一种伺服系统驱动电路的故障检测装置、方法及电子设备与流程

一种伺服系统驱动电路的故障检测装置、方法及电子设备
1.本发明涉及电路检测技术领域，具体涉及一种伺服系统驱动电路的故障检测装置、方法及电子设备。


背景技术：

2.现有技术中，伺服系统igbt、mosfet应用于各个工业领域，方案成熟以及成本价优，伺服系统驱动电路，一般为一拖n的方式，采用驱动芯片 驱动电源供电 igbt或mosfet 电机的方案，以实现对电机的严格控制。但是驱动芯片以及供电电源，容易受到多种因素的影响，使其受损甚至烧坏，并且驱动电路分支繁杂，在对该伺服系统驱动电路进行电路调试时，排查过程中很难准确判断是哪路电路损坏或者工作异常。因此需要有伺服系统驱动电路的故障检测装置能够准确判断电路是否异常，及时处理修正问题。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有伺服系统驱动电路调试时，很难准确判断哪路电路异常或损坏的缺陷，从而提供一种伺服系统驱动电路的故障检测装置、方法及电子设备。
4.根据第一方面，本发明实施例公开了一种伺服系统驱动电路的故障检测装置，包括：数据采集模块，用于采集至少一路目标驱动电路中的采样电压模拟量、以及稳定状态下的电流模拟量和温度值；ad转换模块，用于将所述采样电压模拟量转换为采样电压数字量；数据处理模块，用于将所述采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障；所述预设的稳定工作范围是基于所述稳定状态下的电流模拟量及温度值计算得到的。
5.可选地，数据采集模块包括：电气数据采集模块，用于采集所述至少一路目标驱动电路的电流模拟量及电压模拟量；温度传感模块，用于采集所述至少一路目标驱动电路的温度值；温度数据漂移值计算模块，用于基于所述温度值计算温度数据漂移值；稳定工作范围计算模块，用于分别基于所述至少一路目标驱动电路稳定状态下的电流模拟量及温度数据漂移值计算得到电流稳定工作范围及温度稳定工作范围。
6.可选地，数据处理模块包括：pwm信号控制模块，用于切换所述至少一路目标驱动电路的pwm信号输出的开关状态；电路判断模块，用于在不同pwm信号输出状态下，基于所述至少一路目标驱动电路的所述电压数字量与所述电流稳定工作范围或温度稳定工作范围进行比较，并基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障。
7.根据第二方面，本发明实施例还公开了一种伺服系统驱动电路的故障检测方法，包括：采集至少一路目标驱动电路中的采样电压模拟量、以及稳定状态下的电流模拟量和温度值；将所述采样电压模拟量转换为采样电压数字量；将所述采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障；所述预设的稳定工作范围是基于所述稳定状态下的电流模拟量及温度值计算得到的。
8.可选地，计算所述预设的稳定工作范围的过程，包括：基于所述温度值计算温度数
据漂移值；基于所述至少一路目标驱动电路稳定状态下的电流模拟量计算得到电流稳定工作范围；基于所述温度数据漂移值计算得到温度稳定工作范围。
9.可选地，将所述采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障，包括：关闭所述目标驱动电路的pwm信号输出；电路运行开始到预设时间的过程中，采集当前的第一采样电压模拟量；将所述第一采样电压数字量与所述温度稳定工作范围进行比较；若所述第一采样电压数字量处于所述温度稳定工作范围内，则判定所述至少一路目标驱动电路工作正常；否则判定所述至少一路目标驱动电路出现故障。
10.可选地，所述将所述采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障，还包括：打开其中一路所述目标驱动电路的pwm输出；采集当前的第二采样电压模拟量；将所述第二采样电压数字量与所述电流稳定工作范围进行比较；若所述第二采样电压数字量处于所述电流稳定工作范围内，则判定所述至少一路目标驱动电路工作正常；否则判定所述至少一路目标驱动电路出现故障。
11.可选地，通过以下公式计算所述温度数据漂移值：
12.t＝(v1’/i1-rnom)/(rnom*tc1) tnom，
13.其中，v1’为热平衡时的电压模拟量；rnom为采样电阻的初始阻值；tc1为线性温度系数；tnom为常温；i1为根据电路开始运行时采集得到电压和采样电阻得到的电流，关闭pwm输出，只考虑温度对电路的影响，电流保持不变。
14.根据第三方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第二方面或第二方面任一可选实施方式所述的伺服系统驱动电路的故障检测方法的步骤。
