CN110601139B - 电机组件中特定故障状况的隔离 - Google Patents

电机组件中特定故障状况的隔离 Download PDF

Info

Publication number
CN110601139B
CN110601139B CN201910427587.7A CN201910427587A CN110601139B CN 110601139 B CN110601139 B CN 110601139B CN 201910427587 A CN201910427587 A CN 201910427587A CN 110601139 B CN110601139 B CN 110601139B
Authority
CN
China
Prior art keywords
factor
residual
current
motor
residual factor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910427587.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110601139A (zh
Inventor
M·A·萨尔曼
张际宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN110601139A publication Critical patent/CN110601139A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110601139B publication Critical patent/CN110601139B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H02H7/0833—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors for electric motors with control arrangements
    • H02H7/0844—Fail safe control, e.g. by comparing control signal and controlled current, isolating motor on commutation error
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/08—Electric propulsion units
    • B60W2710/083—Torque

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

提供一种具有电机的电机组件以及一种基于控制器的用于将该电机中特定故障状况隔离的方法。多个电流传感器配置为在电机的各个相中输出相应的测量电流。位置传感器配置为输出电机的转子位置。控制器配置为将各个测量电流分组成两个相应的组合。控制器配置为计算相应的残余因子(Ri)，以及基于相应的残余因子(Ri)计算全局残余因子(G)。响应于全局残余因子(G)和超过相应校准误差阈值的相应残余因子(Ri)中的至少三个，控制器配置为从多个故障状况中识别特定故障状况，并且执行对电机的控制动作。

