無人機及無人機的電機控制系統和電機故障檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種無人機及無人機的電機控制系統和電機故障檢測方法，其中，系統包括飛行控制器和電子調速器，電子調速器包括三相全橋電路、驅動單元、電流檢測單元和控制單元，控制單元用于接收飛行控制器發出的啟動信號，并在接收到啟動信號后通過驅動單元驅動三相全橋電路以對電機依次輸出三次檢測電壓，以及基于三次檢測電壓相應獲取電流檢測單元檢測的三次電流，并根據檢測的三次電流和電機的三相電壓計算電機的三相電阻阻值和三相電阻的平均阻值，以及根據電機的三相電阻阻值和三相電阻的平均阻值判斷電機是否發生異常故障。該系統能夠在無人機每次起飛時準確判斷出電機是否發生異常，從而有效避免因電機異常導致的起飛異常。
【專利說明】
無人機及無人機的電機控制系統和電機故障檢測方法
技術領域
[0001] 本發明設及無人機技術領域，特別設及一種無人機及無人機的電機控制系統和電 機故障檢測方法。
【背景技術】
[0002] 目前，應用在無人機上的電機大多是=相無刷直流電機，需要電子調速器進行控 審IJ，電子調速器一般采用六拍式方波的方式來控制。
[0003] 通常，無人機在正常起飛之前，為避免電機啟動異常導致炸機情況發生，在無人機 上電時會進行電機的自檢，然而，有的電子調速器沒有電流檢測，僅通過上電后電機是否發 出聲響來人為判斷，判斷不準確;有的電子調速器具有電流檢測，但大多數是對直流母線電 流進行檢測，而且采用康銅絲電流采樣方式，精度不高，無法準確獲取電機的定子電阻，另 夕h該方法也無法檢測出電機的=相電阻不對稱的情況，此外，該方法僅在電機上電時對電 機進行檢測，對無人機多次起降不會進行檢測，因而無法保證每次飛行的啟動故障保護。
【發明內容】
[0004] 本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
[0005] 為此，本發明的第一個目的在于提出一種無人機的電機控制系統，該系統能夠在 無人機每次起飛時，通過計算的電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值準確判斷出電 機是否發生異常，從而有效避免因電機異常導致的無人機起飛異常的問題。
[0006] 本發明的第二個目的在于提出一種無人機。
[0007] 本發明的第=個目的在于提出一種無人機的電機故障檢測方法。
[000引為實現上述目的，本發明第一方面實施例提出的一種無人機的電機控制系統，包 括:飛行控制器；電子調速器，所述電子調速器與所述飛行控制器相連，所述電子調速器包 括相全橋電路，所述=相全橋電路的輸出端與電機相連;驅動單元，所述驅動單元用于 驅動所述=相全橋電路中的開關管；電流檢測單元，所述電流檢測單元用于檢測所述=相 全橋電路中每相橋臂的電流;控制單元，所述控制單元用于接收所述飛行控制器發出的啟 動信號，并在接收到所述啟動信號后通過所述驅動單元驅動所述=相全橋電路W對所述電 機依次輸出=次檢測電壓，W及基于所述=相全橋電路依次輸出的=次檢測電壓相應獲取 所述電流檢測單元檢測的=次電流，并根據所述電流檢測單元檢測的=次電流和所述電機 的=相電壓計算所述電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值，W及根據所述電機的= 相電阻阻值和=相電阻的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故障。
[0009]根據本發明實施例的無人機的電機控制系統，控制單元在接收到飛行控制器發出 的啟動信號后，通過驅動單元驅動=相全橋電路W對電機依次輸出=次檢測電壓，W及基 于=相全橋電路依次輸出的=次檢測電壓相應獲取電流檢測單元檢測的=次電流，并根據 電流檢測單元檢測的=次電流和電機的=相電壓計算電機的=相電阻阻值和=相電阻的 平均阻值，W及根據電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值判斷電機是否發生異常故 障。因此，該系統能夠在無人機每次起飛時，通過計算的電機的=相電阻阻值和=相電阻的 平均阻值準確判斷出電機是否發生異常，從而有效避免因電機異常導致的無人機起飛異常 的問題。
[0010] 根據本發明的一個實施例，所述=相全橋電路中的每相橋臂包括上橋開關管和下 橋開關管，其中，所述控制單元通過對第一相橋臂的上橋開關管進行PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調制)控制、控制第二相橋臂的下橋開關管處于常開通狀態W及控制 所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上橋開關管和第=相橋臂的上下橋開關 管處于關斷狀態，W使所述=相全橋電路對所述電機輸出第一次檢測電壓，同時通過所述 電流檢測單元檢測所述第二相橋臂的電流W獲取第一次電流;所述控制單元通過對所述第 