CN105305917A - 相电流采样值失效处理方法和三相交流电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相电流采样值失效处理方法和三相交流电机控制器，其中，所述方法包括：当逆变器发送至三相交流电机的三相交流电中任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算任一相电流的替代值，任一相电流的替代值为三相交流电中、除任一相电流之外两相电流之和的相反数；通过主控CPU计算任一相电流的计算值，并得出任一相电流的替代值与计算值之间差值的绝对值；判断差值的绝对值与第一预定阈值的大小；若差值的绝对值小于或等于第一预定差值阈值，则使用任一相电流的替代值置换采样值进行容错处理。本发明的技术方案能够在三相交流电机任一相电流采样值失效的情况下，简便地选择准确的替代值对相电流进行容错处理。

Description

相电流采样值失效处理方法和三相交流电机控制器

技术领域

本发明涉及三相交流电机控制领域，更为具体地说，涉及一种相电流采样值失效处理方法和三相交流电机控制器。

背景技术

目前，在三相交流电机控制领域，经常使用三相交流电机控制器控制输送至三相交流电机的交变电流。具体请参考图1，图1是现有技术提供的一种三相交流电机控制器的结构示意图，如图1所示，三相交流电机控制器主要包括逆变器3与控制器6，从动力电源1输出的直流电经过逆变器3转换为三相交流电，输送至三相交流电机2，在逆变器3与三相交流电机2之间的相电流传感器4与调理电路5，用于检测三相交流电i_u、i_v、i_w。在实际应用情况中，为了达到较好的控制效果，发挥三相交流电机的性能，需要对三相交流电机进行矢量控制。如对三相交流电进行坐标变换，从而实现磁链与转矩的解耦控制。

由于对相电流的实时准确采集直接影响到对转矩的控制精度，因此为了保证能够采集到准确的相电流值，需要对相电流采样值进行检测。基于安全可靠运行的要求，当检测到三相交流电中任一相电流采样值失效时，需要对其进行容错处理。

现有技术中，一般通过主控CPU计算除该采样值失效的任一相电流外两相电流的采样值之和的相反数，作为该任一相电流的计算值替换该任一相电流的采样值进行容错处理，以U相电流采样值i_u为例，当检测到相电流采样值i_u失效时，一般使用计算值代替i_u进行容错处理，其中，根据三相交流平衡系统公式i_u+i_v+i_w＝0可知，当采样值i_u失效时，计算值可以代替i_u；但是计算值的准确性难以保证，需要对计算值的准确率进行验证，但是现有技术中，对计算值的准确性的验证方法比较复杂，需要经过大量的数据处理与分析，不适宜工程化应用。

综上所述，如何能够在三相交流电中任一相电流采样值失效时，简便有效地对该相电流进行容错处理成为目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种相电流采样值失效处理方法的技术方案，以解决背景技术中所介绍的现有技术中当三相交流电中任一相电流采样值失效时，难以准确地替代该相电流的采样值进行容错处理的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供了一种相电流采样值失效处理方法，该方法包括：

当逆变器至三相交流电机之间的三相交流电中，任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，所述任一相电流的替代值为所述三相交流电中，除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数；

主控CPU计算所述任一相电流的计算值，并得出所述任一相电流的替代值与所述计算值之间差值的绝对值；

判断所述差值的绝对值与第一预定差值阈值的大小；

若所述差值的绝对值小于或等于第一预定差值阈值，则使用所述任一相电流的替代值置换所述采样值进行容错处理。

优选地，所述相电流采样值失效处理方法，还包括：检测所述三相交流电中、任一相电流的采样值是否失效；其中，所述检测所述任一相电流的采样值是否失效，包括：

判断所述任一相电流采样值的变化幅度是否大于或等于预定幅度阈值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效；和/或，

判断所述任一相电流采样值的绝对值是否大于或等于预定限值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效。

优选地，在检测所述三相交流电中任一相电流的采样值是否失效之前，所述方法还包括：通过相电流传感器、信号调理电路和所述主控CPU采集所述三相交流电中每一相电流的采样值；

其中，所述通过相电流传感器、信号调理电路和所述主控CPU采集所述三相交流电中每一相电流的采样值，包括：

通过所述相电流传感器获取每一相电流对应的取样电阻两端的第一电压信号；

通过所述信号调理电路的第一阻抗匹配信号放大电路对所述第一电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第二电压信号；

通过所述信号调理电路的第一直流电平抬高电路对所述第二电压信号进行电平抬高处理，得到第三电压信号；

通过所述主控CPU对所述第三电压信号进行转换和计算，得到每一相电流的采样值。

优选地，所述通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，包括：

通过所述传感器获取除所述任一相电流之外两相电流分别对应的取样电阻两端的第四电压信号；

通过第二阻抗匹配信号放大电路对所述第四电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第五电压信号；

通过所述反向加法电路计算除所述任一相电流之外的所述两相电流分别对应的第五电压信号之和的相反数，得到第六电压信号；

通过第二直流电平抬高电路对所述第六电压信号进行电平抬高处理，得到第七电压信号；

通过所述主控CPU对所述第七电压信号进行转换和计算，得到除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数，作为所述任一相电流的替代值。