15.根据第四方面，本发明实施方式还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面或第二方面任一可选实施方式所述的伺服系统驱动电路的故障检测方法的步骤。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.本发明提供的一种伺服系统驱动电路的故障检测装置、方法及电子设备，其中，该装置包括：数据采集模块，采集至少一路目标驱动电路的采样电压模拟量以及稳定状态下的电流及温度值；ad转换模块，将采样电压模拟量转换为数字量；数据处理模块，将采样电压数字量与根据采集的电流和温度计算得到的稳定工作范围进行比较，判断目标驱动电路是否故障。本发明可以准确判断是哪路电路存在异常，及时修正问题，从而提高了伺服系统驱动电路的抗风险能力。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
19.图1为本发明实施例中伺服系统驱动电路故障检测的一个具体事例的原理框图；
20.图2为本发明实施例中一个具体示例的系统电路原理框图；
21.图3为本发明实施例中伺服系统驱动电路故障检测装置的一个具体示例的详细原理框图；
22.图4为本发明实施例中伺服系统驱动电路故障检测方法的一个具体示例的流程图；
23.图5为本发明实施例中伺服系统驱动电路故障检测方法的一个具体示例的故障检测流程图；
24.图6为本发明实施例中电子设备的一个具体示例图。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.本发明实施例公开了一种伺服系统驱动电路的故障检测装置，如图1所示，该装置主要包括：数据采集模块1、ad转换模块2及数据处理模块3等。
30.其中数据采集模块1，用于采集至少一路目标驱动电路中的采样电压模拟量以及稳定状态下的电流模拟量和温度值；
31.示例性地，本技术实施例中，如图2所示，图2为系统电路原理框图(包括但不限于12路)，伺服系统驱动电路一般采用驱动芯片 驱动电源供电 igbt或mosfet 点击的方案，来实现对电机的严格控制；驱动电路一般包括：供电模块、igbt或mosfet驱动模块以及igbt或mosfet。具体实施例中，采用采样电阻 运放的方式采集采样电压模拟量，为ad转换模块提供转换数据，其中采样电阻可选择具有一定精度且具有特定温漂系数的类型电阻。此外，还可采用采样电阻或电流传感器接在供电电源的输入端，与电源模块输入端串联，来获取电流值大小；温度值可以由温度采集器采集电路的工作温度来获取；稳定状态表示当电路达到静态热平衡的状态，本发明中采集方式或采集装置仅作为举例，不以此为限。
32.在本发明实施例中，如图3所示，数据采集模块1包括：电气数据采集模块11，用于
采集至少一路目标驱动电路的电流模拟量及电压模拟量；温度传感模块12，用于采集至少一路目标驱动电路的温度值；温度数据漂移值计算模块13，用于基于温度值计算温度数据漂移值；稳定工作范围计算模块14，用于分别基于至少一路目标驱动电路稳定状态下的电流模拟量及温度数据漂移值计算得到电流稳定工作范围及温度稳定工作范围。
33.ad转换模块2，用于将所述采样电压模拟量转换为采样电压数字量；
34.在本发明实施例中，ad转换模块2主要功能是接收数据采集模块采集到的采样电压模拟量，将采样电压模拟量转化为采样电压数字量后，将采样电压数字量输送到数据处理模块3。实际应用中，可根据需求选择使用处理器的ad转换模块或使用外部的ad转换处理模块，本发明不以此为限。
35.数据处理模块3，用于将所述采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障；所述预设的稳定工作范围是基于所述稳定状态下的电流模拟量及温度值计算得到的。
36.示例性地，在本发明实施例中，预设的稳定工作范围是指预设的温度稳定工作范围或电流稳定工作范围，计算预设的稳定工作范围的过程，包括：基于温度值计算温度数据漂移值；基于至少一路目标驱动电路稳定状态下的电流模拟量计算得到电流稳定工作范围；基于温度数据漂移值计算得到温度稳定工作范围，其中，稳定状态下表示电路达到静态热平衡的状态，仅作为举例；本发明计算稳定工作范围的过程仅作为举例，不以此为限。
37.具体实施例中，通过t＝(v1’/i1-rnom)/(rnom*tc1) tnom的公式计算温度数据漂移值，其中，v1’为热平衡时的电压模拟量；rnom为采样电阻的初始阻值；tc1为线性温度系数；tnom为常温(常温一般为25℃，仅作为举例，不以此为限)；i1为根据电路开始运行时采集得到电压和采样电阻得到的电流。通过r＝r(nom)*[1 tc1*(t-tnom) tc2*(t-tnom)^2]计算得到采样电阻阻值随着温度改变后的值，因为考虑温度对电路的影响时，电流为固定值，计算得到采样电阻变化后的采样电阻两端的电压，从而得到温度稳定工作范围。其中，tc2：二次温度系数(需要计算得到的采样电阻阻值达到较高的精确度时，温度与电阻值的关系公式中用到tc2，正常情况一般不用)；t:上述式中得到的温度数据漂移值；
[0038]
在本发明实施例中，如图3所示，数据处理模块3包括：pwm信号控制模块31，用于切换至少一路目标驱动电路的pwm信号输出的开关状态；电路判断模块32，用于在不同pwm信号输出状态下，基于至少一路目标驱动电路的电压数字量与电流稳定工作范围或温度稳定工作范围进行比较，并基于比较结果判断至少一路目标驱动电路是否故障。
[0039]
