子绕组的电流转换为电压信号。一般采用采样电阻或霍尔传感器等装置进行转换。

如图8所示出的，定子绕组回路开路故障保护模块还可用于将定子绕组回路开路故障信号传输至逻辑运算模块。逻辑运算模块对过流保护模块、偏转极限保护模块、接口脱落故障判断模块和定子绕组回路开路故障保护模块的输出信号进行逻辑运算：当上述任意一个故障判断模块输出为1时，逻辑运算模块输出的故障信号为1，否则为0。

本申请提供了针对振镜系统的振镜定子绕组回路开路故障检测方法及保护模块，能够检测振镜系统中出现的振镜定子绕组断路或定子绕组回路与驱动器接触不良导致绕组回路开路故障，并能在出现接触不良开路故障时及时停止对振镜进行闭环控制、并向上位机报警。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种振镜定子绕组回路开路故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

采集振镜与驱动器断开后线圈电流信号的第一线圈电流采样序列；

采集振镜系统正常工作且振镜处于静止时的第二线圈电流采样序列；

计算所述第一线圈电流采样序列的标准差，得到ADC器件对线圈电流信号的采样噪声幅度；

计算所述第二线圈电流采样序列的标准差，得到线圈电流信号的控制噪声幅度；

将所述采样噪声幅度与所述控制噪声幅度进行比较：若所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，则向驱动电路注入扰动信号；

注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三线圈电流采样序列；

对所述第三线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；

比较所述统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若所述统计分析结果小于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

当所述振镜定子绕组回路存在开路故障时，停止对振镜进行闭环控制。

2.如权利要求1所述的振镜定子绕组回路开路故障检测方法，其特征在于，

所述扰动信号表示为：

式中：a表示所述扰动信号的幅度有效值，ω表示扰动信号的角频率，t表示时间。

3.如权利要求1所述的振镜定子绕组回路开路故障检测方法，其特征在于，将所述采样噪声幅度与所述控制噪声幅度进行比较，还包括：

若所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于所述判断阈值，则在所述预设时长内获取第四线圈电流采样序列；

对所述第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；

比较所述统计分析结果与所述绕组开路故障保护阈值：若所述统计分析结果小于或等于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜系统定子绕组回路存在开路故障；

当所述振镜定子绕组回路存在开路故障时，停止对振镜进行闭环控制。

4.如权利要求3所述的振镜定子绕组回路开路故障检测方法，其特征在于，对所述第三线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果，包括：

计算第三线圈电流采样序列的标准差，得到统计分析结果，或者，计算所述第三线圈电流采样序列中各线圈电流采样瞬时值的绝对值之和，得到统计分析结果；

对所述第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果，包括：

计算第四线圈电流采样序列的标准差，得到统计分析结果；

或者，计算所述第四线圈电流采样序列中各线圈电流采样瞬时值的绝对值之和，得到统计分析结果。

5.如权利要求1所述的振镜定子绕组回路开路故障检测方法，其特征在于，对所述第三线圈电流采样序列进行统计分析得到统计分析结果，还包括：

通过FFT分析方法对所述第三线圈电流采样序列进行频谱分析，得到所述第三线圈电流采样序列的频谱分布；

判断所述频谱中与所述扰动信号频率相同的频谱分量的幅度是否小于所述绕组开路故障保护阈值；

若所述频谱中与所述扰动信号频率相同的频谱分量的幅度小于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

若所述频谱中与所述扰动信号频率相同的频谱分量的幅度大于或等于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组不存在开路故障。

6.一种振镜定子绕组回路开路故障保护模块，其特征在于，包括：

信号调理与采样单元，用于采集振镜与驱动器断开后线圈电流信号的第一线圈电流采样序列；以及采集振镜系统正常工作且振镜处于静止时的第二线圈电流采样序列；以及用于在注入扰动信号之后，在预设时长内获取第三驱动线圈电流采样值序列；

故障识别单元，包括：

计算子单元，用于计算所述第一线圈电流采样序列的标准差，得到ADC器件对线圈电流信号的采样噪声幅度；以及计算所述第二线圈电流采样序列的标准差，得到线圈电流信号的控制噪声幅度；

第一比较子单元，用于将所述采样噪声幅度与所述控制噪声幅度进行比较：若所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值小于判断阈值，则扰动信号生成单元发送扰动使能信号，其中所述扰动使能信号用于指示向驱动电路注入扰动信号；

统计分析子单元，用于对所述第三驱动线圈电流采样值序列进行统计分析得到统计分析结果；

第二比较子单元，用于比较所述统计分析结果与绕组开路故障保护阈值：若所述统计分析结果小于所述绕组开路故障保护阈值，则判定振镜定子绕组回路存在开路故障；

扰动信号生成单元，用于在接收到扰动使能信号的情况下，向驱动电路中注入扰动信号；否则停止向驱动电路中注入扰动信号；

保护单元，用于在振镜定子绕组回路出现开路故障时，停止对振镜进行闭环控制，并输出故障信号。

7.如权利要求6所述的振镜定子绕组回路开路故障保护模块，其特征在于，

所述第一比较子单元，还用于在所述控制噪声幅度与所述采样噪声幅度之差的绝对值等于或大于所述判断阈值时，在所述预设时长内获取第四线圈电流采样序列；

所述统计分析子单元，还用于对所述第四线圈电流采样序列进行统计分析，得到统计分析结果；

所述第二比较子单元，还用于在所述统计分析结果小于或等于所述绕组开路故障保护阈值时，判定振镜系统定子绕组回路存在开路故障。

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