一相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制所述第=相橋臂的下橋開關管處于常開通狀態 W及控制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上下橋開關管和所述第=相橋 臂的上橋開關管處于關斷狀態，W使所述=相全橋電路對所述電機輸出第二次檢測電壓， 同時通過所述電流檢測單元檢測所述第=相橋臂的電流W獲取第二次電流;所述控制單元 通過對所述第二相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制所述第=相橋臂的下橋開關管處 于常開通狀態W及控制所述第一相橋臂的上下橋開關管、所述第二相橋臂的下橋開關管和 所述第=相橋臂的上橋開關管處于關斷狀態，W使所述=相全橋電路對所述電機輸出第= 次檢測電壓，同時通過所述電流檢測單元檢測所述第=相橋臂的電流W獲取第=次電流。
[0011] 根據本發明的一個實施例，所述電流檢測單元包括第一采樣電阻、第二采樣電阻 和第=采樣電阻，所述第一采樣電阻連接在第一相橋臂的下橋開關管與地之間，所述第二 采樣電阻連接在第二相橋臂的下橋開關管與地之間，所述第=采樣電阻連接在第=相橋臂 的下橋開關管與地之間。
[0012] 根據本發明的一個實施例，所述控制單元還用于獲取所述電機的直流母線電壓， 并根據PWM信號的占空比和所述直流母線電壓計算所述電機的=相電壓。
[0013] 根據本發明的一個實施例，所述控制單元根據所述電機的=相電阻阻值和=相電 阻的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故障時，其中，如果所述=相電阻阻值中任意一 相電阻阻值與所述=相電阻的平均阻值之間的差值大于預設值，所述控制單元則判斷所述 電機發生=相電阻不平衡故障。
[0014] 根據本發明的一個實施例，所述控制單元在判斷所述電機發生異常故障后，還通 過控制所述=相全橋電路輸出預設電壓W使所述電機發出報警聲。
[0015] 根據本發明的一個實施例，所述控制單元在判斷所述電機發生異常故障后，還發 送電機異常故障信號至所述飛行控制器，所述飛行控制器根據所述電機異常故障信號控制 所述無人機終止起飛并發出報警提示。
[0016] 為實現上述目的，本發明第二方面實施例提出了一種無人機，其包括上述的無人 機的電機控制系統。
[0017] 本發明實施例的無人機，通過上述的電機控制系統，能夠在無人機每次起飛時，通 過計算的電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值準確判斷出電機是否發生異常，從而 有效避免因電機異常導致的無人機起飛異常的問題。
[0018] 為實現上述目的，本發明第=方面實施例提出了一種無人機的電機故障檢測方 法，所述無人機包括飛行控制器和電子調速器，所述電子調速器與所述飛行控制器相連，所 述電子調速器包括驅動單元和=相全橋電路，所述驅動單元用于驅動所述=相全橋電路中 的開關管，所述=相全橋電路的輸出端與電機相連，所述方法包括W下步驟:所述電子調速 器接收所述飛行控制器發出的啟動信號，并在接收到所述啟動信號后通過所述驅動單元驅 動所述=相全橋電路W對所述電機依次輸出=次檢測電壓，W及基于所述=相全橋電路依 次輸出的=次檢測電壓相應獲取所述=相全橋電路的=次電流;根據所述=次電流和所述 電機的=相電壓計算所述電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值；W及根據所述電機 的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故障。
[0019] 根據本發明實施例的無人機的電機故障檢測方法，電子調速器在接收到飛行控制 器發出的啟動信號后，通過驅動單元驅動=相全橋電路W對電機依次輸出=次檢測電壓， W及基于=相全橋電路依次輸出的=次檢測電壓相應獲取=相全橋電路的=次電流，然 后，根據=次電流和電機的=相電壓計算電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值，并 根據電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值判斷電機是否發生異常故障。因此，該方 法能夠在無人機每次起飛時，通過計算的電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值準確 判斷出電機是否發生異常，從而有效避免因電機異常導致的無人機起飛異常的問題。
