CN114102589A - 一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，包括：伺服装置检测出电机的U相、V相或W相的任一项缺相，发出警示，并停机；手动转动电机，伺服装置实时检测，当电机转动到可控位置时伺服装置提示当前位置可以进行电机控制的信号显示；伺服装置启动缺相电机程序，控制电机运行到方便更换电机的位置，运行期间允许电机的速度波动和电流波动超出比电机不缺相正常运行时的波动范围。本发明基于可控位置检测的电机缺相的控制方法，可帮助操作人员更易于更换缺相故障电机。轻微的手动转动电机，让电机处于可控位置，然后伺服装置通过运行缺相电机程序控制电机转动到易于更换电机的位置，可极大的提高更换电机的效率。

Description

一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法

技术领域

本发明涉及工业机器人永磁同步电机控制技术领域，具体的说，是一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法。

背景技术

现有技术中存在许多检测电机缺相或者伺服装置缺相的方法，检测到电机或者伺服装置缺相，然后作为停机处理；但实际上，当电机或者伺服装置缺相时，电机会停止在缺相故障发生时的位置附近，此时我们需要更换电机或者检测伺服装置。而电机在缺相停止在某个位置的时候往往是不适合更换电机的位置。通常处理方法是由操作人员将就出现电机缺相故障的位置，较为费劲的通过人力去更换电机。如何在电机或者伺服装置缺相时控制电机或者机械装置转动到好更换电机的位置，使操作人员更易于更换缺相故障电机，提高更换电机的效率，现有技术中尚没有一种当电机缺相或者伺服装置缺相时的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，用于解决现有技术中电机出现缺相故障或者伺服装置出现缺相故障时电机停止位置不适合更换电机、更换电机费力且效率低的问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，包括：

步骤S100、伺服装置检测出电机的U相、V相或W相的任一项缺相；

步骤S200、若伺服装置检测出电机缺相停机，未处于可控位置时，还需要手动转动电机，伺服装置实时检测，当电机转动到可控位置时伺服装置提示当前位置可以进行电机控制的信号显示；

步骤S300、伺服装置实时检测电机，电机在可控位置时，伺服装置启动缺相电机程序，控制电机运行到方便更换电机的位置，运行期间允许电机的速度波动和电流波动超出比电机不缺相正常运行时的波动范围。

伺服装置(控制电机转动的伺服驱动器)根据采集的编码器信息得到电机的转速、电流和位置，判断是否出现电机缺相，当检测到电机缺相时，伺服装置给出电机缺相故障提示，并控制电机停止，伺服装置进入停止运行状态(不发PWM波)。手动转动电机，伺服装置实时采集电机的编码器位置判断手动转动电机的位置，当电机转动到不缺相正常控制时的过零点附近，此时为电机缺相的可控角度，此时为电机缺相的可控位置。伺服装置显示当前位置可以进行电机控制。伺服装置启动运行缺相电机程序，由于电机缺相运行与电机正常运行存在一定的差异，转速波动及电流波动比正常运行时波动大，因此，缺相电机程序中扩大了允许电机速度波动及电流波动的范围，控制电机运行到方便更换电机的位置。

所述步骤S100中伺服装置检测电机的U相、V相和W相缺相的方法为：

当伺服装置检测出电机U相电流值采集值为0且电角度不在-11°～11°且不在169°～191°时，则判定为U相缺相；

当伺服装置检测出电机V相电流值采集值为0且电角度不在109°～131°且不在289°～311°附近时，则判定为V相缺相；

当伺服装置检测出电机W相电流值采集值为0且电角度不在49°～71°且不在229°～251°附近时，则判定为W相缺相。

由于电机缺相最直观的表现是电流为0，而单纯的电流值检测会带来误判，因此本发明在检测电机缺相时，结合了电流检测和电角度检测，排除了电机正常运行时电流为零的点，避免了误报。电机不缺相运行时电流的过零点附近即可控位置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明基于可控位置检测的电机缺相的控制方法，可帮助操作人员更易于更换缺相故障电机。轻微的手动转动电机，让电机处于可控位置，然后伺服装置通过运行缺相电机程序控制电机转动到易于更换电机的位置，可极大的提高更换电机的效率。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明电机电角度与U相、V相和W相的关系图；