Description

电机组件中特定故障状况的隔离
引言
本发明总体上涉及电机组件的控制，特别涉及电机组件中特定故障状况的隔离。电机，如内部永磁电机，包括具有多个交替极性的永磁体的转子。转子能够在定子内旋转，定子通常包括多个定子绕组和极性交替的磁极。电机能够用作将电能转换成动能的电动机和/或将动能转换成电能的发电机。电机适用于各种系统，例如汽车、飞机、火车、医疗设备及施工设备。
发明内容
本发明公开了一种电机组件及一种基于控制器的用于将特定故障状况从所述电机组件中的多个故障状况中隔离的方法。电机组件包括具有转子和定子的电机。多个电流传感器与电机通信并且配置为在电机的各个相中输出相应的测量电流。位置传感器配置为输出电机的转子位置。控制器与电机通信并具有处理器和有形的非暂时性存储器，在该存储器上记录有用于执行该方法的指令。
处理器执行这些指令使得控制器将各个测量电流分组成两个相应的组合，使得各个测量电流中的每一个与各个测量电流中的另一个分别成对。控制器配置为部分地基于转子位置和相应的测量电流来计算各个组合的相应残余因子(Ri)。控制器配置为基于相应的残余因子(Ri)计算全局残余因子(G)。响应于全局残余因子(G)和超过相应校准误差阈值的相应残余因子(Ri)中的至少三个，控制器配置为从多个故障状况中识别出特定故障状况。举例来说，电机绕组间绝缘的退化会导致匝到匝绕组和匝间绕组短路。腐蚀或松动的电连接会增加电气线路的内电阻，例如在电流测量装置中，这减小了流过该线路的电流。控制器配置为执行对电机的控制动作，包括记录指示特定故障状况的诊断代码。
从多个可能的故障状况中识别特定故障状况包括在以下情况下诊断出电动机故障状况：(1)第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)、第三残余因子(R3)及全局残余因子(G)大于相应的校准误差阈值；以及(2)第一参数(P0)小于预定参数阈值(H0)。当全局残余因子(G)、第一残余因子(R1)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值时，诊断出第一电流传感器故障状况。当全局残余因子(G)、第一残余因子(R1)及第二残余因子(R2)大于相应的校准误差阈值时，诊断出第二电流传感器故障状况。当全局残余因子(G)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值时，诊断出第三电流传感器故障状况。
当第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值，以及第一参数(P0)小于预定参数阈值(H0)时，诊断出旋转变压器偏置故障状况。当第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)、第三残余因子(R3)及第一参数(P0)大于或等于预定参数阈值(H0)时，诊断出旋转变压器非偏置故障状况。
计算各个组合的相应残余因子(Ri)可包括部分地基于转子位置和相应的测量电流来计算各个组合的相应估计电压(Vi)，并且通过从所需电压(v*)减去相应的估计电压(Vi)来获得相应的残余因子(Ri)。在其中一个示例中，相应的残余因子包括第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)，并且相应的测量电流包括第一测量电流(iA)、第二测量电流(iB)及第三测量电流(iC)(分别测量第一相、第二相和第三相)。全局残留因子(G)可以定义为((R1-R2)2+(R2-R3)2+(R1-R3)2)的平方根。
获得第一残余因子(R1)可以包括基于转子位置、第一测量电流(iA)及第二测量电流(iB)获得dq参考帧中的第一估计电流。在dq参考帧中部分地基于第一估计电流获得第一估计电压。计算第一残余因子(R1)为所需电压(v*)与第一估计电压之差的绝对值。获得第二残余因子(R2)可以包括基于转子位置、第二测量电流(iB)及第三测量电流(iC)获得dq参考帧中的第二估计电流。在dq参考帧中部分地基于第二估计电流获得第二估计电压。计算第二残余因子(R2)为所需电压(v*)与第二估计电压之差的绝对值。
获得第三残余因子(R3)可以包括基于转子位置、第三测量电流(iC)及第一测量电流(iA)获得dq参考帧中的第三估计电流。在dq参考帧中部分地基于第三估计电流获得第三估计电压。计算第三残余因子(R3)为所需电压(v*)与第三估计电压之差的绝对值。控制器可以配置为基于多个输入因子来获得第一参数(P0)。在其中一个示例中，第一参数(P0)是基于转子位置(θ)的时间变化率(t)、电机中的极对数(ρ)、可操作地连接到电机的变速器的齿轮箱比(η)，以及可操作地连接到电机的至少一个车轮的轮速测量值(ω)。第一参数(P0)可以计算为
Figure BDA0002067993450000031
的绝对值。
本发明的上述特征和优点及其他特征和优点根据结合附图进行的对于执行本发明的最佳方式的详细描述是显而易见的。
附图说明
图1是一种具有电机和控制器的电机组件的示意性局部剖视图；以及
