專利名稱：基于dsp的電動輪椅電機(jī)未連接故障的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動輪椅的電機(jī)發(fā)生故障的檢測方法，尤其是基于DSP的電動輪 椅電機(jī)未連接故障的檢測方法。
背景技術(shù)：
目前，國外對電動輪椅的研究已相對比較成熟。他們已開發(fā)出各種各樣的適合不 同用戶群體的電動輪椅，并逐漸向智能化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在高性能電動輪椅生產(chǎn)廠家多集 中在美國、德國、澳大利亞和西班牙，中國臺灣也有電動輪椅生產(chǎn)廠家。然而，國內(nèi)對電動輪 椅的研究技術(shù)依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，絕大多數(shù)輪椅廠家都只生產(chǎn)電機(jī)和座椅而不生產(chǎn)控制 器，基本上都依賴于進(jìn)口。因此，研究高性能低成本的電動輪椅驅(qū)動器，替代進(jìn)口填補(bǔ)國內(nèi) 技術(shù)空白具有重要意義。作者廣泛查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，總結(jié)了電動輪椅研究技術(shù)，開發(fā)出了基 于TMS320LF2406A DSP數(shù)字信號處理器的全數(shù)字電動輪椅控制器。參見作者發(fā)表的論文 (《電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計》作者馬小珍、萬淑蕓，《微電機(jī)》2009 Vol. 42No. 1 (2009年 第1期)第55頁)。但電動輪椅在運(yùn)行過程中，可能會發(fā)生電機(jī)連接電纜脫落、剎車連接電纜脫落等 故障，這會導(dǎo)致輪椅跑偏、不動，原地轉(zhuǎn)圈碰撞甚至傾翻等致嚴(yán)重后果，對于這些故障輪椅 運(yùn)動控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠迅速準(zhǔn)確地檢測出來并采取相應(yīng)措施以來保證輪椅使用者的生命 安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于DSP的電動輪椅電機(jī)未連接故障的檢測方法，其易 于通過編程來實現(xiàn)、同時無需額外增加任何硬件資源，并且能夠提高電機(jī)未連接故障檢測、 定位的正確性，從而增強(qiáng)了輪椅運(yùn)行的可靠性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于DSP的電動輪椅電機(jī)未連接故障的檢測方法，其特別之處在于，給 電機(jī)正極端加40-90%的占空比，同時檢測負(fù)極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓 的0-0. 05倍，則可判定電機(jī)左側(cè)的電纜未連接好，否則若檢測到的電壓為所加電壓的 0. 95-1. 05倍，說明電機(jī)左側(cè)連接良好，然后再給電機(jī)負(fù)極端加40-90%的占空比，同時檢 測正極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓的0-0. 05倍，則可判定電機(jī)右側(cè)的電纜未連 接好，否則若檢測到的電壓為所加電壓的0. 95-1. 05倍，說明電機(jī)右側(cè)連接良好。經(jīng)過多次的現(xiàn)場實際電動輪椅運(yùn)動系統(tǒng)運(yùn)行試驗證明，本發(fā)明方法能正確檢測、 定位電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)左右兩個電機(jī)的電機(jī)未連接故障，并且不需要額外增加任何硬 件資源，易于模塊化編程實現(xiàn)。


附圖1為本發(fā)明中電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)調(diào)速原理3
附圖2為雙極式PWM變換器的電壓電流波形圖。
附圖3為本發(fā)明方法的程序流程具體實施例方式1)PWM信號的發(fā)生TMS320LF240XA系列DSP是電機(jī)(電動機(jī))專用DSP，它集成了 PWM控制信號發(fā) 生器，它可以通過調(diào)整事件管理器的定時器控制寄存器來設(shè)定PWM工作方式和頻率，通過 調(diào)整比較值來調(diào)整PWM的占空比，通過調(diào)整死區(qū)控制寄存器來設(shè)定死區(qū)時間，通過專用的 PWM輸出口輸出占空比可調(diào)的帶有死區(qū)的PWM控制信號，從而省去了其他控制器所用的外 圍PWM波發(fā)生電路和時間延遲(死區(qū))電路。2)主電路的選擇和PWM脈寬調(diào)制策略為了實現(xiàn)電動輪椅在二維平面上的自由運(yùn)行，電機(jī)中的電流必須連續(xù)，本文在研 究輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)中所采用的PWM變換器為H型雙極式PWM變換器，如圖1中所示。這 是因為，可逆PWM控制方式主電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方式靈活；系統(tǒng)的電流始終連續(xù)；其穩(wěn)態(tài) 的電壓、電流波形都是相似的，電流波形是連續(xù)的，電機(jī)在四象限內(nèi)可以連續(xù)平滑地調(diào)速。由圖1，MOS管VTl和VT4是同時導(dǎo)通的，其驅(qū)動電壓Ubl = Ub4 ；MOS管VT2和VT3 同時動作，其驅(qū)動電壓Ub2 = Ub3 = -Ubl。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0彡t彡t。n時，Ubl和Ub4為正，MOS管VTl和VT2飽和導(dǎo) 通；而Ub2和Ub3為負(fù)，MOS管VT2和VT3截止。這時，VS加在電機(jī)電樞兩端，V+_V_ = VS,電 樞電流id沿MOS管VT1、電機(jī)、MOS管VT4流通。當(dāng)t。n彡t彡T時，Ubl和Ub4變負(fù)，MOS管 VTl和MOS管VT4截止；Ub2、Ub3變正，但MOS管VT2、MOS管VT3并不能立即導(dǎo)通，因為在電 樞電感釋放儲能的作用下，id沿回路2經(jīng)二極管D2、D3續(xù)流，在二極管D2、D3上的壓降使 MOS管VT2和VT3的從c-e極承受著反壓，此時V+-V— = -VS,電機(jī)兩端電壓在一個周期內(nèi)正 負(fù)相間，這是雙極性PWM變換器的特征。其電壓電流波形如圖3所示。當(dāng)正脈沖較寬時，Q >|，則電樞兩端的平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)脈沖較寬時，<|，電樞兩端平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正負(fù)脈沖寬度
