本申请涉及自动化技术领域，特别是涉及一种伺服系统故障检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术：
伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。
当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度和位置3闭环控制算法进行控制，伺服驱动器一般由控制板和驱动功率输出模块组成，功率输出模块一般为igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)或者ipm(intelligentpowermodule，智能功率模块)模块，功率输出环节完成三相逆变，输出交流电压来驱动伺服电机进行控制，功率输出部分作为能量集中变换的关键环节，往往是故障发生率最高、可靠性最低的组成部分之一，而且其一旦发生故障，通常会直接造成整个伺服控制系统无法工作，因此迫切需要对伺服系统的功率输出环节进行故障预测以开展预防性维修，降低其故障发生率。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：伺服系统中的功率输出模块结合通用驱动芯片使用，虽然可以在igbt出现短路故障的时候及时切断输出，保护器件，但是在无法在器件性能出现退化趋势后及时发现问题，在一些一次性寿命的关键器件，特别是航天航空等领域的装备上，能力不足，不能及时发现和彻底消除器件退化导致的性能安全隐患。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够及时进行故障预警的伺服系统故障检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种伺服系统故障检测方法，包括步骤：
获取伺服系统中功率输出器件的电学信号；电学信号包括功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
对电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数；电压纹波特征参数包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列；
对电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；并根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间。
在其中一个实施例中，获取伺服系统中功率输出器件的电学信号的步骤包括：
在伺服系统结束预设时长的工作时，以预设采集条件获取各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
预设采集条件包括正常负载，常温环境，采样频率大于或等于5倍的开关管开关频率，采样精度大于或等于5mv，以及单次采集时间大于或等于2倍的开关管开关周期。
在其中一个实施例中，对电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数的步骤，包括：
对各电压信号进行积分统计，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积；
对单次采集时间内的各瞬态米勒效应电压面积进行特征提取，得到各峰峰值和各均值；
按照时间顺序分别对各峰峰值、各均值进行排列，得到开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列。
在其中一个实施例中，对各电压信号进行积分统计，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积的步骤，包括：
采用离散累加处理各电压信号，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积。
在其中一个实施例中，采用离散累加处理各电压信号，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积的步骤，包括：
基于开关管开关周期，依据各开关管的开关控制状态获取瞬态米勒效应电压面积。
在其中一个实施例中，曲线拟合结果包括故障预测模型；
对电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果的步骤，包括：
用多项式拟合算法、对开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列进行曲线拟合，得到故障预测模型。
在其中一个实施例中，故障阈值为根据开关管的栅极触发电压得到；
根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间的步骤，包括：
基于故障阈值、依据多项式曲线拟合故障预测模型，得到故障发生剩余时间。
另一方面，本发明实施例还提供了一种伺服系统故障检测装置，包括：
信号获取模块，用于获取伺服系统中功率输出器件的电学信号；电学信号包括功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
