CN105182159B - 一种电驱动系统的故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电驱动系统的故障诊断方法，该方法将采集到的电机相电流分别通过Clark/Park变换、滤波器、Park矢量处理器、归一化处理器、平均值计算器、第一极值差处理器、绝对值计算器、绝对值取平均处理器和第二极值差处理器进行变换与处理，以平均电流极值差判断故障准则和绝对值的平均电流极值差判断故障准则为故障诊断判据，从而实现对电驱动系统故障的实时检测和定位。该方法不需要增加额外的传感器，简单易行，能实时诊断与定位单个功率管或多个功率管的开路故障，在系统负载突变或转速突变时，不需要调整故障判断阀值，鲁棒性强，不易误诊断。
Description
技术领域
本发明涉及电驱动系统的故障诊断技术领域，尤其是涉及一种电驱动系统的故障诊断方法。
背景技术
随着多电、全电飞机及混合、纯电动汽车的发展，电机驱动系统迎来了新的发展机遇和挑战，除了要求高功率密度和高效率外，同时还需具备高输出性能和高可靠性，这已成为电机驱动系统的关键所在。然而，当电驱动系统发生故障后，电机非对称运行，输出转矩将出现脉动，产生较大的机械噪声，导致系统的整体性能下降，尤其是输出功率大大降低，甚至不能正常工作，严重危害系统的安全，为了避免或减轻电驱动故障造成的严重危害，就得具有对电驱动系统的故障进行准确地检测和定位的功能，因此，研究电驱动系统的故障诊断技术就尤其重要了。
相比于开路故障，短路故障已经存在许多比较成熟的诊断方案，而相比于短路故障，开路故障发生后往往电机还能够继续运行，所以不易被发现，但其危害较大，因为在此情况下其余IGBT将流过更大的电流，易发生过流故障；且电机电流中存在直流电流分量，会引起转矩减小、发热、绝缘损坏等问题，如不及时处理开路故障，将会引发更大的事故。因此，对电机驱动系统开路故障诊断方法的研究更加必要。归纳国内外学者在IGBT开路故障诊断方法上所展开的研究，主要有专家系统法、电流检测法和电压检测法三种。
专家系统法基于经验积累，将可能发生的故障一一列出，归纳出规律并建立知识库，当发生故障的时候只需要观测故障现象，查询知识库即可判断故障类型，难点在于难以穷尽所有的故障现象并得到完备的故障知识库，而有些故障模态往往与系统正常运行时的某种状态时非常相似，造成了难以准确匹配故障。电压检测法通过考察系统故障时电机相电压、电机线电压或电机中性点电压与正常时的偏差来诊断故障。只需要四分之一基波周期便能检测出故障，大大缩短了诊断时间，但是这种方法需要增加电压传感器，通用性差。
电流检测法最为常用，因为其系统的参数和控制策略是独立的，且不需要增加额外的传感器，其中又派生出平均电流Park矢量法、单电流传感器法和电流斜率法等。平均电流Park矢量法又是其中较好的一种方法，A.J.Marques Cardoso教授提出了用于变频器故障诊断的电流Park矢量法，但该方法需要非常复杂的模式识别算法，不适合融入驱动控制器。随后，又提出了平均电流Park矢量法，该方法在d-q坐标系下进行，能快速判断和确定哪只IGBT出现故障，但其缺点在于对负载敏感，容易受负载和转速的突变而出现误判断。为了克服这些缺点，相关学者又提出了归一化平均电流法、归一化平均电流绝对值法等，这些方法可以在一定程度上提高故障诊断的鲁棒性，但存在计算过于复杂，对故障判断阀值过于依赖，且仍存在受负载和转速的突变或多个功率管同时开路故障时出现误判断的问题。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电驱动系统的故障诊断方法，使其简单易行，能实时诊断与定位单个功率管或多个功率管的开路故障，在系统负载突变或转速突变时，不需要调整故障判断阀值，鲁棒性强，不易误诊断。
为达到上述目的，本发明的一种电驱动系统的故障诊断方法，包括步骤如下：
1)将采集到的电驱动系统三相电流in(n＝a,b,c)进行Clark/Park变换处理得到d-q坐标系下实际电流值id和iq，然后将id、iq分别通过滤波器进行滤波，再将滤波后的电流值通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值再经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流inN，其中电流基准值和归一化后的电机相电流inN分别为：
2)将归一化后的电机相电流inN分别经过平均值计算器和绝对值计算器进行处理得到平均电流值<inN>和电流绝对值|inN|，再将计算得到的平均电流值<inN>通过第一极值差处理器处理得到平均电流极值差判断故障准则，然后将计算得到的电流绝对值|inN|分别进行绝对值取平均处理器处理和第二极值差处理器处理得到绝对值的平均电流极值差判断故障准则，其中平均电流极值差判断故障准则为：