优选地，所述相电流采样值失效处理方法，在检测到所述三相交流电中任一相电流的采样值失效后还包括：

计算除所述任一相电流之外的两相电流中每一相电流的替代值；

计算所述每一相电流的替代值与所述每一相电流的采样值之间差值，比较所述差值的绝对值与第二预定差值阈值的大小；

若所述两相电流中每一相电流的所述差值的绝对值均小于或等于第二预定差值阈值，则判定所述相电流传感器无故障，所述信号调理电路失效；

若所述两相电流中任一相电流的差值的绝对值大于所述第二预定差值阈值，则判定所述相电流传感器出现故障。

根据本发明的第二方面，还提出了一种三相交流电机控制器，包括：

检测模块，用于检测逆变器至三相交流电机之间的三相交流电中，任一相电流的采样值是否失效；

替代值计算模块，用于当所述检测模块检测到任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，所述任一相电流的替代值为所述三相交流电中，除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数；

第一差值比较模块，用于通过主控CPU计算所述任一相电流的计算值，并得出所述任一相电流的替代值与所述计算值之间差值的绝对值；

第一差值判断模块，用于判断所述差值的绝对值与第一预定差值阈值的大小；

替代值置换模块，用于当所述差值的绝对值小于或等于所述第一预定差值阈值时，使用所述任一相电流的替代值置换所述采样值进行容错处理。

优选地，所述检测模块，包括：

变化幅度判断模块，用于判断所述任一相电流采样值的变化幅度是否大于或等于预定幅度阈值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效；和/或，

限值判断模块，用于判断所述任一相电流采样值的绝对值是否大于或等于预定限值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效。

优选地，所述三相交流电机控制器还包括：相电流传感器和信号调理电路，用于采集所述三相交流电中每一相电流的采样值；所述信号调理电路，包括：

第一阻抗匹配信号放大电路，用于通过所述相电流传感器分别获取每一相电流对应的取样电阻两端的第一电压信号，对所述第一电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第二电压信号；

第一直流电平抬高电路，用于对所述第二电压信号进行电平抬高处理，得到第三电压信号；

所述主控CPU，用于对所述第三电压信号进行转换和计算，得到每一相电流的采样值。

优选地，所述第一替代值计算模块，包括：

第二阻抗匹配信号放大电路，用于通过相电流传感器获取除所述任一相电流之外两相电流分别对应的取样电阻两端的第四电压信号，对所述第四电压信号分别进行阻抗匹配和信号放大，得到第五电压信号；

所述反向加法电路，用于计算所述两相电流分别对应的第五电压信号之和的相反数，得到第六电压信号；

第二直流电平抬高电路，用于对所述第六电压信号进行电平抬高处理，得到第七电压信号；

所述主控CPU还用于对所述第七电压信号进行转换和计算，得到除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数，作为所述任一相电流的替代值。

优选地，所述替代值计算模块，还用于计算除所述任一相电流之外的两相电流中每一相电流的替代值；所述三相交流电机控制器还包括：

第二差值计算模块，用于计算所述两相电流中每一相电流的替代值与所述每一相电流的采样值之间差值；

第二差值判断模块，用于判断所述差值的绝对值与第二预定差值阈值的大小；

故障判断模块，用于当所述两相电流中每一相电流的所述差值的绝对值均小于或等于所述第二预定差值阈值时，判定所述传感器无故障，所述信号调理电路失效；还用于当所述两相电流中任一相电流的差值的绝对值大于第二预定差值阈值时，判定所述传感器出现故障。

通过上述工作过程可以得出，本发明提供的相电流采样值失效处理方案，通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，其中，该任一相电流的替代值为三相交流电中除该任一相电流之外两相电流之和的相反数；比较该任一相电流的替代值与主控CPU计算的任一相电流的计算值的差值；若所述差值的绝对值小于或等于预定差值阈值，则使用所述任一相电流的替代值置换所述采样值进行容错处理，能够在相电流失效的情况下，简单、有效地选择准确的该相电流的替代值进行容错处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术提供的一种三相交流电机控制器的结构示意图；

图2是本发明一示例性实施例示出的第一种相电流采样值失效处理方法的流程示意图；

图3是本发明一示例性实施例示出的第二种相电流采样值失效处理方法的流程示意图；

图4是图2所示的通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值的方法的流程示意图；

图5是本发明一示例性实施例示出的第三种相电流采样值失效处理方法的流程示意图；

图6是本发明一示例性实施例示出的一种三相交流电机控制器的架构示意图；

图7是本发明一示例性实施例示出的第一种三相交流电机控制器的结构示意图；

图8是本发明一示例性实施例示出的第二种三相交流电机控制器的结构示意图；

图9是图7所示替代值计算模块的结构示意图；

图10是本发明一示例性实施例示出的第三种三相交流电机控制器的结构示意图；

图11是本发明一示例性实施例示出的一种U相电流采集值失效处理方法的流程示意图；

图12是本发明一示例性实施例示出的一种U相电流采集值失效故障诊断方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的相电流采样值失效的处理方案，解决了背景技术中所介绍的现有技术中，当任一相电流采样值失效时，主控CPU对该相电流的计算值的准确性判断复杂的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图2，图2是本发明一示例性实施例示出的第一种相电流采样值失效处理方法的流程示意图，如图2所示，所述相电流采样值失效处理方法包括如下步骤：