特征提取模块，用于对电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数；电压纹波特征参数包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列；
曲线拟合模块，用于对电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；
故障预警模块，用于根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现前述任一项方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述任一项方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请提出一种能够对伺服系统功率输出器件的电学信号进行实时检测和特征提取的方法，其中，将功率管的门极和发射极之间的压降的偏移量作为退化特征参数，通过曲线拟合来评估功率输出器件的健康情况，确保其偏移量存在可靠的裕度，在安全余量不足的情况下，发出警告，及时进行关键器件替换和更新，来确保伺服系统的稳定可靠运行。本申请符合功率开关器件的失效物理及退化特征，所需监测的参数少，对整个系统的测试性设计要求低，且通用性较好，方便伺服系统开展在线工作条件下的实时故障预测。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一个实施例中伺服系统故障检测方法的应用环境图；
图2为一个实施例中伺服系统故障检测方法的流程示意图；
图3为一个实施例中igbt开关管的等效电路示意图；
图4为一个实施例中正常模式下开关管开关状态示意图；
图5为一个实施例中瞬态米勒效应电压示意图；
图6为一个实施例中伺服系统故障采集和诊断预测流程示意图；
图7为一个实施例中伺服系统故障检测装置的结构框图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图；
图9为另一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
传统关于伺服系统的功率输出器件(igbt或ipm)的控制主要借助于功率模块驱动芯片，驱动芯片主要实现接收控制器脉冲命令，将信号隔离变送，放大输出的功能，驱动芯片对功率输出模块提供驱动信号的同时，也对功率输出器件的管脚电压进行检测，当电压超过某个阈值的时候，可以触发报警，然后通过相应的故障输出状态位来表示，上游控制器可以从状态位获取到功率输出模块的工作状况，另外，在发生故障的时候驱动器将禁止输出，功率输出模块将停止工作。
然而，传统伺服系统中的功率输出模块结合通用驱动芯片使用，虽然可以在igbt出现短路故障的时候及时切断输出，保护器件，但是在无法在器件性能出现退化趋势后及时发现问题，在一些一次性寿命的关键器件，特别是航天航空等领域的装备上，能力明显不足，不能及时发现和彻底消除器件退化导致的性能安全隐患。
而本申请提出一种能够对伺服系统功率输出器件(三相逆变桥)进行的电学信号实时检测和特征提取的方案，基于相应的器件退化模型(例如，故障预测模型)，对功率管的门极和发射极之间的压降的偏移量作为退化特征参数，通过多项式拟合时间序列预测算法来评估三相逆变桥的健康情况，确保其偏移量存在可靠的裕度(例如，故障阈值)，在安全余量不足的情况下，发出警告，及时进行关键器件替换和更新，来确保伺服系统的稳定可靠运行。本申请符合功率开关器件的失效物理及退化特征，所需监测的参数少，对整个系统的测试性设计要求低，且通用性较好，方便伺服系统开展在线工作条件下的实时故障预测。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的伺服系统故障检测方法，适用于所有采用igbt或者是ipm来实现伺服控制的驱动电路，应用范围广。在一个具体示例中，本申请可以应用于如图1所示的应用环境中。伺服控制器的功率输出电路采用三相逆变电路来实现，开关器件采用的是igbt，如下图1所示，图中udc为功率输出的电路的母线电压，通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流后得到，功率输出采用了三相桥式电路利用了脉宽调制技术即pwm(pulsewidthmodulation)通过改变igbt交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率，改变每半周期内晶体管的通断时间比，也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压的大小以达到调节功率的目的。
其中，vt1～vt6为六个功率开关管，ua、ub、uc分别代表3个桥臂。本申请对各桥臂的开关状态做以下规定：当上桥臂开关管“开”状态时(此时下桥臂开关管必然是“关”状态)，开关状态为1；当下桥臂开关管“开”状态时(此时上桥臂开关管必然是“关”状态)，开关状态为0。三个桥臂只有“0”和“1”两种状态，因此开关管组合形成000、001、010、011、100、101、111共八种开关管模式，八种开关模式对应到永磁同步电机的三相电压的矢量合成和输出，开关管的开关特性异常会直接导致伺服电机的控制失效，而本申请提出一种伺服系统故障检测方法，可通过检测6个开关管的门极和发射极电压(vge)的特性来对igbt的故障进行诊断和预测，达到预警和及时更换器件的目标，确保伺服系统的正常运行。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种伺服系统故障检测方法，以该方法应用于图1中的igbt为例进行说明，包括以下步骤：
