CN109884437A - 一种旋转变压器系统故障检测方法和装置及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的旋转变压器系统故障检测方法和装置及控制器，利用旋变反馈正交信号的幅值确定性，在旋转变压器系统中任一环节出现故障时，均能够根据旋变反馈处理电路输出的两正交信号的幅值，通过判断两正交信号中的至少一个出现异常来体现；也即能够实现对于旋转变压器系统的全范围故障检测，解决了现有技术中检测覆盖范围小的问题。

Description

一种旋转变压器系统故障检测方法和装置及控制器

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种旋转变压器系统故障检测方法和装置及控制器。

背景技术

在电动汽车驱动系统中，电机转子位置是转矩控制的关键变量；若转子位置检测不准确，电动汽车可能会出现输出扭矩失控的风险。现有技术通常采用旋转变压器系统检测电机转子位置，该系统主要包括：旋变激励放大电路，旋转变压器和旋变反馈处理电路及硬件解码芯片这四个部分，如图1所示。

该旋转变压器系统的工作原理为：硬件解码芯片发送激励信号至旋变激励放大电路；由旋变放大电路将硬件解码芯片发送的激励信号放大后发送至旋转变压器；旋转变压器与电机转子为机械连接，旋转变压器将包含转子旋转运动信息的激励调制信号反馈至旋变反馈处理电路；由旋变反馈处理电路对该激励调制信号进行幅值调理后，将得到的两正交信号发送至硬件解码芯片，供硬件解码芯片对转子位置进行计算；最后硬件解码芯片将计算得到的转子位置角发送至控制器，使控制器能够利用该信号完成对电机的运行控制。

分析上述的信号流可以看出，如果硬件解码芯片发送的激励信号或者旋变激励放大电路放大后的激励信号不正确，又或者，旋转变压器的激磁绕组和反馈绕组以及旋变反馈处理电路中的任意一个设备出现故障，都会引起转子位置的计算错误。然而当前对旋转变压器系统的诊断方案，大多只能实现对于旋转变压器的故障检测，无法覆盖到系统内的其他环节，其故障检测结果的可靠性低。

发明内容

本发明提供一种旋转变压器系统故障检测方法和装置及控制器，以解决现有技术中检测覆盖范围小的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

本发明一方面提供一种旋转变压器系统故障检测方法，包括：

采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号；

根据所述两正交信号的幅值，判断所述两正交信号之一是否出现异常；

若所述两正交信号中的至少一个出现异常，则生成所述旋转变压器系统存在故障的告警信号，并控制电机驱动器停止扭矩输出。

优选的，判断所述两正交信号之一是否出现异常，包括：

判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值；所述理论值为根据所述幅值计算得到的；

若所述两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过所述第一阈值，则判定所述两正交信号中的至少一个出现异常。

优选的，所述两正交信号的理论值计算公式为：

其中，Thry_sin和Thry_cos分别为所述两正交信号的理论值，E为所述幅值，θ为根据所述两正交信号进行反正切计算得到的矢量角。

优选的，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，若所述两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过所述第一阈值，则还包括：

控制第一计数器加1；

判断所述第一计数器的计数结果是否大于第一下限值；

若所述第一计数器的计数结果大于所述第一下限值，才执行判定所述两正交信号中的至少一个出现异常的步骤。

优选的，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，在判断所述第一计数器的计数结果是否大于第一下限值之后，还包括：

若所述第一计数器的计数结果小于等于所述第一下限值，则返回采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号的步骤。

优选的，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，在判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值之后，还包括：

若所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值均不超过所述第一阈值，则返回采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号的步骤。

优选的，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，在判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值之前，还包括：

判断所述两正交信号各自绝对值与所述幅值之间的差值绝对值是否均不超过第二阈值；

若所述两正交信号各自绝对值与所述幅值之间的差值绝对值均不超过所述第二阈值，才执行判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值的步骤；

若所述两正交信号中的至少一个绝对值与所述幅值之间的差值绝对值超过所述第二阈值，则执行判定所述两正交信号中的至少一个出现异常的步骤。

优选的，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，若所述两正交信号中的至少一个绝对值与所述幅值之间的差值绝对值超过所述第二阈值，则还包括：