S210：检测逆变器发送至三相交流电机的三相交流电中任一相电流的采样值是否失效。

逆变器将动力电源中的直流电转化为三相交流电发送到三相交流电机中，从而为三相交流电机提供三相交流电，该上相交流电分别是U相交流电i_u、V相交流电i_v、W相交流电i_w。

本实施例，在实际使用过程中，在检测三相交流电中任一相电流的采样值是否失效之前，图2所示实施例中，该处理方法还包括：依次通过相电流传感器、信号调理电路和上述主控CPU共同配合，以采集所述三相交流电中每一相电流的采样值。

具体的，采集三相交流电中每一相电流的采样值的方法请参见图3，图3是本发明一示例性实施例示出的第二种相电流采样值失效处理方法的流程示意图，在该相电流采样值失效处理方法中，步骤210：检测三相交流电中任一相电流的采样值是否失效之前，还包括如下步骤：

S201：通过相电流传感器获取每一相电流分别对应的取样电阻两端的第一电压信号。

其中，相电流传感器连接在逆变器与三相交流电机之间的线路上，相电流传感器可以是内接取样电阻的电流传感器；其中，针对每一相电流分别对应一个取样电阻，通过每一相电流分别对应的取样电阻以分别获取各相电流对应的第一电压信号；或者，

相电流传感器为外接取样电阻的电流传感器，通过该电流传感器输出的每一相电流信号经过其分别对应的外接取样电阻，从而获取到各相电流分别对应的第一电压信号。

S202：通过上述信号调理电路的第一阻抗匹配信号放大电路对该第一电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第二电压信号。上述阻抗匹配信号放大电路可选用运算放大器

同时，第一电压信号的值往往较小，不能适应主控CPU的处理范围，因此为了适应主控CPU的数据处理范围，需要对第一电压信号进行信号放大处理，以适应主控CPU的数据处理范围。

S203：通过该信号调理电路的第一直流电平抬高电路对所述第二电压信号进行电平抬高处理，得到第三电压信号。

由于三相交流电i_u、i_v和i_w为交流信号，其取值范围可能为负数，不方便主控CPU进行处理，因此，需要通过第一直流电平抬高电路对第二电压信号进行电平抬高处理，使得第二电压信号的取值范围大于零，具体地，添加一直流电平，从而使得第二电压信号值大于或等于零，得到第三电压信号，以方便主控CPU进行处理。

S204：通过主控CPU对上述第三电压信号进行转换和计算，得到三相交流电中每一相电流的采样值。

上述实施例中，为了保证三相交流电采集的同时性，同时为了保证每相电流的采集过程互不干扰，三相交流电中的每一相电流分别对应一个第一阻抗匹配信号放大电路与一个第一直流电平抬高电路。

从信号调理电路流出的第三电压信号为模拟信号，为了方便处理，需要主控CPU将模拟信号形式的第三电压信号转换为数字信号，并对每一相电流对应的第三电压信号进行计算，得到每一相电流的采样值。

在得到每一相电流的采样值后，需要检测三相交流电中任一相电流的采样值是否失效，作为一种优选的实施例，检测三相交流电中任一相电流的采样值是否失效的方式包括但不限于以下两种：

判断上述任一相电流采样值的变化幅度是否大于或等于预定幅度阈值，若是，则判定该任一相电流采样值失效。

三相交流电中任一相电流采样值一般是正弦或者余弦函数，其变化幅度具有规律性，如果相电流采样值的变化幅度大于或等于预定幅度阈值，则说明该相电流采样值发生突变，不符合交流电流的规律，此时即可以判定该任一相电流采样值失效。和/或

判断三相交流电中任一相电流采样值的绝对值是否大于或等于预定限值，若是，则判定该任一相电流采样值失效。

三相交流电中的相电流一般具有上限值或下限值，如符合正弦函数的相电流，因此，如果三相交流电中任一相电流采样值的绝对值大于或等于预定限制，则说明该相电流采样值失效，不符合三相交流电机控制器的标准，需要对其进行容错处理。

S220：若上述任一相电流的采样值失效，通过反向加法电路计算该任一相电流的替代值，所述任一相电流的替代值为所述三相交流电中除该任一相电流之外两相电流之和的相反数。

由于三相交流平衡系统中，三相电流的真实值i_u+i_v+i_w＝0，因此，当任一相电流的采样值失效时，通过计算三相交流电中除该相电流之外的两相电流之和的相反数，能够得到该相电流的替代值，在除该相电流之外两相电流都有效的情况下，该替代值也将有效；反向加法电路是一种运算电路，能够计算两种数值信号之和的相反数，以i_u的采样值失效为例，反向加法电路可以通过公式：精确地得到替代值公式中，i_v与i_w为自相电流传感器直接获取，或使用相电流传感器与信号调理电路获取的电压信号计算而来的，且i_v与i_w的采样值互不关联。

具体地，通过反向加法电路计算任一相电流的替代值的方法请参考图4，图4是图2所示的通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值的方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括如下步骤：