步骤202，获取伺服系统中功率输出器件的电学信号；电学信号包括功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号。
其中，电学信号可以包括检测出的伺服控制器的输出电压和输出电流等；然在实际应用中，通过检测输出伺服控制器的输出电压和电流来对驱动器进行故障预测和分析，涉及到高压电信号，实现的难度大，且成本昂贵。此外，若直接对可能失效的器件进行检测，如保护电路中的钳位三极管的相关电气参数等，然在实际应用中，技术难度较大，不易实现，且误报率高。
而本申请提出电学信号包括功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号。具体地，如图1所示，采集伺服驱动器的三相逆变桥的六个开关管的门极和发射极之间的电压vge_a_up，vge_a_down，vge_b_up，vge_b_down，vge_c_up，vge_c_down。本申请实施过程中监测参数的电压低，硬件容易实现，且在实际工程应用中易于推广。
进一步地，可采集一段固定时间长度的6个igbt开关管的门极和发射极之间的连续电压信号；
在一个具体的实施例中，获取伺服系统中功率输出器件的电学信号的步骤包括：以预设采集条件获取各开关管的门极与发射极之间的电压信号；预设采集条件包括正常负载，常温环境，采样频率大于或等于5倍的开关管开关频率，采样精度大于或等于5mv，以及单次采集时间大于或等于2倍的开关管开关周期；
具体而言，采集条件可以包括正常负载，常温环境，采样频率高于开关频率的5倍以上，采样精度应尽量高于5mv，单次采集时间tc应不低于2倍的开关周期。基于上述采集条件，使得本申请能够对伺服驱动开关电路的瞬态电压纹波进行有效采集。
步骤204，对电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数；电压纹波特征参数包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列。
具体而言，对采集到的各开关管的连续电压信号进行统计与特征提取，可以得到电压纹波特征参数；本申请中的电压波纹特征参数可以包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列；即本申请采用上下对管的瞬态米勒效应纹波的峰峰值以及均值作为特征参数，能够反映其开关特性的退化程度；本申请提出了一种能够间接表征伺服驱动开关电路特性退化的特征参数，符合伺服驱动器开关控制的失效物理与退化特征，应用效果好。
进一步的，获取开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列的过程，可以采用多种方式；例如，分别通过统计伺服电机开关管的瞬态米勒效应电压面积(可采用电压信号对时间做积分的方式)，然后对相应时间段内的瞬态米勒效应电压面积进行特征提取，获取单次采集时间内的峰峰值和均值，进而形成峰峰值序列和均值序列。
在一个具体的实施例中，获取伺服系统中功率输出器件的电学信号的步骤包括：
在伺服系统结束预设时长的工作时，以预设采集条件获取各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
预设采集条件包括正常负载，常温环境，采样频率大于或等于5倍的开关管开关频率，采样精度大于或等于5mv，以及单次采集时间大于或等于2倍的开关管开关周期。
在一个具体的实施例中，对电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数的步骤，包括：
对各电压信号进行积分统计，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积；
对单次采集时间内的各瞬态米勒效应电压面积进行特征提取，得到各峰峰值和各均值；
按照时间顺序分别对各峰峰值、各均值进行排列，得到开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列。
在其中一个实施例中，对各电压信号进行积分统计，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积的步骤，包括：
采用离散累加处理各电压信号，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积。
在其中一个实施例中，采用离散累加处理各电压信号，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积的步骤，包括：
基于开关管开关周期，依据各开关管的开关控制状态获取瞬态米勒效应电压面积。
具体而言，获得电压纹波特征参数，即得到开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列，可以采集一段固定时间长度(即单次采集时间)的6个igbt开关管的门极和发射极之间的连续电压信号；分别通过统计伺服电机开关管的瞬态米勒效应电压面积(电压信号对时间做积分(离散累加)的方式)；针对瞬态米勒效应电压面积，进行特征提取，分别计算峰峰值以及平均值。