[0020] 根據本發明的一個實施例，所述=相全橋電路中的每相橋臂包括上橋開關管和下 橋開關管，其中，通過對第一相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制第二相橋臂的下橋開 關管處于常開通狀態W及控制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上橋開關 管和第=相橋臂的上下橋開關管處于關斷狀態，W使所述=相全橋電路對所述電機輸出第 一次檢測電壓，同時檢測所述第二相橋臂的電流W獲取第一次電流;通過對所述第一相橋 臂的上橋開關管進行PWM控制、控制所述第=相橋臂的下橋開關管處于常開通狀態W及控 制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上下橋開關管和所述第=相橋臂的上 橋開關管處于關斷狀態，W使所述=相全橋電路對所述電機輸出第二次檢測電壓，同時檢 測所述第=相橋臂的電流W獲取第二次電流;通過對所述第二相橋臂的上橋開關管進行 PWM控制、控制所述第=相橋臂的下橋開關管處于常開通狀態W及控制所述第一相橋臂的 上下橋開關管、所述第二相橋臂的下橋開關管和所述第=相橋臂的上橋開關管處于關斷狀 態，W使所述=相全橋電路對所述電機輸出第=次檢測電壓，同時檢測所述第=相橋臂的 電流W獲取第=次電流。
[0021] 根據本發明的一個實施例，通過第一采樣電阻、第二采樣電阻和第=采樣電阻獲 取所述=相全橋電路的=次電流，所述第一采樣電阻連接在第一相橋臂的下橋開關管與地 之間，所述第二采樣電阻連接在第二相橋臂的下橋開關管與地之間，所述第=采樣電阻連 接在第=相橋臂的下橋開關管與地之間。
[0022] 根據本發明的一個實施例，上述的無人機的電機故障檢測方法，還包括:獲取所述 電機的直流母線電壓，并根據Pmi信號的占空比和所述直流母線電壓計算所述電機的=相 電壓。
[0023] 根據本發明的一個實施例，根據所述電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值 判斷所述電機是否發生異常故障，包括:如果所述=相電阻阻值中任意一相電阻阻值與所 述S相電阻的平均阻值之間的差值大于預設值，則判斷所述電機發生S相電阻不平衡故 障。
[0024] 根據本發明的一個實施例，在判斷所述電機發生異常故障后，還通過控制所述= 相全橋電路輸出預設電壓W使所述電機發出報警聲。
[0025] 根據本發明的一個實施例，在判斷所述電機發生異常故障后，還發送電機異常故 障信號至所述飛行控制器，所述飛行控制器根據所述電機異常故障信號控制所述無人機終 止起飛并發出報警提示。
【附圖說明】
[0026] 圖1是根據本發明一個實施例的無人機的電機控制系統的結構示意圖；W及
[0027] 圖2是根據本發明實施例的無人機的電機故障檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0029] 下面參照附圖來描述根據本發明實施例提出的無人機及無人機的電機控制系統 和電機故障檢測方法。
[0030] 圖1是根據本發明一個實施例的無人機的電機控制系統的結構示意圖。
[0031] 如圖1所示，該無人機的電機控制系統包括:飛行控制器10和電子調速器20。
[0032] 其中，電子調速器20與飛行控制器10相連，電子調速器20包括=相全橋電路21、驅 動單元22、電流檢測單元23和控制單元24，=相全橋電路21的輸出端與電機相連，=相全橋 電路21包括開關管，驅動單元22用于驅動=相全橋電路21中的開關管，電流檢測單元23用 于檢測=相全橋電路21中每相橋臂的電流。控制單元24用于接收飛行控制器10發出的啟動 信號，并在接收到啟動信號后通過驅動單元22驅動=相全橋電路21W對電機依次輸出=次 檢測電壓，W及基于=相全橋電路21依次輸出的=次檢測電壓相應獲取電流檢測單元23檢 測的=次電流，并根據電流檢測單元23檢測的=次電流和電機的=相電壓計算電機的=相 電阻阻值和=相電阻的平均阻值，W及根據電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值判 斷電機是否發生異常故障。其中，開關管可W為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化物半導體場效應晶體管）、晶閩管等。
[0033] 具體地，當無人機要起飛時，飛行控制器10會發出啟動信號如PPM(Pulse Position Modulation，脈沖位置調制）信號到電子調速器20。電子調速器20的控制單元24 在接收到飛行控制器10發出的啟動信號后，會通過驅動電路22驅動=相全橋電路21依次輸 出=次電壓至電機，同時，通過電流檢測單元23采集相應的電流，然后根據采集的電流和電 機的=相電壓計算電機的=相電阻阻值，并計算=相電阻阻值的平均值，最后根據=相電 阻阻值和=相電阻阻值的平均值判斷電機是否發生異常故障。
[0034] 由于電子調速器能夠準確計算出電機的=相電阻阻值，因而能夠準確判斷出電機 的=相電阻中任意一相電阻是否發生異常，從而準確判斷出電機的=相電阻不對稱的情 況，有效避免了炸機情況的發生，而且，在無人機每次起飛時，電子調速器都對電機是否發 生異常進行檢測，因而可W保證每次飛行的啟動故障保護。