S221：通过相电流传感器获取除上述任一相电流之外两相电流分别对应的取样电阻两端的第四电压信号。

当采样值失效的任一相电流之外的两相电流的采样值均正常时，通过该两相电流中每一相电流分别对应的取样电阻能够获取该两相电流中每一相电流对应的第四电压信号，通过对该第四电压信号进行处理，能够精确地检测该两相电流的电流值。同时，相电流传感器连接在逆变器与三相交流电机之间线路上，从而能够获取三相交流电。其中，取样电阻位于相电流传感器内部，或者位于相电流传感器外部并与相电流传感器中每一相电流的线路分别相连。同时每一相电流对应的取样电阻的电阻值均相等。

S222：通过第二阻抗匹配信号放大电路对所述第四电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第五电压信号。

S223：通过反向加法电路计算上述除上述任一相电流之外两相电流分别对应的第五电压信号之和的相反数，得到第六电压信号。

由于在三相交流平衡系统中，当每一相电流对应的匹配电阻相等时，以U相电压为例，U相电流失效时，可以通过反向加法电路根据公式V^、_u＝-(V_v+V_w)计算U相电压V^、_u，从而根据U相电压V^、_u对应推导出U相电流的替代值其中V_v为V相电流对应的第五电压信号，V_w为W相电流对应的第五电压信号，通过V_v和V_w，可以推导V相电流与W相电流的真实值i_v和i_w。

因此，当任一相电流的采样值失效，且除该相电流之外的两相电流均有效时，通过反向加法电路计算三相交流电中除该任一相电流之外的两相电流的真实值之和的相反数，能够得到该任一相电流的替代值，在除该任一相电流之外两相电流都有效的情况下，该替代值也将有效。

S224：通过第二直流电平抬高电路对所述第六电压信号进行电平抬高处理，得到第七电压信号。

由于三相交流电中各相电流分别对应的电压信号均为交流信号，其取值范围可能为负数，不方便主控CPU进行处理，因此，需要通过第二直流电平抬高电路对该第六电压信号进行电平抬高处理，具体地，添加一直流电平，从而使得第六电压信号值大于或等于零，得到第七电压信号，以方便主控CPU进行处理。

S225：通过主控CPU对该第七电压信号进行转换和计算，得到除上述任一相电流之外两相电流之和的相反数，作为该任一相电流的替代值。

主控CPU对除所述任一相电流之外的两相电流之和的相反数对应的第七电压信号进行A/D转换和计算，能够根据第七电压信号还原出上述任一相电流的替代值，以U相电流为例，具体的计算公式如下：

设相电流传感器的匝比为取样电阻为R，阻抗匹配及信号放大电路的放大倍数为G，直流抬高电平为V_ref，电机控制器主控CPU的模拟数字转换单元(AD)为N位、模拟信号输入有效范围为0-V_adc，AD输入信号参考基准为AD_ref。

则U相电流经过第二阻抗匹配信号放大电路、反相加法器和第二直流电平抬高电路计算后的输出电压，即-(V_v+V_w)+Vref＝-(i_v·R·G+i_w·R·G)+V_ref，经主控CPU中的模拟数字转换单元转换成的数字量为：

$digital\_U=2^N\·\frac{-\left(V_v+V_w\right)+V_{ref}-{\mathrm{AD}}_{ref}}{V_{adc}}=2^N\·\frac{-\left(i_v\·R\·G+i_w\·R\·G\right)+V_{ref}-{\mathrm{AD}}_{ref}}{V_{adc}}$

设检测的电机相电流最大值为I_max，因为容错处理电路处理的信号与模拟数字转换单元转换成的数字量之间有如下关系：

所以U相电流的替代值计算公式为：

$i_{-u}=i_u\·K=\frac{digital\_U-\frac{1}{2}\×2^N}{\frac{1}{2}\×2^N}\·I_{max}\·K=\frac{2^N.\frac{-(i_v\·R\·G+i_w\·R\·G)+V_{ref}-{\mathrm{AD}}_{ref}}{V_{adc}}-\frac{1}{2}\×2^N}{\frac{1}{2}\×2^N}\·I_{max}\·K$

上面的计算公式中，digital_U是主控CPU的模拟数字转换单元的采样值，程序中可以直接读出，I_max、N与K是已知量，所以知道了-(V_v+V_w)的采集值数字量后就可以计算出U相电流的替代值i_-u。V相与W相的计算公式与U相相同。

S230：通过主控CPU计算所述任一相电流的计算值，并得出所述任一相电流的替代值与所述计算值之间差值的绝对值。

S240：判断所述差值的绝对值与第一预定阈值的大小。

主控CPU计算的任一相电流的计算值，是根据其他两相电流之和的相反数计算而来，具体地，如背景技术中所述，以U相电流采样值i_u为例，当检测到相电流采样值i_u失效时，根据三相交流平衡系统公式i_u+i_v+i_w＝0，计算得到计算值代替i_u，其中， i_v与i_w均为使用图3所示实施例中的方法通过第一阻抗匹配信号放大电路和第一直流电平抬高电路获取得到的，由于只有i_u失效，i_v与i_w均有效，因此主控CPU计算U相电流的计算值也有效。

由于，任一相电流的替代值和主控CPU计算的计算值均采用除该相电流之外的两相电流之和的相反数获得，因此当任一相电流的替代值与计算值的差值的绝对值小于或等于第一预定差值阈值时，通过计算该替代值和计算值的差值的绝对值，能够方便准确地对该相电流的替代值与计算值进行验证。