其中，Mn为平均电流判断的故障诊断信号，In＝<inN>/0.1，当In≥1时，Mn为HM，表示电驱动系统的下功率管开路故障，当-1＜In＜1时，Mn为NM，表示电驱动系统为正常态或绕组开路故障，当In≤-1时，Mn为LM，表示电驱动系统的上功率管开路故障；
绝对值的平均电流极值差判断故障准则为：
其中，Dn为绝对值的平均电流判断的故障诊断信号，dn＝<|inN|>/0.5198，<|inN|>为电流绝对值后的平均值，当dn＞2/3时，Dn为ND，表示电驱动系统为正常态，当1/3＜dn≤2/3时，Dn为HD，表示电驱动系统的功率管单管开路故障，当dn≤1/3时，Dn为LD，表示电驱动系统的绕组开路故障；
3)将得到的平均电流极值差判断故障准则和绝对值的平均电流极值差判断故障准则一同送入故障诊断与定位处理得到电驱动系统的具体故障，其具体的故障诊断与定位判据为：当Da为HD，Db为ND，Dc为ND，Ma为LM时，表示诊断出的故障为驱动a相的上功率管出现开路故障、当Da为HD，Db为ND，Dc为ND，Ma为HM时，表示诊断出的故障为驱动a相的下功率管出现开路故障、当Da为LD，Ma为NM时，表示诊断出的故障为驱动a相的绕组开路故障(a相的上下功率管都出现开路故障)、当Da为ND，Db为HD，Dc为ND，Mb为LM时，表示诊断出的故障为驱动b相的上功率管出现开路故障、当Da为ND，Db为HD，Dc为ND，Mb为HM时，表示诊断出的故障为驱动b相的下功率管出现开路故障、当Db为LD，Mb为NM时，表示诊断出的故障为驱动b相的绕组开路故障(b相的上下功率管都出现开路故障)、当Da为ND，Db为ND，Dc为HD，Mc为LM时，表示诊断出的故障为驱动c相的上功率管出现开路故障、当Da为ND，Db为ND，Dc为HD，Mc为HM时，表示诊断出的故障为驱动c相的下功率管出现开路故障或当Dc为LD，Mc为NM时，表示诊断出的故障为驱动c相的绕组开路故障(c相的上下功率管都出现开路故障)。
本发明的有益效果：
1、本发明仅需使用原有控制器所带有的霍尔电流传感器即可，并不需要额外的传感器或其他设备，简单易行，可靠性高。
2、在系统负载突变或转速突变时，不需要调整故障判断阀值，鲁棒性强，不易误诊断。
3、不仅能实时诊断与定位单个功率管的开路故障，而且能实时诊断与定位多个功率管的开路故障。
附图说明
图1绘示本发明电驱动系统的故障诊断方法的原理框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种电驱动系统的故障诊断方法，具体实施步骤如下：
步骤1：将采集到的电驱动系统三相电流in(n＝a,b,c)进行Clark/Park变换处理得到d-q坐标系下实际电流值id和iq，然后将id、iq分别通过滤波器进行滤波，再将滤波后的电流值通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值再经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流inN，其中电流基准值和归一化后的电机相电流inN分别为：
步骤2：将归一化后的电机相电流inN分别经过平均值计算器和绝对值计算器进行处理得到平均电流值<inN>和电流绝对值|inN|，再将计算得到的平均电流值<inN>通过第一极值差处理器处理得到平均电流极值差判断故障准则，然后将计算得到的电流绝对值|inN|分别进行绝对值取平均处理器处理和第二极值差处理器处理得到绝对值的平均电流极值差判断故障准则，其中平均电流极值差判断故障准则为：
其中，Mn为平均电流判断的故障诊断信号，In＝<inN>/0.1，当In≥1时，Mn为HM，表示电驱动系统的下功率管开路故障，当-1＜In＜1时，Mn为NM，表示电驱动系统为正常态或绕组开路故障，当In≤-1时，Mn为LM，表示电驱动系统的上功率管开路故障；
绝对值的平均电流极值差判断故障准则为：
其中，Dn为绝对值的平均电流判断的故障诊断信号，dn＝<|inN|>/0.5198，<|inN|>为电流绝对值后的平均值，当dn＞2/3时，Dn为ND，表示电驱动系统为正常态，当1/3＜dn≤2/3时，Dn为HD，表示电驱动系统的功率管单管开路故障，当dn≤1/3时，Dn为LD，表示电驱动系统的绕组开路故障；