[0035] 進一步地，根據本發明的一個實施例，如圖1所示，=相全橋電路21中的每相橋臂 包括上橋開關管和下橋開關管，其中，控制單元24通過對第一相橋臂的上橋開關管Ql 1進行 PWM控制、控制第二相橋臂的下橋開關管q22處于常開通狀態W及控制第一相橋臂的下橋開 關管Q12、第二相橋臂的上橋開關管Q21、第=相橋臂的上橋開關管Q31和第=相橋臂的下橋 開關管Q32處于關斷狀態，W使=相全橋電路21對電機輸出第一次檢測電壓，同時通過電流 檢測單元23檢測第二相橋臂的電流W獲取第一次電流;控制單元24通過對第一相橋臂的上 橋開關管Qll進行PWM控制、控制第=相橋臂的下橋開關管Q32處于常開通狀態W及控制第 一相橋臂的下橋開關管Q12、第二相橋臂的上橋開關管Q21、第二相橋臂的下橋開關管Q22和 第=相橋臂的上橋開關管Q31處于關斷狀態，W使=相全橋電路21對電機輸出第二次檢測 電壓，同時通過電流檢測單元23檢測第=相橋臂的電流W獲取第二次電流;控制單元24通 過對第二相橋臂的上橋開關管Q21進行PWM控制、控制第=相橋臂的下橋開關管Q32處于常 開通狀態W及控制第一相橋臂的上橋開關管Q11、第一相橋臂的下橋開關管Q12、第二相橋 臂的下橋開關管Q22和第=相橋臂的上橋開關管Q31處于關斷狀態，W使=相全橋電路21對 電機輸出第=次檢測電壓，同時通過電流檢測單元23檢測第=相橋臂的電流W獲取第=次 電流。
[0036] 如圖1所示，電流檢測單元21可包括第一采樣電阻RU第二采樣電阻R2和第=采樣 電阻R3,第一采樣電阻Rl連接在第一相橋臂的下橋開關管Q12與地之間，第二采樣電阻R2連 接在第二相橋臂的下橋開關管Q22與地之間，第S采樣電阻R3連接在第S相橋臂的下橋開 關管Q32與地之間。
[0037] 具體而言，控制單元24在接收到飛行控制器10發出的啟動信號后，可先對開關管 Ql 1進行PWM控制，并控制開關管Q22處于常開狀態，W及控制其他開關管處于關斷狀態，W 對電機輸出第一次檢測電壓Uab,同時通過第二采樣電阻R2進行電流采樣，經放大和模數轉 換后獲得第一次電流Ii;然后，控制單元24對開關管Qll進行PWM控制，并控制開關管Q32處 于常開狀態，W及控制其他開關管處于關斷狀態，W對電機輸出第二次檢測電壓Ua。，同時通 過第=采樣電阻R3進行電流采樣，經放大和模數轉換后獲得第二次電流12;最后，控制單元 24對開關管Q21進行PWM控制，并控制開關管Q32處于常開狀態，W及控制其他開關管處于關 斷狀態，W對電機輸出第=次檢測電壓化C，同時通過第=采樣電阻R3進行電流采樣，經放大 和模數轉換后獲得第S次電流13。其中，PWM信號的占空比可由電流環PI (Propodional Integral，比例積分)控制，電流環的給定可為電機額定電流的0.5倍。
[0038] 通過上述S次動作可W得到如下公式：
[0039]
(1)
[0040] 其中，Ra為電機的A相電阻阻值，Rb為電機的B相電阻阻值，Rc為電機的討目電阻阻 值，Uab為第一次檢測電壓，Uac為第二次檢測電壓，Ubc為第立次檢測電壓，I功第一次電流，12 為第二次電流，13為第=次電流。
[0041] 需要說明的是，第一次檢測電壓Uab、第二次檢測電壓Uac和第=次檢測電壓化C是電 機的直流母線電壓乘Wpwm信號的占空比獲得，其中，直流母線電壓可W通過電阻采樣法檢 測電源VCC兩端的電壓獲得。即言，在本發明的實施例中，控制單元24還用于獲取電機的直 流母線電壓，并根據PWM信號的占空比和直流母線電壓計算電機的=相電壓。
[0042] 通過對上述公式（1)進行計算，可得到電機的=相電阻阻值W及電機的=相電阻
[0043] (2) 白勺平丈勻m /古如1 了4去/人：^/^〇、拍二
[0044] 其中，Ravg刃王相電化的干均化值。
[0045] 需要說明的是，在本發明的實施例中，可W通過霍爾傳感器對電流進行采樣，但是 成本遠高于通過采樣電阻進行電流采樣，且體積比較大，不利于電子調速器的小型化設計， 因此優選通過采樣電阻進行電流采樣。
[0046] 根據本發明的一個實施例，控制單元24根據電機的=相電阻阻值和=相電阻的平 均阻值判斷電機是否發生異常故障時，其中，如果=相電阻阻值中任意一相電阻阻值與= 相電阻的平均阻值之間的差值大于預設值，控制單元24則判斷電機發生=相電阻不平衡故 障。
[0047] 也就是說，如果計算的電機的A相電阻阻值Ra、B相電阻阻值化W及C相電阻阻值Rc 中有一相電阻阻值超過平均阻值Ravg-定值，例如，超過平均阻值的20%時，則認為電機的 =相電阻不平衡，可能是電機的接頭出現接觸不良或者電機出現缺相等。
[004引進一步地，由于電機處于靜止狀態，而電機的=相電阻阻值是m Q級別，因此當PWM 信號的占空比超過50%時，如果電機的=相電阻不平衡，則認為電機出現缺相故障。
[0049] 在實際應用中，通過電流閉環控制，可W快速完成電機的自檢動作，并可W實現在 每次起降動作時都可W進行電機的啟動檢測。
[0050] 根據本發明的一個實施例，控制單元24在判斷電機發生異常故障后，還通過控制 =相全橋電路21輸出預設電壓W使電機發出報警聲。也就是說，當電機發生異常故障時，控 制單元24會發出一定占空比的PWM信號至=相全橋電路21W使電機發出滴滴的報警聲，W 提醒用戶采取相應措施。