S250：若该差值的绝对值小于或等于预定差值阈值，则使用该任一相电流的替代值置换该任一相电流的采样值进行容错处理。

当上述任一相电流的替代值与计算值之间差值的绝对值小于或等于预定差值阈值时，使用该任一相电流的替代值置换失效的采样值，能够准确的反应该任一相电流的真实值，从而方便准确地对三相交流电进行容错处理。

其中，由于替代值与计算值的差值的绝对值小于或等于预定差值阈值，此时也可以使用计算值或者替代值与计算值的平均值代替该任一相电流的采样值进行容错处理。

综上，通过在三相交流电中任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算任一相电流的替代值，然后比较该替代值与主控CPU计算的任一相电流的计算值之间差值的绝对值，当差值的绝对值小于或等于预定差值阈值时，使用该替换值置换采样值进行容错处理。由于本申请使用比较替代值与计算值之间差值的绝对值的简便方法，能够快速准确地查找到接近于该任一相电流的真实值的替代值，从而对该相电流的采样值进行置换，进行容错处理，能够不影响三相交流电机控制器的功能，保证矢量控制的准确性，实现磁链与转矩的解耦控制。其中，该替代值为三相交流电中，除该任一相电流之外两相电流之和的相反数。

图5是本发明一示例性实施例示出的第三种相电流采样值失效处理方法的流程示意图，如图5所示，在检测到三相交流电中任一相电流的采样值失效后，相电流采样值失效处理方法还包括：

S510：计算除上述任一相电流之外两相电流中每一相电流的替代值。

任一相电流之外两相电流中的每一相电流的替代值使用图4所示的方法获取，不同的是输入信号为三相电流中除上述每一相电流的两相电流。替代值为除该相电流之外的两相电流之和的相反数，其中，由于除该任一相电流之外的两相电流直接经过相电流传感器而不经过信号调理电路，因此当该替代值出现问题时，可以判断相电流传感器出现故障；当该替代值无问题时，可以判断导致上述任一相电流失效的原因在于信号调理电路。

S520：计算该两相电流中每一相电流的替代值与所述每一相电流的采样值之间差值，比较所述差值的绝对值与第二预定差值阈值的大小。

相电流的采样值是通过相电流传感器和信号调理电路采集而来，而两相电流中每一相电流的替代值是通过相电流传感器、第二阻抗匹配信号电路、反向加法器以及直流电平抬高电路共同检测得到，因此，在两相电流中，通过比较每一相电流的替代值与采样值之间差值的绝对值与第二预定差值阈值的关系，可以判定是相电流传感器出现故障还是信号调理电路失效导致的故障。

S530：若上述两相电流中每一相电流的差值的绝对值均小于或等于第二预定差值阈值，则判定相电流传感器无故障，信号调理电路失效。

由于上述任一相电流的采样值失效且除该任一相电流之外的两相电流有效，而采样值的获取是通过相电流传感器和信号调理电路共同检测得到的，因此，采样值失效的原因可能是相电流传感器或者信号调理电路。

同时除任一相电流之外两相电流的替代值的计算过程，需要获取由相电流传感器测量的该任一相电流，以U相电流失效为例，i_v＝-(i_u+i_w)，i_w＝-(i_u+i_v)；因此当差值的绝对值均小于或等于第二预定差值阈值时，说明该任一相电流之外的替代值正确有效，综上，如果每一相电流的差值的绝对值均小于或等于第二预定差值阈值，能够判定获取该任一相电流的相电流传感器无故障。

S540：若所述两相电流中任一相电流的差值的绝对值大于第二预定差值阈值，则判定相电流传感器出现故障。

由于除上述任一相电流之外的两相电流均有效，因此当除上述任一相电流之外的两相电流中任一相电流的替代值与采样值之间差值的绝对值大于第二预定差值阈值，说明测量该相电流的相电流传感器出现故障，此时能够判定传感器出现故障。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了三相交流电机控制器的实施例，由于所述控制器对应的方法为本发明实施例中的相电流采样值失效处理方法，并且本系统解决问题的原理与方法相似，因此该系统的实施可以参照方法的实施，重复之处不再赘述。

图6是本发明一示例性实施例示出的一种三相交流电机控制器的架构示意图，如图6所示，该三相交流电机控制器包括：

连接在动力电源1与三相交流电机2之间的逆变器3，逆变器3通过保险丝11和接触器12与动力电源相电连接，且该逆变器3与接触器12之间有母线支撑电容31和母线电压放电回路32与动力电源1电连接，该逆变器3用于将动力电源1提供的直流电通过内部的6个IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极性晶体管)转换为三相交流电i_u、i_v和i_w，然后分别通过输送线路输入到三相交流电机2中，从而使得三相交流电机2将电能转化为机械能，进行做功。其中逆变器3中的IGBT两两串联从而产生不同相位的交流电信号，在逆变器3与三相交流电机2的每相电流的输送线路上连接有相电流传感器4和调理电路5，相电流传感器4与调理电路5的信号采集，将三相交流电反馈至控制器部分中，在控制器部分使用符合条件的替代值对相电流进行相电流检测容错处理和相电流检测故障诊断处理，进行矢量控制。

