CN109742989B - 永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法，属于电动汽车电机控制领域。本方法使用三个电流传感器进行电机控制，检测三相定子电流之和不为零时，则判断此刻某一相电流传感器发生故障；通过I_A、I_B两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d1、I_q1；通过I_A、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d2、I_q2；通过I_B、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d3、I_q3，然后建立三个仅受两相电流影响的电流幅值反馈值，通过该电流反馈值定位到具体故障的电流传感器并降低最大输出功率，使用两相电流传感器进行电机控制，使车辆在跛行模式下运行。本方法解决因定子电流传感器故障导致的安全隐患，并提供故障后车辆的跛行模式，确保车辆安全行驶，提高驾乘体验。

Description

永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法。

背景技术

随着科技发展以及环保需要，电动汽车已成为未来发展趋势。电动汽车的扭矩控制由电机控制系统的电流闭环控制实现，目前电动汽车电机控制系统一般采用两个电流传感器来采集电流信息，将测得的电流信息进行坐标变换，并将其作为电流环的反馈量，最终实现系统的闭环控制。但当电流传感器发生故障后，如电动汽车电机控制系统继续运行会使车辆失控，而车辆突然停下又会带来巨大的安全隐患。在电动汽车行驶过程中，为保证驾乘人员安全，需杜绝车辆失控以及在公路上突然停下的情况发生。

现有电动汽车电机控制系统中，通常使用两相电流传感器进行电流闭环控制，当任一电流传感器发生故障后，系统不容易检测出传感器故障，导致电动汽车必然会失控或停下无法运行；还有采用三相电流传感器，根据电机三相定子电流代数和是否为零来判断是否有电流传感器故障，此方式只能检测出有电流传感器故障，但无法定位到具体故障的电流传感器，且故障后车辆无法继续行驶，通常该方式中，判断出电流传感器传感器故障后，通过改变加在电机上的电压、频率大小实现扭矩及速度的电机控制策略，但其扭矩控制效果相比正常矢量控制对扭矩控制的效果精度差，驾驶体验大幅下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法，本方法解决电动汽车在行驶过程中因定子电流传感器故障导致车辆失控或突然停下导致的安全隐患，并提供故障后车辆的跛行模式，确保车辆的安全行驶，提高驾乘体验。

为解决上述技术问题，本发明永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法包括如下步骤：

步骤一、采用三个电流传感器分别对电机三相定子电流进行采样，构成闭环矢量控制系统，通过三个电流传感器实时获得定子三相电流，使用I_A、I_B两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d1、I_q1：

使用I_A、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d2、I_q2：

使用I_B、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d3、I_q3:

其中，I_A、I_B、I_C分别为定子三相电流，θ为矢量控制同步旋转dq轴系中d轴与静止ABC轴系中A轴的夹角；

步骤二、根据不同传感器变换得到的dq坐标系电流，建立仅受两相定子电流影响的电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3：

I_s1＝(I_d1 ²+I_q1 ²) (4)

I_s2＝(I_d2 ²+I_q2 ²) (5)

I_s3＝(I_d3 ²+I_q3 ²) (6)

步骤三、根据上一次电流采样所计算出的电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3，计算两次电流采样电流幅值反馈值的差值ΔI_si：

ΔI_si＝|I_si(k)-I_si(k-1)| (7)

其中，i＝1,2,3，k为电流采样序号；

步骤四、根据两次电流采样电流幅值反馈值的差值ΔI_si，对故障电流传感器进行定位，若ΔI_s1＝ΔI_s2＝ΔI_s3，则无电流传感器故障；若ΔI_s1为三者中的最小值，则C相电流传感器故障；若ΔI_s2为三者中的最小值，则B相电流传感器故障；若ΔI_s3为三者中的最小值，则A相电流传感器故障；