控制第二计数器加1；

判断所述第二计数器的计数结果是否大于第二下限值；

若所述第二计数器的计数结果大于所述第二下限值，才执行判定所述两正交信号中的至少一个出现异常的步骤；

若所述第二计数器的计数结果小于等于所述第二下限值，则执行判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值的步骤。

本发明另一方面还提供一种旋转变压器系统故障检测装置，包括：处理器和存储器；其中：

所述处理器用于执行所述存储器中的各个程序；

所述存储器中存储的程序中包括如上述任一所述的旋转变压器系统故障检测方法。

本发明第三方面还提供一种控制器，与电机驱动器和旋转变压器系统相连，用于执行如上述任一所述的旋转变压器系统故障检测方法。

本发明提供的旋转变压器系统故障检测方法，利用旋变反馈正交信号的幅值确定性，在旋转变压器系统中任一环节出现故障时，均能够根据旋变反馈处理电路输出的两正交信号的幅值，通过判断两正交信号中的至少一个出现异常来体现；也即能够实现对于旋转变压器系统的全范围故障检测，解决了现有技术中检测覆盖范围小的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的旋转变压器系统的内部结构以及其与外部设备之间的连接关系示意图；

图2是本发明申请实施例提供的旋转变压器系统故障检测方法的流程图；

图3是本发明申请另一实施例提供的旋转变压器系统故障检测方法的流程的一种具体流程图；

图4是本发明申请另一实施例提供的旋转变压器系统故障检测方法的流程的另一具体流程图；

图5是本发明申请另一实施例提供的旋转变压器系统故障检测方法的流程的另一具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种旋转变压器系统故障检测方法，以解决现有技术中检测覆盖范围小的问题。

请参见图2，该旋转变压器系统故障检测方法包括：

S101、采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号；

实际应用中，可以通过相应的端口来实现对于该两正交信号的采集，比如ADC(Analog-to-digital converter模拟数字转换器)，或者也可以是DSADC等，此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

S102、根据两正交信号的幅值，判断两正交信号之一是否出现异常；

值得说明的是，无论激励信号是由硬件解码芯片产生的，还是由控制器通过软件产生的，又或者是其他产生方式，只要是从该激励信号的产生装置到旋变反馈处理电路中的任一环节出现故障，均可以通过该旋变反馈处理电路输出的两正交信号体现出来，具体原因如下：

理想的两正交信号表达式为：

其中，FdBk_sin和FdBk_cos分别为两正交信号，w为转子角速度,t为时间，E为两正交信号的幅值。

而出现故障时，该旋变反馈处理电路输出的信号表达式将变为：

其中，FdBk_sin和FdBk_cos分别为两正交信号，w为转子角速度,t为时间，A1和A2为两正交信号的幅值，B1和B2为两正交信号分别出现的直流偏置，α和β为两正交信号分别出现的角度偏置。

因此，若旋变激励发送装置、旋变激励放大电路、旋转变压器和旋变反馈处理电路中的任意一个出现故障，则上述A1、A2、B1、B2、α及β中的任意一个值将不为零，实际应用中是上述任意一个值将不会小于一个预置的极小数ε。

具体的，可以根据采集到的两正交信号FdBk_sin和FdBk_cos，通过锁相环或者反正切计算，得到采集矢量角；然后根据该采集矢量角以及上述理想的两正交信号表达式，分别计算得到两个理想的正交信号；若这两个理想的正交信号与采集到的两个正交信号不对应相同，则说明两正交信号中至少一个出现异常；若这两个理想的正交信号与采集到的两个正交信号分别对应相同，则说明两正交信号均无异常。

实际应用中，无论采取何种方式进行判断，只要采集到的两正交信号分别与该幅值E下的对应理想正交信号出现异常，则可说明该旋转变压器系统中存在故障，此时可以执行步骤S103。若两正交信号均无异常，则可返回步骤S101，重新采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号；然后继续执行步骤S102的判断，以完成下一轮的故障检测；直至检测出故障或者检测过程结束。

S103、生成旋转变压器系统存在故障的告警信号，并控制电机驱动器停止扭矩输出。

本实施例提供的该旋转变压器系统故障检测方法，利用旋变反馈正交信号的幅值确定性，在旋转变压器系统中任一环节出现故障时，均能够根据旋变反馈处理电路输出的两正交信号的幅值，通过判断两正交信号中的至少一个出现异常来体现；也即能够实现对于旋转变压器系统的全范围故障检测，解决了现有技术中检测覆盖范围小的问题。