图7是本发明一示例性实施例示出的第一种三相交流电机控制器的结构示意图，该三相交流电机控制器包括：

检测模块701，用于检测所述逆变器3发送至三相交流电机2的三相交流电中任一相电流的采样值是否失效。

替代值计算模块702，用于当所述任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，所述任一相电流的替代值为所述三相交流电中除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数。

第一差值计算模块703，用于通过主控CPU704计算上述任一相电流的计算值，并得出该任一相电流的替代值与计算值之间差值的绝对值。

第一差值判断模块705，用于判断该差值的绝对值与第一预定差值阈值的大小。

替代值置换模块706，用于当所述差值的绝对值小于或等于预定差值阈值时，使用所述任一相电流的替代值置换所述采样值进行容错处理。

图8是本发明一示例性实施例示出的第二种三相交流电机控制器的结构示意图，如图8所示的三相交流电机控制器，除了图7所示的各个模块外还包括：依次电连接的相电流传感器4和信号调理电路5，用于采集所述三相交流电中每一相电流的采样值；信号调理电路5包括：

第一阻抗匹配信号放大电路51，用于通过相电流传感器4分别获取每一相电流对应的取样电阻41(该图8中，取样电阻位于相电流传感器内部)两端的第一电压信号，对所述第一电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第二电压信号。

第一直流电平抬高电路52，用于对第二电压信号进行电平抬高处理，得到第三电压信号。

所述主控CPU704，用于对上述第三电压信号进行转换和计算，得到三相交流电中每一相电流的采样值。

如图9所示，图9是图7所示替代值计算模块的结构示意图，图9所示的替代值计算模块除了图7所示实施例中替代值计算模块702的各个结构外还包括：

第二阻抗匹配信号放大电路7021，用于通过相电流传感器4获取除上述任一相电流之外两相电流分别对应的取样电阻41两端的第四电压信号，对所述第四电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第五电压信号。

所述反向加法电路7022，用于计算所述两相电流对应的第五电压信号之和的相反数，得到第六电压信号。

第二直流电平抬高电路7023，用于对所述第六电压信号进行电平抬高处理，得到第七电压信号。

所述主控CPU704还用于对所述第七电压信号进行转换和计算，得到除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数，作为所述任一相电流的替代值。

该替代值计算模块的计算过程如下：

主控CPU对除所述任一相电流之外的两相电流之和的相反数对应的第七电压信号进行转换和计算，能够根据第七电压信号还原出上述任一相电流的替代值，以U相电流为例，具体的计算公式如下：

设电流传感器的匝比为取样电阻为R，阻抗匹配及信号放大电路的放大倍数为G，直流抬高电平为V_ref，电机控制器主控CPU的模拟数字转换单元(AD)为N位、模拟信号输入有效范围为0-V_adc，AD输入信号参考基准为AD_ref。

则U相电流经过第二阻抗匹配信号放大电路、反相加法器和第二直流电平抬高电路计算后的输出电压，即-(V_v+V_w)+Vref＝-(i_v·R·G+i_w·R·G)+V_ref，经模拟数字转换单元转换成的数字量为：

$digital\_U=2^N\·\frac{-\left(V_v+V_w\right)+V_{ref}-{\mathrm{AD}}_{ref}}{V_{adc}}=2^N\·\frac{-\left(i_v\·R\·G+i_w\·R\·G\right)+V_{ref}-{\mathrm{AD}}_{ref}}{V_{adc}}$

设检测的电机相电流最大值为I_max，因为容错处理电路处理的信号与模拟数字转换单元转换成的数字量之间有如下关系：

所以U相的电流值为：

$i_{-u}=i_u\·K=\frac{digital\_U-\frac{1}{2}\×2^N}{\frac{1}{2}\×2^N}\·I_{max}\·K=\frac{2^N.\frac{-(i_v\·R\·G+i_w\·R\·G)+V_{ref}-{\mathrm{AD}}_{ref}}{V_{adc}}-\frac{1}{2}\×2^N}{\frac{1}{2}\×2^N}\·I_{max}\·K$

上面的计算公式中，digital_U是电机控制器主控CPU的模拟数字转换单元的采样值，程序中可以直接读出，I_max、N与K是已知量，所以知道了-(V_v+V_w)的采集值数字量后就可以计算出U相的电流值i_-u。V相与W相的计算公式与U相相同。

如图9所示，由于U相、V相或W相电流都有可能是上述采样值失效的任一相电流，因此，图9所示的替代值计算模块实际上三相交流电中每一相电流的替代值都能够计算。

作为一种优选的实施例，图7所示的检测模块701，具体包括：

变化幅度判断模块(图中未标出)，用于判断所述任一相电流采样值的变化幅度是否大于或等于预定幅度阈值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效；和/或，

限值判断模块(图中未标出)，用于判断所述任一相电流采样值的绝对值是否大于或等于预定限值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效。

图10是本发明一示例性实施例示出的第三种三相交流电机控制器的结构示意图，如图10所示，所述替代值计算模块702，还用于计算除所述任一相电流之外的两相电流中每一相电流的替代值；该三相交流电机控制器除了图7中所示的各个结构模块外还包括：