[0051] 根據本發明實施例的無人機的電機控制系統，在無人機每次起飛前，通過對電機 依次輸出=次電壓，并通過精密的采樣電阻進行電流采樣，然后根據電壓和電流計算電機 的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值，W根據=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值準確 判斷出電機是否發生異常故障，從而可W有效減少由于電機異常導致的起飛炸機事故。
[0052] 根據本發明的一個實施例，控制單元24在判斷電機發生異常故障后，還發送電機 異常故障信號至飛行控制器10,飛行控制器10根據電機異常故障信號控制無人機終止起飛 并發出報警提示。
[0053] 具體地，在判斷電機發生異常故障后，如果不將異常故障信號反饋至飛行控制器 10,則在無人機自主飛行時，很有可能因電機異常導致炸機情況發生。因此，在本發明的實 施例中，在判斷電機發生異常故障后，還發送電機異常故障信號Signal至飛行控制器10, W 使飛行控制器10根據電機異常故障信號控制無人機終止起飛，并發出報警提示，從而實現 對無人機的有效保護。
[0054] 另外，控制單元24還可W將電機的相關參數反饋至飛行控制器10,其中，參數可包 括電壓、電流、轉速、溫度等，從而形成無人機的整個閉環控制，飛行控制器10可W根據相關 參數判斷是否需要繼續起飛，例如，當電機的溫度過高時，可W控制無人機暫時不起飛，從 而進一步提高飛行安全。
[0055] 本發明實施例的無人機的電機控制系統，通過起飛前的電機故障檢測，并通過閉 環通訊方式，將電機狀態反饋給飛行控制器，W使飛行控制器在起飛動作前，判斷出動力系 統的狀態，避免由于電機或電子調速器異常，導致起飛失敗，甚至出現炸機情況，從而有效 提高了飛行安全。
[0056] 圖2是根據本發明實施例的無人機的電機故障檢測方法的流程圖。
[0057] 在本發明的實施例中，如圖1所示，無人機包括飛行控制器和電子調速器，電子調 速器與飛行控制器相連，電子調速器包括驅動單元和=相全橋電路，驅動單元用于驅動= 相全橋電路中的開關管，=相全橋電路的輸出端與電機相連。
[0058] 如圖2所示，無人機的電機故障檢測方法包括W下步驟：
[0059] SI,電子調速器接收飛行控制器發出的啟動信號，并在接收到啟動信號后通過驅 動單元驅動=相全橋電路W對電機依次輸出=次檢測電壓，W及基于=相全橋電路依次輸 出的=次檢測電壓相應獲取=相全橋電路的=次電流。
[0060] 根據本發明的一個實施例，如圖1所示，=相全橋電路中的每相橋臂包括上橋開關 管和下橋開關管，其中，通過對第一相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制第二相橋臂的 下橋開關管處于常開通狀態W及控制第一相橋臂的下橋開關管、第二相橋臂的上橋開關管 和第=相橋臂的上下橋開關管處于關斷狀態，W使=相全橋電路對電機輸出第一次檢測電 壓，同時檢測第二相橋臂的電流W獲取第一次電流;通過對第一相橋臂的上橋開關管進行 PWM控制、控制第=相橋臂的下橋開關管處于常開通狀態W及控制第一相橋臂的下橋開關 管、第二相橋臂的上下橋開關管和第=相橋臂的上橋開關管處于關斷狀態，W使=相全橋 電路對電機輸出第二次檢測電壓，同時檢測第=相橋臂的電流W獲取第二次電流;通過對 第二相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制第=相橋臂的下橋開關管處于常開通狀態W 及控制第一相橋臂的上下橋開關管、第二相橋臂的下橋開關管和第=相橋臂的上橋開關管 處于關斷狀態，W使=相全橋電路對電機輸出第=次檢測電壓，同時檢測第=相橋臂的電 流W獲取第=次電流。
[0061] 根據本發明的一個實施例，可通過第一采樣電阻、第二采樣電阻和第=采樣電阻 獲取=相全橋電路的=次電流，第一采樣電阻連接在第一相橋臂的下橋開關管與地之間， 第二采樣電阻連接在第二相橋臂的下橋開關管與地之間，第=采樣電阻連接在第=相橋臂 的下橋開關管與地之間。
[0062] 需要說明的是，在本發明的實施例中，也可W通過霍爾傳感器對電流進行采樣，但 是成本遠高于通過采樣電阻進行電流采樣，且體積比較大，不利于電子調速器的小型化設 計，因此優選通過采樣電阻進行電流采樣。
[0063] S2,根據=次電流和電機的=相電壓計算電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均 阻值。
[0064] 具體地，當無人機要起飛時，飛行控制器會發出啟動信號（如PPM信號巧Ij電子調速 器。電子調速器在接收到飛行控制器發出的啟動信號后，可先對開關管Qll進行PWM控制，并 控制開關管Q22處于常開狀態，W及控制其他開關管處于關斷狀態，W對電機輸出第一次檢 測電壓Uab,同時通過第二采樣電阻R2進行電流采樣，經放大和模數轉換后獲得第一次電流 Ii;然后，電子調速器對開關管Ql 1進行PWM控制，并控制開關管Q32處于常開狀態，W及控制 其他開關管處于關斷狀態，W對電機輸出第二次檢測電壓Uac,同時通過第=采樣電阻R3進 行電流采樣，經放大和模數轉換后獲得第二次電流12;最后，電子調速器對開關管Q21進行 PWM控制，并控制開關管Q32處于常開狀態，W及控制其他開關管處于關斷狀態，W對電機輸 出第=次檢測電壓化C，同時通過第=采樣電阻R3進行電流采樣，經放大和模數轉換后獲得 第=次電流13。