值得说明的是，现有技术中还存在使用两个相关联的电机实现两套旋变解码系统的冗余行成校验，但在电动汽车应用中，即使存在两台相关联的电机，两台电机的转子也存在差速的情况；若在单台电机上装配两套旋转变压器系统，则在成本上会有所上升。而本实施例提供的该旋转变压器系统故障检测方法，无需冗余校验，不会导致硬件成本的增加。

另外，现有技术中还存在使用一路旋转变压器而另一路通过软件谐波注入的方式来实现电机转子位置的辨识，但软件的高频谐波注入必然会引起电机控制的转矩脉动问题。而本实施例提供的该旋转变压器系统故障检测方法，无需谐波注入，因此也不会对电机转矩控制产生影响。

本发明另一实施例提供了一种具体的旋转变压器系统故障检测方法，在上述实施例及图2的基础之上，优选的，如图3所示，其步骤S102中判断两正交信号之一是否出现异常，包括：

S201、判断两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值；

该理论值为根据两正交信号的幅值计算得到的，比如，两正交信号的理论值计算公式为：

其中，Thry_sin和Thry_cos分别为两正交信号的理论值，E为两正交信号的幅值，θ为根据两正交信号进行反正切计算得到的矢量角。

记第一阈值为ΔAmp_set，采集到的两正交信号分别为FdBk_sin和FdBk_cos；分别判断|FdBk_sin-Thry_sin|>ΔAmp_set，以及，|FdBk_cos-Thry_cos|>ΔAmp_set是否成立；若两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过第一阈值，也就是|FdBk_sin-Thry_sin|>ΔAmp_set和|FdBk_cos-Thry_cos|>ΔAmp_set中至少有一个成立，则可执行步骤S202。

S202、判定两正交信号中的至少一个出现异常。

实际应用中，为了确定故障检测的准确性，还可以为步骤S201的检测结果进行累计设置；即只有其检测结果多次为两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过第一阈值时，才执行步骤S202。

具体的，如图4所示，在执行步骤S102判断两正交信号之一是否出现异常的过程中，若两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过第一阈值，则还包括：

S301、控制第一计数器加1；

S302、判断第一计数器的计数结果是否大于第一下限值；

若第一计数器的计数结果大于第一下限值，才执行步骤S202；

而若第一计数器的计数结果小于等于第一下限值，则返回步骤S101。

同时，执行步骤S102判断两正交信号之一是否出现异常的过程中，在步骤S201之后，还包括：

若两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值均不超过第一阈值，则返回步骤S101。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了另外一种具体的旋转变压器系统故障检测方法，在上述实施例的基础之上，优选的，如图5所示，执行步骤S102判断两正交信号之一是否出现异常的过程中，在执行步骤S201之前，还包括：

S401、判断两正交信号各自绝对值与幅值之间的差值绝对值是否均不超过第二阈值；

若两正交信号各自绝对值与幅值之间的差值绝对值均不超过第二阈值，才执行步骤S201；

若两正交信号中的至少一个绝对值与幅值之间的差值绝对值超过第二阈值，则执行步骤S202。

值得说明的是，步骤S201中涉及到对于两正交信号理论值的计算，但实际应用中，该理论值的计算时间并不仅限于通过步骤S401得到两正交信号各自绝对值与幅值之间的差值绝对值均不超过第二阈值之后，只要在步骤S201之前即可，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

参照上一实施例提升检测准确性的原则，更为优选的，如图5所示，执行步骤S102判断两正交信号之一是否出现异常的过程中，若两正交信号中的至少一个绝对值与幅值之间的差值绝对值超过第二阈值，则还包括：

S501、控制第二计数器加1；

S502、判断第二计数器的计数结果是否大于第二下限值；

若第二计数器的计数结果大于第二下限值，才执行步骤S202；

若第二计数器的计数结果小于等于第二下限值，则执行步骤S201。

需要说明的是，图5仅以在图4的基础上为例进行展示，实际应用中，并不一定要求必须设置两个计数器的计数及判断过程；可以根据实际应用环境进行选择，均在本申请的保护范围内。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种旋转变压器系统故障检测装置，包括：处理器和存储器；其中：