第二差值计算模块707，用于计算上述两相电流中每一相电流的替代值与每一相电流的采样值之间的差值。

第二差值判断模块708，用于判断所述差值的绝对值与第二预定差值阈值的大小。

故障判断模块709，用于当所述两相电流中每一相电流的所述差值的绝对值均小于或等于第二预定差值阈值时，判定所述传感器无故障，所述信号调理电路失效；还用于当所述两相电流中任一相电流的差值的绝对值大于第二预定差值阈值时，判定所述传感器出现故障。

作为一种优选的实施例，请参考图11，图11是本发明一示例性实施例示出的一种U相电流采集值失效处理方法的流程示意图，如图11所示，具体包括如下步骤：

S1101：检测U相电流采样值i_u是否失效。

S1102：获取每一相电流的采样值i_u、i_v、i_w。

S1103：在主控CPU中计算U相电流的计算值

S1104：计算U相电流的替代值与U相电流的计算值之间差值的绝对值

S1105：判断是否e≤e_min；若是，则执行步骤S1106；若否，则结束。

S1106：使用U相电流的替代值替换失效的采样值i_u。

图11所示实施例与现有技术方案相比，在现有技术方案得到三相电流的采样值i_u、i_v、i_w的同时，本方法内容通过增加反向加法电路实现-(i_v+i_w)，-(i_u+i_w)，-(i_u+i_v)并将其送入三相交流电机控制器的主控CPU进行采样又获得了一组相电流的替代值当电机控制器检测到U相电流采样值i_u失效时，电机控制器软件中按照图11所示流程图计算计算值并判断当e≤e_min时(当e≤e_min，则用替代值替换采样值i_u进行容错。这样在检测到某相电流采样值失效时，三相交流电机控制器的软件利用采样得到的i_u、i_v、i_w又可以计算得到一组相电流的采样值 与现有的技术方案相比，多了一组相电流的替代值并且在容错处理时比现有技术方案增加了计算替代值与采样值之间差值的绝对值的步骤，通过判断e≤e_min，易实现对有效性或可靠性的判断，这样减小了容错处理时出错的几率，提高了电机控制器的容错运行能力，增加了电动汽车驱动系统运行的安全性能和可靠性能。其中，V相以及W相电流采集容错处理方法与U相相同。

图12是本发明的一示例性实施例示出的一种U相电流采样值失效时故障诊断的流程示意图，如图12所示，该U相电流i_u失效故障诊断的方法与的计算方法请参考图2所示实施例，该故障诊断流程包括如下步骤：

S1201：检测U相电流的采样值i_u是否失效；若是，执行步骤S1202。

S1202：获取V相电流的替代值与W相电流的替代值

S1203：获取V相电流的采样值i_v与W相电流的采样值i_w。

S1204：分别计算V相电流的替代值与采样值之间的差值的绝对值和W相电流的替代值与采样值之间的差值的绝对值

S1205：判断是否e1≤e_minande2≤e_min？；若是，则执行步骤S1206；若否，则执行步骤S1207。

S1206：判定相电流传感器无故障，信号调理电路失效。

S1207：判定相电流传感器故障，信号调理电路不确定。

当确认U相电流的采样值i_u失效时，在现有的技术方案下，很难识别是电流检测传感器出故障还是传感器输出信号调理电路失效造成的。在图12所示的方法中，由于增加了反向加法电路通过-(i_v+i_w)，-(i_u+i_w)，-(i_u+i_v)的原理计算各相电流的替代值，并输入到电机控制器的主控CPU进行采样得到一组相电流的替代值因为硬件电路在实现-(i_u+i_w)，-(i_u+i_v)时的i_u直接来自于U相的相电流传感器输出信号，不受U相传感器的信号调理电路的影响，因此可以按照图5所示的流程图进行故障诊断，通过采样值V相采集值i_v与V相替代值W相采样值i_w与W相替代值的比较来确认与的正确性，当确认与的值是正确的，则说明U相电流的相电流传感器是正常的，是U相调理电路失效造成i_u的采样值错误，当确认与的值是错误的，则说明U相电流的相电流传感器故障了。V相、W相电流采样值失效时的故障诊断方法与U相相同。实际操作中，相电流传感器并非必须单指电流传感器，可选用电流传感器检测各相电流，或通过电压传感器检测各相电流分别对应的电压信号，然后根据该电压信号还原出各相电流。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相电流采样值失效处理方法，其特征在于，包括：

当逆变器发送至三相交流电机的三相交流电中任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，所述任一相电流的替代值为所述三相交流电中除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数；

通过主控CPU计算所述任一相电流的计算值，并得出所述任一相电流的替代值与所述计算值之间差值的绝对值；

判断所述差值的绝对值与第一预定阈值的大小；

若所述差值的绝对值小于或等于所述第一预定差值阈值，则使用所述任一相电流的替代值置换所述采样值进行容错处理。

2.根据权利要求1所述的相电流采样值失效处理方法，其特征在于，还包括：检测所述任一相电流的采样值是否失效；其中，所述检测所述任一相电流的采样值是否失效，包括：

判断所述任一相电流采样值的变化幅度是否大于或等于预定幅度阈值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效；和/或，

判断所述任一相电流采样值的绝对值是否大于或等于预定限值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效。