[0065] 其中，PWM信號的占空比可由電流環PI控制，電流環的給定可為電機額定電流的 0.5倍。第一次檢測電壓Uab、第二次檢測電壓Uac和第S次檢測電壓Ubc是電機的直流母線電 壓乘WP歷信號的占空比獲得，其中，直流母線電壓可W通過電阻采樣法檢測電源VCC兩端 的電壓獲得。即言，在本發明的實施例中，還獲取電機的直流母線電壓，并根據PWM信號的占 空比和直流母線電壓計算電機的=相電壓。
[0066] 通過上述=次動作可W得到上述公式（1 )，然后對上述公式（1)進行計算，可得到 電機的=相電阻阻值W及電機的=相電阻的平均阻值，如上述公式(2)所示。
[0067] S3,根據電機的S相電阻阻值和S相電阻的平均阻值判斷電機是否發生異常故 障。
[0068] 根據本發明的一個實施例，根據電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值判斷 電機是否發生異常故障，包括：如果=相電阻阻值中任意一相電阻阻值與=相電阻的平均 阻值之間的差值大于預設值，則判斷電機發生=相電阻不平衡故障。
[0069] 也就是說，如果計算的電機的A相電阻阻值Ra、B相電阻阻值化W及C相電阻阻值Rc 中有一相電阻阻值超過平均阻值Ravg-定值，例如，超過平均阻值的20%時，則認為電機的 =相電阻不平衡，可能是電機的接頭出現接觸不良或者電機出現缺相等。
[0070] 進一步地，由于電機處于靜止狀態，而電機的S相電阻阻值是m Q級別，因此當PWM 信號的占空比超過50%時，如果電機的=相電阻不平衡，則認為電機出現缺相故障。
[0071] 在實際應用中，通過電流閉環控制，可W快速完成電機的自檢動作，并可W實現在 每次起降動作時都可W進行電機的啟動檢測。
[0072] 根據本發明的一個實施例，在判斷電機發生異常故障后，還通過控制=相全橋電 路輸出預設電壓W使電機發出報警聲。也就是說，當電機發生異常故障時，電子調速器會發 出一定占空比的PWM信號至=相全橋電路W使電機發出滴滴的報警聲，W提醒用戶采取相 應措施。
[0073] 根據本發明實施例的無人機的電機故障檢測方法，在無人機每次起飛前，通過對 電機依次輸出=次電壓，并通過精密的采樣電阻進行電流采樣，然后根據電壓和電流計算 出電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值。由于電子調速器能夠準確計算出電機的= 相電阻阻值，因而能夠準確判斷出電機的=相電阻中任意一相電阻是否發生異常，從而準 確判斷出電機的=相電阻不對稱的情況，有效避免了炸機情況的發生，而且，在無人機每次 起飛時，電子調速器都對電機是否發生異常進行檢測，因而可W保證每次飛行的啟動故障 保護。
[0074] 根據本發明的一個實施例，在判斷電機發生異常故障后，還發送電機異常故障信 號至飛行控制器，飛行控制器根據電機異常故障信號控制無人機終止起飛并發出報警提 /J、- O
[0075] 具體地，在判斷電機發生異常故障后，如果不將異常故障信號反饋至飛行控制器， 則在無人機自主飛行時，很有可能因電機異常導致炸機情況發生。因此，在本發明的實施例 中，在判斷電機發生異常故障后，電子調速器還發送電機異常故障信號Signal至飛行控制 器，W使飛行控制器根據電機異常故障信號控制無人機終止起飛，并發出報警提示，從而實 現對無人機的有效保護。
[0076] 另外，電子調速器還可W將電機的相關參數反饋至飛行控制器，其中，參數可包括 電壓、電流、轉速、溫度等，從而形成無人機的整個閉環控制，飛行控制器可W根據相關參數 判斷是否需要繼續起飛，例如，當電機的溫度過高時，可W控制無人機暫時不起飛，從而進 一步提高飛行安全。
[0077] 本發明實施例的無人機的電機故障檢測方法，通過起飛前的電機故障檢測，并通 過閉環通訊方式，將電機狀態反饋給飛行控制器，W使飛行控制器在起飛動作前，判斷出動 力系統的狀態，避免由于電機或電子調速器異常，導致起飛失敗，甚至出現炸機情況，從而 有效提高了飛行安全。
[0078] 此外，本發明的實施例還提出了一種無人機，其包括上述的無人機的電機控制系 統。
[0079] 本發明實施例的無人機，通過上述的電機控制系統，能夠在無人機每次起飛時，通 過計算的電機的=相電阻阻值和=相電阻的平均阻值準確判斷出電機是否發生異常，從而 有效避免因電機異常導致的無人機起飛異常的問題。
[0080] 在本發明的描述中，需要理解的是，此外，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而 不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有 "第一"、"第二"的特征可W明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中，"多 個"的含義是至少兩個，例如兩個，=個等，除非另有明確具體的限定。