相等，Q=I，平均電壓為零，則電機(jī)停止。雙極式可逆PWM變換器電樞平均端電壓用公式 表示為 這里定義二一^T一為PWM電壓的占空比，調(diào)速時P的變化范圍
為-1彡P(guān)彡1。當(dāng)P為正值時，電機(jī)正轉(zhuǎn) ’為P負(fù)值時，電機(jī)反轉(zhuǎn)；P = 0時，電機(jī)停止。 在P =0時，雖然電機(jī)不轉(zhuǎn)，電樞兩端的瞬時電壓和瞬時電流卻都不為零，而是交變的。這 個交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩。它的好處是使電機(jī)帶有高頻的微振，起著“動力 潤滑的作用”，消除正反向時的靜摩擦死區(qū)。雙極式PWM變換器的優(yōu)點⑴電流一定連續(xù)；(2)可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；(3)電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；(4)低速時每個MOS管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利 于保證MOS管的可靠導(dǎo)通。然而采用雙極式PWM變換器有一個很大的缺點就是上下兩管容 易發(fā)生直通事故，從而降低了裝置的可靠性。因此，為了防止直通事故，必須對PWM脈沖設(shè) 置邏輯延時也即死區(qū)設(shè)置。3) PWM信號的周期本系統(tǒng)在硬件上采用的是外部晶體振蕩器，其頻率是10MHz，在軟件中設(shè)定CPU時 鐘為40MHz，P麗載波頻率為20KHz，系統(tǒng)的中斷頻率和AD采樣頻率也都是20KHz。也就是 說PWM信號載波的周期是50us。4)關(guān)于電壓檢測精度誤差在5%以內(nèi)。本發(fā)明方法通常用在電動輪椅上電時，程序在初始化完畢后需要對電動輪椅的兩 臺電機(jī)電纜連接情況進(jìn)行檢查。如附圖2所示如圖1、3所示，給電機(jī)正極(V+)端加80%的占空比，同時檢測負(fù)極(V-)端的電 壓，若檢測到的電壓為所加電壓(平均電壓)的0.95-1. 05倍(即蓄電池兩端母線電壓的 80%左右)，說明電機(jī)左側(cè)連接良好，若檢測到的電壓為所加電壓的0-0. 05倍，則可判定電 機(jī)左側(cè)的電纜未連接好，此時給出故障報警提示、鎖定輪椅，禁止使用者操作輪椅，然后程 序直接返回，不再進(jìn)行電動機(jī)另外一端連接情況的檢查。用戶可直接關(guān)掉輪椅電源，檢查并 確認(rèn)電動機(jī)電纜連接良好后，方可重新上電開機(jī)。若電動機(jī)V+端電纜連接良好，則需要進(jìn)行下一步，給電機(jī)負(fù)極端加80%的占空 比，同時檢測正極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓的0. 95-1. 05倍，說明電機(jī)右側(cè)連 接良好，若檢測到的電壓為所加電壓的0-0. 05倍，則可判定電機(jī)右側(cè)的電纜未連接好，給 出故障報警提示、鎖定輪椅，禁止使用者操作輪椅，然后程序直接返回。用戶可直接關(guān)掉輪 椅電源，檢查并確認(rèn)電動機(jī)電纜連接良好后，方可重新上電開機(jī)。經(jīng)試驗證明，加40-90%的占空比時均能有效檢測出故障。
權(quán)利要求
一種基于DSP的電動輪椅電機(jī)未連接故障的檢測方法，其特征在于給電機(jī)正極端加40 90％的占空比，同時檢測負(fù)極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓的0 0.05倍，則可判定電機(jī)左側(cè)的電纜未連接好，否則若檢測到的電壓為所加電壓的0.95 1.05倍，說明電機(jī)左側(cè)連接良好，然后再給電機(jī)負(fù)極端加40 90％的占空比，同時檢測正極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓的0 0.05倍，則可判定電機(jī)右側(cè)的電纜未連接好，否則若檢測到的電壓為所加電壓的0.95 1.05倍，說明電機(jī)右側(cè)連接良好。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動輪椅的電機(jī)發(fā)生故障的檢測方法，尤其是基于DSP的電動輪椅電機(jī)未連接故障的檢測方法，其特點是，給電機(jī)正極端加40-90％的占空比，同時檢測負(fù)極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓的0-0.05倍，則可判定電機(jī)左側(cè)的電纜未連接好，否則若檢測到的電壓為所加電壓的0.95-1.05倍，說明電機(jī)左側(cè)連接良好，然后再給電機(jī)負(fù)極端加40-90％的占空比，同時檢測正極端的電壓，若檢測到的電壓為所加電壓的0-0.05倍，則可判定電機(jī)右側(cè)的電纜未連接好，否則說明電機(jī)右側(cè)連接良好。本發(fā)明方法能正確檢測、定位電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)左右兩個電機(jī)的電機(jī)未連接故障，并且不需要額外增加任何的硬件的資源。
文檔編號G01R31/02GK101893671SQ20101021094
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者馬小珍 申請人:寧夏電力公司銀川供電局