3.根据权利要求2所述的相电流采样值失效处理方法，其特征在于，在检测所述任一相电流的采样值是否失效之前，还包括：通过相电流传感器、信号调理电路和所述主控CPU采集所述三相交流电中每一相电流的采样值；

其中，所述通过相电流传感器、信号调理电路和所述主控CPU采集所述三相交流电中每一相电流的采样值，包括：

通过所述相电流传感器获取每一相电流对应的取样电阻两端的第一电压信号；

通过所述信号调理电路的第一阻抗匹配信号放大电路对所述第一电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第二电压信号；

通过所述信号调理电路的第一直流电平抬高电路对所述第二电压信号进行电平抬高处理，得到第三电压信号；

通过所述主控CPU对所述第三电压信号进行转换和计算，得到每一相电流的采样值。

4.根据权利要求3所述的相电流采样值失效处理方法，其特征在于，所述通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，包括：

通过所述相电流传感器获取除所述任一相电流之外两相电流分别对应的取样电阻两端的第四电压信号；

通过第二阻抗匹配信号放大电路对所述第四电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第五电压信号；

通过所述反向加法电路计算所述两相电流分别对应的第五电压信号之和的相反数，得到第六电压信号；

通过第二直流电平抬高电路对所述第六电压信号进行电平抬高处理，得到第七电压信号；

通过所述主控CPU对所述第七电压信号进行转换和计算，得到除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数，作为所述任一相电流的替代值。

5.根据权利要求4所述的相电流采样值失效处理方法，其特征在于，在检测到所述三相交流电中任一相电流的采样值失效后，还包括：

计算除所述任一相电流之外的两相电流中每一相电流的替代值；

计算所述每一相电流的替代值与所述每一相电流的采样值之间差值，比较所述差值的绝对值与第二预定差值阈值的大小；

若所述两相电流中每一相电流的所述差值的绝对值均小于或等于所述第二预定差值阈值，则判定所述相电流传感器无故障，所述信号调理电路失效；

若所述两相电流中任一相电流的差值的绝对值大于所述第二预定差值阈值，则判定所述相电流传感器出现故障。

6.一种三相交流电机控制器，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测逆变器发送至三相交流电机的三相交流电中，任一相电流的采样值是否失效；

替代值计算模块，用于当所述检测模块检测到任一相电流的采样值失效时，通过反向加法电路计算所述任一相电流的替代值，所述任一相电流的替代值为所述三相交流电中、除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数；

第一差值计算模块，用于通过主控CPU计算所述任一相电流的计算值，并得出所述任一相电流的替代值与所述计算值之间差值的绝对值；

第一差值判断模块，用于判断所述差值的绝对值与第一预定差值阈值的大小；

替代值置换模块，用于当所述差值的绝对值小于或等于所述第一预定差值阈值时，使用所述任一相电流的替代值置换所述采样值进行容错处理。

7.根据权利要求6所述的三相交流电机控制器，其特征在于，所述检测模块，包括：

变化幅度判断模块，用于判断所述任一相电流采样值的变化幅度是否大于或等于预定幅度阈值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效；和/或，

限值判断模块，用于判断所述任一相电流采样值的绝对值是否大于或等于预定限值，若是，则判定所述任一相电流采样值失效。

8.根据权利要求7所述的三相交流电机控制器，其特征在于，还包括：相电流传感器和信号调理电路，用于与所述主控CPU相配合以采集所述三相交流电中每一相电流的采样值；所述信号调理电路，包括：

第一阻抗匹配信号放大电路，用于通过所述相电流传感器分别获取每一相电流对应的取样电阻两端的第一电压信号，对所述第一电压信号进行阻抗匹配和信号放大，得到第二电压信号；

第一直流电平抬高电路，用于对所述第二电压信号进行电平抬高处理，得到第三电压信号；

所述主控CPU，用于对所述第三电压信号进行转换和计算，得到每一相电流的采样值。

9.根据权利要求8所述的三相交流电机控制器，其特征在于，所述替代值计算模块，包括：

第二阻抗匹配信号放大电路，用于通过所述相电流传感器获取除所述任一相电流之外两相电流分别对应的取样电阻两端的第四电压信号，对所述第四电压信号分别进行阻抗匹配和信号放大，得到第五电压信号；

所述反向加法电路，用于计算所述两相电流分别对应的第五电压信号之和的相反数，得到第六电压信号；

第二直流电平抬高电路，用于对所述第六电压信号进行电平抬高处理，得到第七电压信号；

所述主控CPU还用于对所述第七电压信号进行转换和计算，得到除所述任一相电流之外两相电流之和的相反数，作为所述任一相电流的替代值。

10.根据权利要求9所述的三相交流电机控制器，其特征在于，所述替代值计算模块，还用于计算除所述任一相电流之外的两相电流中每一相电流的替代值；所述三相交流电机控制器还包括：

第二差值计算模块，用于计算所述两相电流中每一相电流的替代值与所述每一相电流的采样值之间差值；

第二差值判断模块，用于判断所述差值的绝对值与第二预定差值阈值的大小；

故障判断模块，用于当所述两相电流中每一相电流的所述差值的绝对值均小于或等于所述第二预定差值阈值时，判定所述传感器无故障，所述信号调理电路失效；还用于当所述两相电流中任一相电流的差值的绝对值大于第二预定差值阈值时，判定所述传感器出现故障。