伺服驱动器工作一段时间δt(即预设时长的工作)，重复前述步骤形成伺服驱动开关管的开关瞬态米勒效应电压峰峰值和均值序列。
本申请无需开展对驱动电路开展的离线试验与测试，简单方便成本低；本申请提出对伺服驱动电路按照每工作一段时间后，以预设采集条件采集电压信号，进一步对电压信号进行统计与特征提取得到峰峰值和均值，重复前述步骤，进而形成峰值和均值的特征值的时间序列。
步骤206，对电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；并根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间。
具体而言，采用多项式拟合算法对伺服驱动器开关器件的瞬态米勒效应电压的峰峰值和均值序列进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；进而可根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间。
其中，可设置表征伺服驱动器开关器件外围保护电路故障状态的瞬态米勒效应电压峰峰值阈值以及均值阈值(即故障阈值)，根据多项式拟合曲线计算得到开关器件功能失效发生所剩的时间。
在一个具体的实施例中，曲线拟合结果包括故障预测模型；
对电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果的步骤，包括：
用多项式拟合算法、对开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列进行曲线拟合，得到故障预测模型。
具体而言，采用多项式拟合算法对伺服驱动器开关器件的瞬态米勒效应电压的峰峰值和均值序列进行曲线拟合，形成故障预测模型。
进而设置表征伺服驱动器开关器件外围保护电路故障状态的瞬态米勒效应电压峰峰值阈值以及均值阈值，根据多项式拟合曲线计算得到开关器件功能失效发生所剩的时间t_failuer。
在一个具体的实施例中，故障阈值为根据开关管的栅极触发电压得到；
根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间的步骤，包括：
基于故障阈值、依据多项式曲线拟合故障预测模型，得到故障发生剩余时间。
具体而言，可采用多项式拟合算法对峰峰值和均值两个特征值根据时间序列进行曲线拟合，形成故障预测模型；进而根据伺服控制器的开关管的实际栅极触发电压来设置阈值，并依据多项式曲线拟合故障预测模型计算距离故障发生所剩的时间。
上述伺服系统故障检测方法中，将功率管的门极和发射极之间的压降的偏移量作为退化特征参数，通过曲线拟合来评估功率输出器件的健康情况，确保其偏移量存在可靠的裕度，在安全余量不足的情况下，发出警告，及时进行关键器件替换和更新，来确保伺服系统的稳定可靠运行。本申请符合功率开关器件的失效物理及退化特征，所需监测的参数少，对整个系统的测试性设计要求低，且通用性较好，方便伺服系统开展在线工作条件下的实时故障预测。
进一步的，本申请符合伺服驱动器开关控制的失效物理与退化特征，应用效果好。同时，实施过程中监测参数的电压低，硬件容易实现，且在实际工程应用中易于推广。相比较传统的伺服控制器只有异常状态通知功能而言，本申请进一步实现了伺服控制器的一种故障预警功能，使得驱动器的可靠性得到大大的提升，扩展应用到一些关键乃至要求高可靠性的特殊的产品上，如武器、航天器等。本申请无需开展对驱动电路开展的离线试验与测试，简单方便成本低。且适用于所有采用igbt或者是ipm来实现伺服控制的驱动电路，应用范围广。
为了进一步说明本申请方案，下面结合具体实例予以说明：
伺服控制器在使用过程当中，在功率输出模块环节，造成其器件失效的原因有很多种，包括集电极和发射极电压(vge)冲击过大导致短路击穿、上下开关管同时导通导致母线短路烧毁器件等，由于igbt器件中的本身的米勒电容以及板件寄生电容的存在，如下面图3所示，容易导致器件的开关控制特性出现异常，导致igbt失效。
如图3所示的等效电路所示，其中cgc表示为米勒电容，在igbt开关时，由于寄生米勒电容开通而产生米勒平台，由于米勒效应的存在，在igbt关断期间在门级和集电极的回路会产生一个很高的瞬态电流：
该电流峰值非常高，在上下桥式开关管电路中非常容易导致灾难性的后果，在桥式对管中，其中一个开关管(上管或者下管)会由于该尖峰电流会流经另外一个开关管的门级限流电阻以及驱动芯片驱动电阻，形成回路，释放电流，当电流较大的时候，在门级限流电阻上会产生一定的压差，参考下面的vge计算公式，当压差达到一定幅度的时候，会导致本应该关闭的开关管被异常开通，形成桥式开关对管同时导通的情况，引起母线电压短路。
vge＝igc*(rg rdri)
其中：
vge是开关管的门级和发射极电压，该电压超过阈值会使得开关管直接导通
rg为串联在开关管的门级和发射极之间的限流电阻；
rdri为开关管驱动芯片的驱动输出电阻；
米勒效应是igbt的固有特性，与其设计原理和内部结构有关，在伺服驱动器的电路设计上往往会采用在电路上增加设计电路来减少米勒效应带来的影响和危害，在门极和发射极之间增加电容来分担了米勒电容产生的门极充电电流，或者采用有源米勒钳位电路，在门极与发射极之间增加三级管，当门极和发射极之间电压vge达到某个值时，门极与发射极的短路开关(三级管)将被触发，这样流经米勒电容的电流将被增加的三极管截断。