图3为本发明检测电机U相缺时需避开的检测点示意图；

图4为本发明检测电机V相缺相时需避开的检测点示意图；

图5为本发明检测电机W相缺相时需避开的检测点示意图；

图6为本发明电机在可控位置时，伺服装置启动缺相电机程序的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

结合附图1所示，一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，包括：

步骤S100、伺服装置检测出电机的U相、V相或W相的任一项缺相，发出警示，并停机；

步骤S200、手动转动电机，伺服装置实时检测，当电机转动到可控位置时伺服装置提示当前位置可以进行电机控制的信号显示；若电机因缺相停机在可控位置时，无需进行S200这一操作步骤，而直接跳转步骤S300。

具体地操作人员手动稍微转动缺相电机或缺相电机所附带的机械轴；在1个电角度转动周期内将出现可以进行控制的位置，此时伺服装置给出可以控制缺相电机运行的信息。操作人员即完成手动转动电机到特定角度。

可控位置的判断：电机不缺相正常控制时的那些过零点，即电机可以进行控制的点，这些点统称为可控位置。比如对于U相，在U相缺相和U相不缺相时，在电角度为0的位置和电角度为180度的位置，缺不缺相，采集的电流都是0，那么此时如果以较大给定速度去控制电机，那么电机是能够转动的。因为，逆变器在电角度为0和180度的点，V相占空比和W相占空比开的较大，此时需要V相和W相最给力，输出的电流最大，电机必然转动。电机启动之后，就可以由V相和W相共同出力使电机转动。

由于缺少了一相，电机的转速可能会波动的比正常控制时稍大，电流也会稍大，但这并不影响控制电机到预定位置。因此电机U相缺相可控的点为电角度为0度及180度附近的点。电机V相缺相可控的点为电教度为120度及300度附近的点。电机W相缺相可控的点为电教度为60度及240度附近的点。当处于可控位置时，给出可控信息，一般伺服是以通信的方式告诉上位机或显示界面或者相应的指示灯，明确可以进行电机控制了。

步骤S300、伺服装置启动缺相电机程序，控制电机运行到方便更换电机的位置，运行期间允许电机的速度波动和电流波动超出比电机不缺相正常运行时的波动范围。

伺服装置(控制电机转动的伺服驱动器)根据采集的编码器信息得到电机的转速、电流和位置，判断是否出现电机缺相，当检测到电机缺相时，伺服装置给出电机缺相故障提示，并控制电机停止，伺服装置进入停止运行状态(不发PWM波)。手动转动电机，伺服装置实时采集电机的编码器位置判断手动转动电机的位置，当电机转动到不缺相正常控制时的过零点，此时为电机缺相的可控角度，此时为电机缺相的可控位置。伺服装置显示当前位置可以进行电机控制。伺服装置启动运行缺相电机程序，由于电机缺相运行与电机正常运行存在一定的差异，转速波动及电流波动比正常运行时波动大，因此，缺相电机程序中扩大了允许电机速度波动及电流波动的范围，控制电机运行到方便更换电机的位置。

电机缺相运行程序为，如图6：

1)判断出哪相缺相；

2)进入对应的运行程序，放大转速波动保护值限值；

3)在SVPWM算法中，设定缺相的桥臂占空比输出为0；未缺相的桥臂按照设定输出；

4)设定终点位置；

5)电机到达终点位置。

其中，S100步骤中：

所述步骤S100中伺服装置检测电机的U相、V相和W相缺相的方法为：

当伺服装置检测出电机U相电流值采集值为0且电角度不在0°以及180°附近时，则判定为U相缺相；

当伺服装置检测出电机V相电流值采集值为0且电角度不在120°以及300°附近时，则判定为V相缺相；

当伺服装置检测出电机W相电流值采集值为0且电角度不在60°以及300°附近时，则判定为W相缺相。

由于电机缺相最直观的表现是电流为0，而单纯的电流值检测会带来误判，因此本发明在检测电机缺相时，结合了电流检测和电角度检测，排除了电机正常运行时电流为零的点，避免了误报。电机不缺相运行时电流的过零点附近(约±11°)即可控位置。