具体实施例中，数据处理模块3所实现的将采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断至少一路目标驱动电路是否故障的过程，包括：如图3所示，pwm信号控制模块31，用于关闭目标驱动电路的pwm信号输出；在目标驱动电路运行开始到预设时间的过程中，采集获取第一采样电压模拟数字量；电路判断模块32，用于将第一采样电压数字量与所述温度稳定工作范围进行比较；若第一采样电压数字量处于所述温度稳定工作范围内，则判定至少一路目标驱动电路工作正常；否则判定至少一路目标驱动电路出现故障。其中，预设时间表示驱动电路达到热平衡状态的时间，仅作为举例。
[0040]
在本发明实施例中，如图3所示，数据处理模块3还包括：pwm信号控制模块31，还用于打开其中一路目标驱动电路的pwm输出；获取当前的第二采样电压数字量；电路判断模块32，还用于将第二采样电压数字量与电流稳定工作范围进行比较；若第二采样电压数字量
处于电流稳定工作范围内，则判定至少一路目标驱动电路工作正常；否则判定至少一路目标驱动电路出现故障。
[0041]
本发明实施例提供的伺服系统驱动电路的故障检测装置，通过数据采集模块，采集采样电压模拟量及稳定状态下的电流模拟量及温度值；ad转换模块将采集的采样电压模拟量转换为电压数字量；数据处理模块，将电压数字量与采集的电流模拟量及温度值计算得到的稳定工作范围进行比较，判断目标驱动电路是否故障。在伺服系统驱动电路工作前，本发明可以准确判断是哪路电路存在异常，及时修正问题，从而提高了伺服系统驱动电路的抗风险能力。
[0042]
本发明实施例还公开了一种伺服系统驱动电路的故障检测方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：
[0043]
步骤101，采集至少一路目标驱动电路中的采样电压模拟量、以及稳定状态下的电流模拟量及温度值；
[0044]
在本发明实施例中，使用电流传感器采集电流模拟量和采样电阻 运放的采集采样电压模拟量，此采集方式仅作为举例，不以此为限。其中，采样电阻选择具有一定精度且具有特定温漂系数的类型电阻，采样电阻或电流传感器接在供电电源的输入端，与输入端串联计算电流值大小，采样电阻与输入端串联仅作为举例，不以此为限。
[0045]
步骤102，将所述采样电压模拟量转换为采样电压数字量；
[0046]
步骤103，将采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断至少一路目标驱动电路是否故障；其中，预设的稳定工作范围是基于稳定状态下的电流模拟量及温度值计算得到的。
[0047]
在本发明实施例中，上述步骤103中，计算预设的稳定工作范围的过程，包括：基于温度值计算温度数据漂移值；基于至少一路目标驱动电路稳定状态下的电流模拟量计算得到电流稳定工作范围；基于温度数据漂移值计算得到温度稳定工作范围。
[0048]
作为本发明一个可选实施方式，当只考虑温度对驱动电路的影响时，关闭pwm输出，驱动电路电流为一固定值，保持不变，基于温度值计算得到温度稳定工作范围，判断驱动电路中哪路电路存在故障。上述步骤基于温度值计算温度数据漂移值中，可通过t＝(v1’/i1-rnom)/(rnom*tc1) tnom的公式计算温度数据漂移值，其中，v1’为热平衡时的电压模拟量；rnom为采样电阻的初始阻值；tc1为线性温度系数；tnom为常温(常温一般为25℃，仅作为举例，不以此为限)；i1为根据电路开始运行时采集得到电压和采样电阻得到的电流。本发明计算温度数据漂移值的公式方法仅作为举例，不以此为限。
[0049]
作为本发明一个可选实施方式，上述步骤103中，当只考虑电流对驱动电路的影响时，pwm开关过程短暂，忽略温升的影响，采样电阻阻值不变。基于至少一路目标驱动电路稳定状态下的电流模拟量计算得到电流稳定工作范围的过程，包括：打开一路pwm输出时，电流增值是一定的，即驱动电路任一一路的电压增值也是一定的；计算一路pwm打开前驱动电路的电压，继而可以确定pwm打开后这一路无异常时的电压，得到电流稳定工作范围。具体实施例中，一路pwm打开前，v1＝3v，i1电流为0.3ma,打开一路pwm输出时，电流的增值是一定的，增加0.3ma，可以确定这一路pwm打开时v1’＝0.6v，则此时电流稳定工作范围为0.3v-0.6v。此电流稳定工作范围仅作为举例，不以此为限。
[0050]
作为本发明一个可选实施方式，关闭pwm输出，驱动电路的电流保持不变，基于温
度值计算得到温度稳定工作范围，判断驱动电路中哪路电路存在故障。上述基于温度数据漂移值计算得到温度稳定工作范围步骤中，包括：关闭pwm输出，电流保持不变，通过温度数据漂移值得到采样电阻阻值的变化，继而得到温度稳定工作范围。具体实施例中，温度变化时，电阻值与温度的关系为：r＝r(nom)*[1 tc1*(t-tnom) tc2*(t-tnom)^2]，其中，tc2：二次温度系数；(需要计算得到的采样电阻阻值达到较高的精确度时，温度与电阻值的关系公式中用到tc2，正常情况一般不用)；t:上述式中得到的温度数据漂移值；采样电阻的阻值为100ω，选用差分采样采得采样电阻两端电压v1＝0.3v，得到通过采样电阻的电流i1＝0.3ma，到达预设时间即电路达到热平衡状态时，采样电阻阻值改变，电流保持不变，采得v1’＝0.312v，得到温度稳定工作阈值为0.3v-0.312v。此温度稳定工作范围仅作为举例，不以此为限。