[0081] 在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語"安裝"、"相連"、"連接"、"固定"等 術語應做廣義理解，例如，可W是固定連接，也可W是可拆卸連接，或成一體;可W是機械連 接，也可W是電連接;可W是直接相連，也可W通過中間媒介間接相連，可W是兩個元件內 部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員 而言，可W根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0082] 在本說明書的描述中，參考術語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不 必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可W在任 一個或多個實施例或示例中W合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技 術人員可W將本說明書中描述的不同實施例或示例W及不同實施例或示例的特征進行結 合和組合。
[0083] 盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可W理解的是，上述實施例是示例 性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可W對上述 實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1. 一種無人機的電機控制系統，其特征在于，包括： 飛行控制器； 電子調速器，所述電子調速器與所述飛行控制器相連，所述電子調速器包括： 三相全橋電路，所述三相全橋電路的輸出端與電機相連； 驅動單元，所述驅動單元用于驅動所述三相全橋電路中的開關管； 電流檢測單元，所述電流檢測單元用于檢測所述三相全橋電路中每相橋臂的電流； 控制單元，所述控制單元用于接收所述飛行控制器發出的啟動信號，并在接收到所述 啟動信號后通過所述驅動單元驅動所述三相全橋電路以對所述電機依次輸出三次檢測電 壓，以及基于所述三相全橋電路依次輸出的三次檢測電壓相應獲取所述電流檢測單元檢測 的三次電流，并根據所述電流檢測單元檢測的三次電流和所述電機的三相電壓計算所述電 機的三相電阻阻值和三相電阻的平均阻值，以及根據所述電機的三相電阻阻值和三相電阻 的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故障。2. 根據權利要求1所述的無人機的電機控制系統，其特征在于，所述三相全橋電路中的 每相橋臂包括上橋開關管和下橋開關管，其中， 所述控制單元通過對第一相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制第二相橋臂的下橋 開關管處于常開通狀態以及控制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上橋開 關管和第三相橋臂的上下橋開關管處于關斷狀態，以使所述三相全橋電路對所述電機輸出 第一次檢測電壓，同時通過所述電流檢測單元檢測所述第二相橋臂的電流以獲取第一次電 流； 所述控制單元通過對所述第一相橋臂的上橋開關管進行pmi控制、控制所述第三相橋 臂的下橋開關管處于常開通狀態以及控制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂 的上下橋開關管和所述第三相橋臂的上橋開關管處于關斷狀態，以使所述三相全橋電路對 所述電機輸出第二次檢測電壓，同時通過所述電流檢測單元檢測所述第三相橋臂的電流以 獲取第二次電流； 所述控制單元通過對所述第二相橋臂的上橋開關管進行pmi控制、控制所述第三相橋 臂的下橋開關管處于常開通狀態以及控制所述第一相橋臂的上下橋開關管、所述第二相橋 臂的下橋開關管和所述第三相橋臂的上橋開關管處于關斷狀態，以使所述三相全橋電路對 所述電機輸出第三次檢測電壓，同時通過所述電流檢測單元檢測所述第三相橋臂的電流以 獲取第三次電流。3. 根據權利要求2所述的無人機的電機控制系統，其特征在于，所述電流檢測單元包括 第一采樣電阻、第二采樣電阻和第三采樣電阻，所述第一采樣電阻連接在第一相橋臂的下 橋開關管與地之間，所述第二采樣電阻連接在第二相橋臂的下橋開關管與地之間，所述第 三采樣電阻連接在第三相橋臂的下橋開關管與地之間。4. 根據權利要求2所述的無人機的電機控制系統，其特征在于，所述控制單元還用于獲 取所述電機的直流母線電壓，并根據PWM信號的占空比和所述直流母線電壓計算所述電機 的三相電壓。5. 