电机电角度与U相、V相、W相关系如图2所示，正常控制下，电机三相电流与电角度的关系，u(t)是电机的U相电流，v(t)是电机的V相电流，w(t)是电机的W相电流；θ是电机的电角度，正常控制下U相电流的零点与电角度的零点重合。

当U相缺相时，理论上U相采样的电流值会等于0，但是实际上不是绝对的0，因为ADC采样存在一定采样误差。在电机不缺相的正常控制中，U相也会存在为0。U相电流的0点在电角度为0°，180°，360°附近(电角度0°和360°为同一点)。在检测电机缺相时，需排除或避开这些点，即在电角度为0°，180°附近不作为U相判断缺相的条件。所以电角度不在0°及180°附近时，而U相电流采集值为0，则认为是U相缺相。U相缺相时需要避开的检测点在图3中圈出。

当V相缺相时，理论上V相采样的电流值会等于0，但是实际上不是绝对的0，因为ADC采样存在一定采样误差。在电机不缺相的正常控制中，V相也会存在为0。V相电流的0点在电角度为120°，300°附近。在检测电机缺相时，需排除这些点，即在电角度为120°，300°附近不作为判断V相缺相的条件。所以当电角度不在120°及300°附近时，而V相电流采集值为0，则认为是V相缺相。V相缺相时需要避开的检测点在图4中圈出。

当W相缺相时，理论上W相采样的电流值会等于0，但是实际上不是绝对的0，因为ADC采样存在一定采样误差。在电机不缺相的正常控制中，W相也会存在为0。W相电流的0点在电角度为60°，240°附近。在检测电机缺相时，需排除这些点，即在电角度为60°，240°附近不作为判断W相缺相的条件。所以当电角度不在60°及240°附近时，而W相电流采集值为0，则认为是W相缺相。W相缺相时需要避开的检测点在图5中圈出。

以U相，V相、W相电流的反馈作+电角度作为综合判断，以下为实验数据，其中电角度采用归一化角度表示，0～1对应电角度0-360°：

表1测试记录表

结论：

当U相缺相时，在0°和180°附近，检测不出U相缺相，但同时也是可以进行缺相控制的点，当U相缺相时，只要控制电机运行启动点的电角度在0°和180°附近(约±11°)。就可以让电机转动到所需要的位置。而在其他位置只能检测出U相缺相，不能控制电机转动。

当V相缺相时，在120°和300°附近，检测不出V相缺相，但同时也是可以进行缺相控制的点。当V相缺相时，只要控制电机运行启动点的电角度在120°和300°附近(约±11°)时，就可以让电机转动到所需要的位置。而在其他位置只能检测出V相缺相，不能控制电机转动。

当W相缺相时，在60°和240°附近，检测不出W相缺相，但同时也是可以进行缺相控制的点，当W相缺相时，只要控制电机运行启动点的电角度在0°和180°附近(约±11°)，就可以让电机转动到所需要的位置。而在其他位置只能检测出W相缺相，不能控制电机转动。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S100、伺服装置检测出电机的U相、V相或W相的任一项缺相；

步骤S200、若伺服装置检测出电机缺相停机，未处于可控位置时，还需要手动转动电机，伺服装置实时检测，当电机转动到可控位置时伺服装置提示当前位置可以进行电机控制的信号显示；

步骤S300、伺服装置实时检测电机，电机在可控位置时，伺服装置启动缺相电机程序，控制电机运行到方便更换电机的位置，运行期间允许电机的速度波动和电流波动超出比电机不缺相正常运行时的波动范围。

2.根据权利要求1所述的一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，其特征在于，所述步骤S100中伺服装置检测电机的U相、V相和W相缺相的方法为：

当伺服装置检测出电机U相电流值采集值为0且电角度不在-11°～11°且169°～191°时，则判定为U相缺相；

当伺服装置检测出电机V相电流值采集值为0且电角度不在109°～131°且289°～311°时，则判定为V相缺相；

当伺服装置检测出电机W相电流值采集值为0且电角度不在49-71°且229°～251°时，则判定为W相缺相。

3.根据权利要求1所述的一种机器人伺服控制装置出现电机缺相故障时的控制方法，其特征在于，所述可控位置为电机不缺相运行时电流的过零点附近。

Images