步骤五、当无电流传感器故障，电机控制系统正常使用三相电流传感器进行电机控制；当A相电流传感器故障，使用I_d3、I_q3作为Id、Iq反馈值进行电机控制；当B相电流传感器故障，使用I_d2、I_q2作为Id、Iq反馈值进行电机控制；当C相电流传感器故障，使用I_d1、I_q1作为Id、Iq反馈值进行电机控制；任一相电流传感器故障时，该相电流通过关系式I_A+I_B+I_C＝0计算得出；发生任一相电流传感器故障后，电机控制系统限制电机最大输出功率，使车辆在跛行模式下运行。

由于本发明永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法采用了上述技术方案，即本方法使用三个电流传感器进行电机控制，检测三相定子电流之和不为零时，则判断此刻某一相电流传感器发生故障；当判断某一相电流传感器发生故障后，通过I_A、I_B两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d1、I_q1；通过I_A、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d2、I_q2；通过I_B、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d3、I_q3，然后根据I_d1、I_q1、I_d2、I_q2、I_d3、I_q3建立三个仅受两相电流影响电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3，通过该电流幅值反馈值定位到具体故障的电流传感器并降低最大输出功率，使用两相电流传感器进行电机控制，使车辆在跛行模式下运行。本方法解决电动汽车在行驶过程中因定子电流传感器故障导致车辆失控或突然停下导致的安全隐患，并提供故障后车辆的跛行模式，确保车辆的安全行驶，提高驾乘体验。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本方法中电机控制系统原理框图；

图2为本方法的原理框图；

图3为仿真实验中电流传感器故障前后电流幅值反馈值变化示意图；

图4为仿真实验中电流传感器故障前后电机中三相定子电流状态示意图。

具体实施方式

实施例如图1和图2所示，永磁同步电机控制系统采用PI矢量控制系统，电机三相电流IA、IB、IC经过故障诊断方法单元后输出实际控制使用的Id反馈值和Iq反馈值，其与Id、Iq给定值的偏差输入PI控制器后输出Ud和Uq；Ud和Uq经过Park逆变换后得到Ualpha和Ubeta，然后经过SVPWM调制输出Ua、Ub、Uc作用于电机控制器。

如图2所示，上述永磁同步电机控制系统中，电流传感器故障诊断及处理方法包括如下步骤：

步骤一、采用三个电流传感器分别对电机三相定子电流进行采样，构成闭环矢量控制系统，通过三个电流传感器实时获得定子三相电流，使用I_A、I_B两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d1、I_q1：

使用I_A、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d2、I_q2：

使用I_B、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d3、I_q3:

其中，I_A、I_B、I_C分别为定子三相电流，θ为矢量控制同步旋转dq轴系中d轴与静止ABC轴系中A轴的夹角；

步骤二、根据不同传感器变换得到的dq坐标系电流，建立仅受两相定子电流影响的电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3：

I_s1＝(I_d1 ²+I_q1 ²) (4)

I_s2＝(I_d2 ²+I_q2 ²) (5)

I_s3＝(I_d3 ²+I_q3 ²) (6)

步骤三、根据上一次电流采样所计算出的电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3，计算两次电流采样电流幅值反馈值的差值ΔI_sij：

ΔI_si＝|I_si(k)-I_si(k-1)| (7)

其中，i＝1,2,3，k为电流采样序号；

步骤四、根据两次电流采样电流幅值反馈值的差值ΔI_sij，对故障电流传感器进行定位，若ΔI_s1＝ΔI_s2＝ΔI_s3，则无电流传感器故障；若ΔI_s1为三者中的最小值，则C相电流传感器故障；若ΔI_s2为三者中的最小值，则B相电流传感器故障；若ΔI_s3为三者中的最小值，则A相电流传感器故障；

步骤五、当无电流传感器故障，电机控制系统正常使用三相电流传感器进行电机控制；当A相电流传感器故障，使用I_d3、I_q3作为Id、Iq反馈值进行电机控制；当B相电流传感器故障，使用I_d2、I_q2作为Id、Iq反馈值进行电机控制；当C相电流传感器故障，使用I_d1、I_q1作为Id、Iq反馈值进行电机控制；任一相电流传感器故障，该相电流通过关系式I_A+I_B+I_C＝0计算得出；发生任一相电流传感器故障后，电机控制系统限制电机最大输出功率，使车辆在跛行模式下运行。