根據權利要求1-4中任一項所述的無人機的電機控制系統，其特征在于，所述控制單 元根據所述電機的三相電阻阻值和三相電阻的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故障 時，其中， 如果所述三相電阻阻值中任意一相電阻阻值與所述三相電阻的平均阻值之間的差值 大于預設值，所述控制單元則判斷所述電機發生三相電阻不平衡故障。6. 根據權利要求5所述的無人機的電機控制系統，其特征在于，所述控制單元在判斷所 述電機發生異常故障后，還通過控制所述三相全橋電路輸出預設電壓以使所述電機發出報 警聲。7. 根據權利要求5所述的無人機的電機控制系統，其特征在于，所述控制單元在判斷所 述電機發生異常故障后，還發送電機異常故障信號至所述飛行控制器，所述飛行控制器根 據所述電機異常故障信號控制所述無人機終止起飛并發出報警提示。8. -種無人機，其特征在于，包括根據權利要求1-7中任一項所述的無人機的電機控制 系統。9. 一種無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，所述無人機包括飛行控制器和電子 調速器，所述電子調速器與所述飛行控制器相連，所述電子調速器包括驅動單元和三相全 橋電路，所述驅動單元用于驅動所述三相全橋電路中的開關管，所述三相全橋電路的輸出 端與電機相連，所述方法包括以下步驟： 所述電子調速器接收所述飛行控制器發出的啟動信號，并在接收到所述啟動信號后通 過所述驅動單元驅動所述三相全橋電路以對所述電機依次輸出三次檢測電壓，以及基于所 述三相全橋電路依次輸出的三次檢測電壓相應獲取所述三相全橋電路的三次電流； 根據所述三次電流和所述電機的三相電壓計算所述電機的三相電阻阻值和三相電阻 的平均阻值；以及 根據所述電機的三相電阻阻值和三相電阻的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故 障。10. 根據權利要求9所述的無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，所述三相全橋電 路中的每相橋臂包括上橋開關管和下橋開關管，其中， 通過對第一相橋臂的上橋開關管進行PWM控制、控制第二相橋臂的下橋開關管處于常 開通狀態以及控制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上橋開關管和第三相 橋臂的上下橋開關管處于關斷狀態，以使所述三相全橋電路對所述電機輸出第一次檢測電 壓，同時檢測所述第二相橋臂的電流以獲取第一次電流； 通過對所述第一相橋臂的上橋開關管進行Pmi控制、控制所述第三相橋臂的下橋開關 管處于常開通狀態以及控制所述第一相橋臂的下橋開關管、所述第二相橋臂的上下橋開關 管和所述第三相橋臂的上橋開關管處于關斷狀態，以使所述三相全橋電路對所述電機輸出 第二次檢測電壓，同時檢測所述第三相橋臂的電流以獲取第二次電流； 通過對所述第二相橋臂的上橋開關管進行Pmi控制、控制所述第三相橋臂的下橋開關 管處于常開通狀態以及控制所述第一相橋臂的上下橋開關管、所述第二相橋臂的下橋開關 管和所述第三相橋臂的上橋開關管處于關斷狀態，以使所述三相全橋電路對所述電機輸出 第三次檢測電壓，同時檢測所述第三相橋臂的電流以獲取第三次電流。11. 根據權利要求?ο所述的無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，通過第一采樣電 阻、第二采樣電阻和第三采樣電阻獲取所述三相全橋電路的三次電流，所述第一采樣電阻 連接在第一相橋臂的下橋開關管與地之間，所述第二采樣電阻連接在第二相橋臂的下橋開 關管與地之間，所述第三采樣電阻連接在第三相橋臂的下橋開關管與地之間。12. 根據權利要求10所述的無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，還包括： 獲取所述電機的直流母線電壓，并根據PWM信號的占空比和所述直流母線電壓計算所 述電機的三相電壓。13. 根據權利要求9-12中任一項所述的無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，根據 所述電機的三相電阻阻值和三相電阻的平均阻值判斷所述電機是否發生異常故障，包括： 如果所述三相電阻阻值中任意一相電阻阻值與所述三相電阻的平均阻值之間的差值 大于預設值，則判斷所述電機發生三相電阻不平衡故障。14. 根據權利要求13所述的無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，在判斷所述電機 發生異常故障后，還通過控制所述三相全橋電路輸出預設電壓以使所述電機發出報警聲。15. 根據權利要求13所述的無人機的電機故障檢測方法，其特征在于，在判斷所述電機 發生異常故障后，還發送電機異常故障信號至所述飛行控制器，所述飛行控制器根據所述 電機異常故障信號控制所述無人機終止起飛并發出報警提示。
【文檔編號】G01R31/34GK105905307SQ201610436819
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】于江濤
【申請人】廣州極飛電子科技有限公司