然而随着器件的环境应力变化以及使用过程当中的累计应力等因素都会导致相关的电子器件性能退化，这些保护电路同样存在特性退化乃至失效的风险，需要通过直接检测逆变桥上下两个的开关管的门极到发射极电压，分析其各自幅值得变化特性以及上下两个开关管的开关瞬态的米勒效应电压的特征值来预测和评估米勒效应带来的影响程度，正常的工作模式下，上管开通时vge_a/b/c_up大于门极开通电压,此时下管为关闭的状态，vge_a/b/c_down为接近0v左右，反之，上管开通时vge_a/b/c_down大于门极开通电压，此时上管为关闭的状态，vge_a/b/c_up为接近0v左右，如图4所示。
但是如果驱动功能电路的抑制米勒效应的电路功能退化，或者米勒电容变大，就会使得米勒效应电压的峰值加大，使得开关管的开关状态不受控，如下图5所示，进而导致直通短路、器件烧毁。
本申请提出了一种伺服系统故障检测方法，步骤如下：
(1)采集伺服驱动器的三相逆变桥的六个开关管的门极和发射极之间的电压vge_a_up，vge_a_down，vge_b_up，vge_b_down，vge_c_up，vge_c_down，采集条件为正常负载，常温环境，采样频率高于开关频率的5倍以上，采样精度应尽量高于5mv，单次采集时间tc应不低于2倍的开关周期；
(2)分别通过统计伺服电机开关管的瞬态米勒效应电压面积(电压信号对时间做积分(离散累加)的方式)，例如，在上管开通的状态下开始计算下管的门极到发射极的瞬态米勒效应电压信号的面积∑vd_down，在下管开通的状态开始计算上管门极到发射极的瞬态米勒效应电压信号的面积∑vd_up。
(3)针对采集到的时间长度为tc的∑vd_down和∑vd_up，进行特征提取，分别计算其在tc周期内的峰峰值pp_vsum以及平均值avg_vsum。
(4)伺服驱动器工作一段时间δt，重复步骤(2)和(3)形成伺服驱动开关管的开关瞬态米勒效应电压峰峰值和均值序列，记为
(5)采用多项式拟合算法对伺服驱动器开关器件的瞬态米勒效应电压的峰峰值和均值序列进行曲线拟合，形成故障预测模型。
(6)设置表征伺服驱动器开关器件外围保护电路故障状态的瞬态米勒效应电压峰峰值阈值以及均值阈值，根据多项式拟合曲线计算得到开关器件功能失效发生所剩的时间t_failuer。
进一步的，本申请提供了一种能够间接表征伺服驱动开关电路特性退化的特征参数，采用上下对管的瞬态米勒效应纹波的峰峰值以及均值作为特征参数，反映其开关特性的退化程度。
本申请能够对伺服驱动开关电路的瞬态电压纹波进行有效采集的方法与要求，采集条件为正常负载，常温环境，采样频率高于开关频率的5倍以上，采样精度应尽量高于5mv，单次采集时间tc应不低于2倍的开关周期；
如图6所示：
步骤一：采集一段固定时间长度的6个igbt开关管的门极和发射极之间的连续电压信号；
步骤二：针对采集到的信号，按开关周期来分别对信号进行切割，分别根据上管和下管的开关控制状态和实际状态来统计其每一个开关周期内的米勒效应瞬态电压和，并且对固定采集时间内的电压和进行特征值提取，包括峰峰值和均值
步骤三：对伺服驱动电路按照每工作一段时间后重复步骤一和二，形成峰值和均值的特征值的时间序列；
步骤四：采用多项式拟合算法对峰峰值和均值两个特征值根据时间序列进行曲线拟合，形成故障预测模型；
步骤五：根据伺服控制器的开关管的实际栅极触发电压来设置阈值，并依据多项式曲线拟合故障预测模型计算距离故障发生所剩的时间。
本申请提出一种能够对伺服系统功率输出器件(三相逆变桥)进行的电学信号进行实时检测和基于该器件退化模型，对功率管的门极和发射极之间的压降的偏移量作为退化特征参数，通过多项式拟合时间序列预测算法来评估三相逆变桥的健康情况，确保其偏移量存在可靠的裕度，在安全余量不足的情况下，发出警告，及时进行关键器件替换和更新，来确保伺服系统的稳定可靠运行。该方法符合功率开关器件的失效物理及退化特征，所需监测的参数少，对整个系统的测试性设计要求低，且通用性较好，方便伺服系统开展在线工作条件下的实时故障预测。
应该理解的是，虽然图2、图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2、图6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图7所示，提供了一种伺服系统故障检测装置，包括：
信号获取模块710，用于获取伺服系统中功率输出器件的电学信号；电学信号包括功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
特征提取模块720，用于对电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数；电压纹波特征参数包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列；
曲线拟合模块730，用于对电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；
故障预警模块740，用于根据故障阈值和曲线拟合结果，确定伺服系统的故障发生剩余时间。
需要说明的是，伺服系统故障检测装置还可包含若干相应的模块，用于实现前述伺服系统故障检测方法的各步骤。