下面通过仿真实验验证本方法并给出仿真结果：

仿真实验使用直流电压380V，在斜坡力矩负载下运行，在0.2s时刻之前三个电流传感器正常工作，在0.2s时刻B相电流传感器发生断路故障，在故障后的下一个采样周期时，切换到电机控制系统使用I_d2、I_q2作为Id、Iq反馈值进行电机控制，B相电流由I_B＝0-I_A-I_C计算得出。

图3所示为故障时刻电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3的计算结果，显然证实此刻ΔI_s2为ΔI_s1、ΔI_s2、ΔI_s3中的最小值，判断为B相电流传感器故障；图4所示为故障前后电机三相电流状态。

仿真实验结果证实，由图3可看出本方法可以实现电流传感器的故障诊断，且由图4可以看出故障后的电机控制效果与故障之前无明显差别。

本方法添加一个冗余的电流传感器，使电机控制系统在正常工作情况下使用三相电流进行闭环控制，当某一电流传感器故障时，依据本方法可精确定位到具体发生故障的电流传感器，同时使用另外两相电流传感器对电机控制系统进行控制，使电动汽车可以继续运行，避免了电动汽车失控或停下无法运行的安全隐患。

同时，本方法当某一相电流传感器故障后，仍然可以使用另外两相电流传感器进行电流闭环控制；相比于其他方法使用的电流传感器故障后通过改变加在电机上的电压、频率的大小实现扭矩及速度控制，本方法的扭矩控制效果好，精度高，与无电流传感器故障时控制效果基本无差别，提高了车辆故障后进入跛行模式的行驶效果。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、采用三个电流传感器分别对电机三相定子电流进行采样，构成闭环矢量控制系统，通过三个电流传感器实时获得定子三相电流，使用I_A、I_B两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d1、I_q1：

使用I_A、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d2、I_q2：

使用I_B、I_C两相定子电流坐标变换得到dq轴电流I_d3、I_q3:

其中，I_A、I_B、I_C分别为定子三相电流，θ为矢量控制同步旋转dq轴系中d轴与静止ABC轴系中A轴的夹角；

步骤二、根据不同电流传感器变换得到的dq坐标系电流，建立仅受两相定子电流影响的电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3：

I_s1＝(I_d1 ²+I_q1 ²) (4)

I_s2＝(I_d2 ²+I_q2 ²) (5)

I_s3＝(I_d3 ²+I_q3 ²) (6)

步骤三、根据上一次电流采样所计算出的电流幅值反馈值I_s1、I_s2、I_s3，计算两次电流采样电流幅值反馈值的差值ΔI_si：

ΔI_si＝|I_si(k)-I_si(k-1)| (7)

其中，i＝1,2,3，k为电流采样序号；

步骤四、根据两次电流采样电流幅值反馈值的差值ΔI_si，对故障电流传感器进行定位，若ΔI_s1＝ΔI_s2＝ΔI_s3，则无电流传感器故障；若ΔI_s1为三者中的最小值，则C相电流传感器故障；若ΔI_s2为三者中的最小值，则B相电流传感器故障；若ΔI_s3为三者中的最小值，则A相电流传感器故障；

步骤五、当无电流传感器故障，电机控制系统正常使用三相电流传感器进行电机控制；当A相电流传感器故障，使用I_d3、I_q3作为Id、Iq反馈值进行电机控制；当B相电流传感器故障，使用I_d2、I_q2作为Id、Iq反馈值进行电机控制；当C相电流传感器故障，使用I_d1、I_q1作为Id、Iq反馈值进行电机控制；任一相电流传感器故障时，该相电流通过关系式I_A+I_B+I_C＝0计算得出；发生任一相电流传感器故障后，电机控制系统限制电机最大输出功率，使车辆在跛行模式下运行。

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