[0051]
作为本发明一个可选实施方式，上述将采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断至少一路目标驱动电路是否故障步骤中，将采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断至少一路目标驱动电路是否故障，包括：当考虑温度对驱动电路的影响时，关闭目标驱动电路的pwm信号输出；在目标驱动电路运行开始到预设时间的过程中，采集第一采样电压模拟量；将第一采样电压数字量与所述温度稳定工作范围进行比较；若第一采样电压数字量处于所述温度稳定工作范围内，则判定至少一路目标驱动电路工作正常；否则判定至少一路目标驱动电路出现故障，可以在伺服系统驱动电路开始工作前，判断驱动电路是否存在因为温度导致的异常，及时修正问题。本发明中将电压数字量与稳定工作范围进行比较的过程方法仅作为举例，不以此为限。
[0052]
在本发明实施例中，将采样电压数字量与预设的稳定工作范围进行比较，基于比较结果判断所述至少一路目标驱动电路是否故障，还包括：当考虑电流对驱动电路任一路的影响时，打开其中一路目标驱动电路的pwm输出；采集当前的第二采样电压模拟量；将第二采样电压数字量与电流稳定工作范围进行比较；若第二采样电压数字量处于电流稳定工作范围内，则判定至少一路目标驱动电路工作正常；否则判定至少一路目标驱动电路出现故障，保证了在伺服系统驱动电路工作前，可以准确判断是哪路电路受到电流影响出现异常，及时修正问题。本发明中将电压数字量与稳定工作范围进行比较的过程方法仅作为举例，不以此为限。
[0053]
具体实施例中，如图5所示，开关pwm输出，检测过程短暂，忽略温度影响，只考虑电流大小对采样电压的影响，打开一路pwm输出，电流增值一定，即采样电压增值一定，从而确定电流稳定工作范围；若打开一路pwm输出，采集一路的电流值，得到电压数字量，判断电压数字量是否在电流稳定工作范围内，若不在，则表示这一路电路出现故障。具体的，可以采用以下方式进行比较，关闭全部pwm输出，检测电源模块电流值i，可以得到电源模块的电压值，打开第一路pwm输出，采集电流值i2，得到第一路驱动电路的电压数字量v2，若采集电流值i2得到的第一驱动电路的电压数字量在电流稳定工作范围内，则判断为正常，否则为故障；然后关闭第一路pwm，再打开第二路进行检测，按上述方法检测，此过程不再复述，检测完毕后依次打开下一路。此检测方法仅作为举例，不以此为限，只要能检测目标驱动电路是否故障即可。
[0054]
本发明实施例提供的伺服系统驱动电路的故障检测方法，通过采集电压模拟量转换为数字量后，与根据电流、温度分别得到的电流稳定工作范围和温度稳定工作范围进行
比较，判断至少一路目标驱动电路是否故障，在伺服系统驱动电路工作前，本发明可以准确判断是哪路电路存在异常，及时修正问题，从而提高了伺服系统驱动电路的抗风险能力。
[0055]
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，该电子设备可以包括处理器401和存储器402，其中处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
[0056]
处理器401可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器401还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(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、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0057]
存储器402作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的违法行为检测方法对应的程序指令/模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的驱动电路故障检测方法。
[0058]
存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器401所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器401。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0059]
所述一个或者多个模块存储在所述存储器402中，当被所述处理器401执行时，执行如图4所示实施例中的驱动电路故障检测方法。
[0060]
上述电子设备具体细节可以对应参阅图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0061]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0062]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入所限定的范围之内。