关于伺服系统故障检测装置的具体限定可以参见上文中对于伺服系统故障检测方法的限定，在此不再赘述。上述伺服系统故障检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储电学信号、电压纹波特征参数等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种伺服系统故障检测方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种伺服系统故障检测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图8、图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现前述任一项伺服系统故障检测方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述任一项伺服系统故障检测方法的步骤。
本领域普通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，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线式动态随机存储器(rambusdram，简称rdram)、以及接口动态随机存储器(drdram)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种伺服系统故障检测方法，其特征在于，包括步骤：
获取伺服系统中功率输出器件的电学信号；所述电学信号包括所述功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
对所述电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数；所述电压纹波特征参数包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列；
对所述电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；并根据故障阈值和所述曲线拟合结果，确定所述伺服系统的故障发生剩余时间。
2.根据权利要求1所述的伺服系统故障检测方法，其特征在于，获取伺服系统中功率输出器件的电学信号的步骤包括：
在所述伺服系统结束预设时长的工作时，以预设采集条件获取各所述开关管的门极与发射极之间的电压信号；
所述预设采集条件包括正常负载，常温环境，采样频率大于或等于5倍的开关管开关频率，采样精度大于或等于5mv，以及单次采集时间大于或等于2倍的开关管开关周期。
3.根据权利要求2所述的伺服系统故障检测方法，其特征在于，对所述电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数的步骤，包括：
对各所述电压信号进行积分统计，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积；
对所述单次采集时间内的各所述瞬态米勒效应电压面积进行特征提取，得到各峰峰值和各均值；
按照时间顺序分别对各峰峰值、各均值进行排列，得到所述开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和所述开关瞬态米勒效应电压均值序列。
4.根据权利要求3所述的伺服系统故障检测方法，其特征在于，对各所述电压信号进行积分统计，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积的步骤，包括：
采用离散累加处理各所述电压信号，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积。
5.根据权利要求4所述的伺服系统故障检测方法，其特征在于，采用离散累加处理各所述电压信号，得到各开关管的瞬态米勒效应电压面积的步骤，包括：
基于所述开关管开关周期，依据各开关管的开关控制状态获取所述瞬态米勒效应电压面积。
6.根据权利要求1至5任一项所述的伺服系统故障检测方法，其特征在于，所述曲线拟合结果包括故障预测模型；
对所述电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果的步骤，包括：
用多项式拟合算法、对所述开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和所述开关瞬态米勒效应电压均值序列进行曲线拟合，得到所述故障预测模型。
7.根据权利要求6所述的伺服系统故障检测方法，其特征在于，所述故障阈值为根据开关管的栅极触发电压得到；
根据故障阈值和所述曲线拟合结果，确定所述伺服系统的故障发生剩余时间的步骤，包括：
基于所述故障阈值、依据多项式曲线拟合所述故障预测模型，得到所述故障发生剩余时间。
8.一种伺服系统故障检测装置，其特征在于，包括：
信号获取模块，用于获取伺服系统中功率输出器件的电学信号；所述电学信号包括所述功率输出器件中各开关管的门极与发射极之间的电压信号；
特征提取模块，用于对所述电学信号进行统计与特征提取，得到电压纹波特征参数；所述电压纹波特征参数包括开关瞬态米勒效应电压峰峰值序列和开关瞬态米勒效应电压均值序列；
曲线拟合模块，用于对所述电压纹波特征参数进行曲线拟合，得到曲线拟合结果；
故障预警模块，用于根据故障阈值和所述曲线拟合结果，确定所述伺服系统的故障发生剩余时间。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
技术总结