步骤3：将得到的平均电流极值差判断故障准则和绝对值的平均电流极值差判断故障准则一同送入故障诊断与定位处理得到电驱动系统的具体故障，其具体的故障诊断与定位判据为：当Da为HD，Db为ND，Dc为ND，Ma为LM时，表示诊断出的故障为驱动a相的上功率管出现开路故障、当Da为HD，Db为ND，Dc为ND，Ma为HM时，表示诊断出的故障为驱动a相的下功率管出现开路故障、当Da为LD，Ma为NM时，表示诊断出的故障为驱动a相的绕组开路故障(a相的上下功率管都出现开路故障)、当Da为ND，Db为HD，Dc为ND，Mb为LM时，表示诊断出的故障为驱动b相的上功率管出现开路故障、当Da为ND，Db为HD，Dc为ND，Mb为HM时，表示诊断出的故障为驱动b相的下功率管出现开路故障、当Db为LD，Mb为NM时，表示诊断出的故障为驱动b相的绕组开路故障(b相的上下功率管都出现开路故障)、当Da为ND，Db为ND，Dc为HD，Mc为LM时，表示诊断出的故障为驱动c相的上功率管出现开路故障、当Da为ND，Db为ND，Dc为HD，Mc为HM时，表示诊断出的故障为驱动c相的下功率管出现开路故障或当Dc为LD，Mc为NM时，表示诊断出的故障为驱动c相的绕组开路故障(c相的上下功率管都出现开路故障)。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种电驱动系统的故障诊断方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)将采集到的电驱动系统三相电流in(n＝a,b,c)进行Clark/Park变换处理得到d-q坐标系下实际电流值id和iq，然后将id、iq分别通过滤波器进行滤波，再将滤波后的电流值通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值再经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流inN，其中电流基准值和归一化后的电机相电流inN分别为：
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2)将归一化后的电机相电流inN分别经过平均值计算器和绝对值计算器进行处理得到平均电流值<inN>和电流绝对值|inN|，再将计算得到的平均电流值<inN>通过第一极值差处理器处理得到平均电流极值差判断故障准则，然后将计算得到的电流绝对值|inN|分别进行绝对值取平均处理器处理和第二极值差处理器处理得到绝对值的平均电流极值差判断故障准则，其中平均电流极值差判断故障准则为：
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绝对值的平均电流极值差判断故障准则为：
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其中，Dn为绝对值的平均电流判断的故障诊断信号，dn＝<|inN|>/0.5198，<|inN|>为电流绝对值后的平均值，当dn＞2/3时，Dn为ND，表示电驱动系统为正常态，当1/3＜dn≤2/3时，Dn为HD，表示电驱动系统的功率管单管开路故障，当dn≤1/3时，Dn为LD，表示电驱动系统的绕组开路故障；
3)将得到的平均电流极值差判断故障准则和绝对值的平均电流极值差判断故障准则一同送入故障诊断与定位处理得到电驱动系统的具体故障，其具体的故障诊断与定位判据为：当Da为HD，Db为ND，Dc为ND，Ma为LM时，表示诊断出的故障为驱动a相的上功率管出现开路故障、当Da为HD，Db为ND，Dc为ND，Ma为HM时，表示诊断出的故障为驱动a相的下功率管出现开路故障、当Da为LD，Ma为NM时，表示诊断出的故障为驱动a相的绕组开路故障，即a相的上下功率管都出现开路故障、当Da为ND，Db为HD，Dc为ND，Mb为LM时，表示诊断出的故障为驱动b相的上功率管出现开路故障、当Da为ND，Db为HD，Dc为ND，Mb为HM时，表示诊断出的故障为驱动b相的下功率管出现开路故障、当Db为LD，Mb为NM时，表示诊断出的故障为驱动b相的绕组开路故障，即b相的上下功率管都出现开路故障、当Da为ND，Db为ND，Dc为HD，Mc为LM时，表示诊断出的故障为驱动c相的上功率管出现开路故障、当Da为ND，Db为ND，Dc为HD，Mc为HM时，表示诊断出的故障为驱动c相的下功率管出现开路故障或当Dc为LD，Mc为NM时，表示诊断出的故障为驱动c相的绕组开路故障，即c相的上下功率管都出现开路故障。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105182159A (zh) | 2015-12-23 |
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