处理器用于执行存储器中的各个程序；

存储器中存储的程序中包括如上述任一实施例所述的旋转变压器系统故障检测方法。

该旋转变压器系统故障检测方法的执行过程和工作原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

本实施例中的旋转变压器系统故障检测装置，可以是独立于现有电机控制系统的一个额外装置，与电机驱动器和旋转变压器系统相连、能够实现相应的功能即可；当然，其也可以是集成于现有控制器中的一个芯片或者控制单元，视其具体应用环境而定即可，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

本发明另一实施例还提供了一种控制器，如图1所示，与电机驱动器和旋转变压器系统相连，其信号采集功能和通过电机驱动器实现对于电机的运行控制功能，均与现有技术相同。该控制器可以通过如图1中所示的硬件解码芯片实现激励信号的产生，也可以由自身来实现这一功能，此处也与现有技术相同，不再一一赘述。

区别于现有技术的是，该控制器的软件中集成有如上述任一实施例所述的旋转变压器系统故障检测方法。

该旋转变压器系统故障检测方法的执行过程和工作原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，包括：

采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号；

根据所述两正交信号的幅值，判断所述两正交信号之一是否出现异常；

若所述两正交信号中的至少一个出现异常，则生成所述旋转变压器系统存在故障的告警信号，并控制电机驱动器停止扭矩输出。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，判断所述两正交信号之一是否出现异常，包括：

判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值；所述理论值为根据所述幅值计算得到的；

若所述两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过所述第一阈值，则判定所述两正交信号中的至少一个出现异常。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，所述两正交信号的理论值计算公式为：

其中，Thry_sin和Thry_cos分别为所述两正交信号的理论值，E为所述幅值，θ为根据所述两正交信号进行反正切计算得到的矢量角。

4.根据权利要求2所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，若所述两正交信号中的至少一个与自身理论值之间的差值绝对值超过所述第一阈值，则还包括：

控制第一计数器加1；

判断所述第一计数器的计数结果是否大于第一下限值；

若所述第一计数器的计数结果大于所述第一下限值，才执行判定所述两正交信号中的至少一个出现异常的步骤。

5.根据权利要求4所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，在判断所述第一计数器的计数结果是否大于第一下限值之后，还包括：

若所述第一计数器的计数结果小于等于所述第一下限值，则返回采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号的步骤。

6.根据权利要求2所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，在判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值之后，还包括：

若所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值均不超过所述第一阈值，则返回采集旋转变压器系统中旋变反馈处理电路输出的两正交信号的步骤。

7.根据权利要求2-6任一所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，在判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值之前，还包括：

判断所述两正交信号各自绝对值与所述幅值之间的差值绝对值是否均不超过第二阈值；

若所述两正交信号各自绝对值与所述幅值之间的差值绝对值均不超过所述第二阈值，才执行判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值的步骤；

若所述两正交信号中的至少一个绝对值与所述幅值之间的差值绝对值超过所述第二阈值，则执行判定所述两正交信号中的至少一个出现异常的步骤。

8.根据权利要求7所述的旋转变压器系统故障检测方法，其特征在于，判断所述两正交信号之一是否出现异常的过程中，若所述两正交信号中的至少一个绝对值与所述幅值之间的差值绝对值超过所述第二阈值，则还包括：

控制第二计数器加1；

判断所述第二计数器的计数结果是否大于第二下限值；

若所述第二计数器的计数结果大于所述第二下限值，才执行判定所述两正交信号中的至少一个出现异常的步骤；

若所述第二计数器的计数结果小于等于所述第二下限值，则执行判断所述两正交信号各自与自身理论值之间的差值绝对值是否均不超过第一阈值的步骤。

9.一种旋转变压器系统故障检测装置，其特征在于，包括：处理器和存储器；其中：

所述处理器用于执行所述存储器中的各个程序；

所述存储器中存储的程序中包括如权利要求1-8任一所述的旋转变压器系统故障检测方法。

10.一种控制器，与电机驱动器和旋转变压器系统相连，其特征在于，用于执行如权利要求1-8任一所述的旋转变压器系统故障检测方法。