图2是一种可由图1的控制器执行的方法的流程图。该方法用于隔离电机组件中的特定故障状况。
具体实施方式
参考附图，其中，相同的附图标记表示相同的部件。图1示意性地示出了具有电机12的电机组件10。该组件10可以是设备11的部件。设备11可以是移动平台，例如但不限于客车、运动型多用途车、轻型卡车、重型载重车、全地形车、小型货车、公共汽车、运输车辆、自行车，机器人、农具、运动相关设备、船、飞机，及火车。设备11可以是非移动平台，例如医疗设备或施工设备。设备11可以采用许多不同的形式并包括多个和/或替代的部件和设施。
参考图1，电机12包括定子14及转子16。电机12可包括但不限于感应电机、同步电机、永磁电机和条绕电机。在图1所示的例子中，转子16包括围绕转子芯22的外周具有交替极性的第一永磁体18和第二永磁体20。转子16可包括根据每个应用所需的尽可能多的永磁体。为简单起见，显示了两个永磁体。转子16可在定子14内以转子速度旋转。虽然图1所示的实施例示出了三相单极对(即两极)电机，但应理解，可以改变相数或极对的数量。
参考图1，定子14包括定子芯24，定子芯24可以是具有中空内部的圆柱形。定子芯24可包括多个向内突出的定子齿26A-F，由间隙或槽28分开。在图1所示的实施例中，定子绕组30能够可操作地连接到定子芯24，例如，围绕定子齿26A-F盘绕。定子14配置为具有在定子绕组30中流动的电流并且该电流在定子14中产生旋转磁场。
参考图1，定子绕组30可包括三组绕组；每一组绕组用于三相中的每一相(第一相通过定子绕组30A和30D，第二相通过定子绕组30B和30E，以及第三相通过定子绕组30C和30F)。或者，可以采用滑环或刷子(未示出)。参考图1，其示出了正交(q)磁轴32和直接(d)磁轴34。第一及第二永磁体18、20产生磁场和磁通量。参考图1，当转子角度36为零时，第一及第二永磁体18、20的磁通量线对齐。虽然示出了示例性电机12，但是其并不限于图中所示部件。实际上，可以使用附加或替代部件和/或实施方式。
参考图1，组件10包括与电机12通信(例如电子通信)的控制器40。参考图1，控制器40包括至少一个处理器42及至少一个存储器44(或非暂时性有形计算机可读存储介质)，并且在该存储器上记录有指令以执行如图2所示的方法100。存储器44可以存储控制器可执行指令集，并且处理器42可以执行存储在存储器44中的控制器可执行指令集。如下所述，方法100使用基于模型的方法来检测和隔离考虑到的故障。该方法使用多个残余因子，使得每个残余因子具有唯一的故障特征，以便检测和隔离考虑到的故障。
图1的控制器40具体编程用来执行方法100的框(如下图2所详细讨论)，并且能够接收来自各种传感器的输入。参考图1，组件10可包括第一电流传感器46、第二电流传感器48以及第三电流传感器50，每个电流传感器能够分别测量第一相、第二相和第三相的电流，并发送相应的信号到控制器40。组件10可包括旋转变压器52，其测量转子16的位置并产生位置信号。另外，控制器40可以编程为通过本领域技术人员可用的建模或其他估计技术来确定其他物理因子。参考图1，电池组54能够可操作地连接到电机12作为直流链路电压源。脉宽调制逆变器56能够可操作地连接到控制器40和电池组54，并且配置为将直流电流转换成交流电流。
控制器40编程或配置为接收扭矩命令(T)。响应于操作员输入或由控制器40监视的自动馈送输入条件，控制器40可接收扭矩命令(T)。如果设备11是车辆，则控制器40可基于来自操作者的输入信号，通过加速器踏板58以及制动踏板60确定扭矩命令(T)，如图1所示。参考图1，控制器40可以可操作地连接到至少一个车轮62，轮速传感器64以及以变速箱比(η)表征的变速器66或与之通信。
参考图2，其是存储在图1的控制器40上并且可由其执行的方法100的流程图。方法100不需要以本文所述的特定顺序应用。并且，应该理解，可以省略一些框。在图2的框110中，控制器40配置为获得多个输入因子，包括电机12中的转矩指令(T)、转子位置(θ)及极对数(ρ)。参考图1，控制器40可配置为获得至少一个车轮62的车轮速度测量值(ω)，这可以基于车轮速度传感器64。同样在框110中，控制器40配置为至少部分地基于转矩指令(T)确定期望的电压(v*)。所需电压是特定电机的特性，因为电机产生的扭矩是流过绕组的电流的函数，而绕组电流是由于施加电压而产生的。可以基于手头的电机12的特性从查找表或数据储存库获得所需电压(v*)。
在图2的框120中，控制器40配置为将各个测量电流分组成两个相应的组合，使得各个测量电流中的每一个与各个测量电流中的另一个分别成对。在所示的示例中，各个测量电流包括第一测量电流(iA)、第二测量电流(iB)及第三测量电流(iC)，分别测量第一相、第二相及第三相。它们分为以下三种组合：
(iA和iB)、(iB和iC)以及(iA和iC)。
或者，各个测量电流可以包括分别通过第一至第五测量电流(iA、iB、iC、iD以及iE)测量的五个相位。在图2的框130中，控制器40配置为计算在框120中获得的各个组合的相应残余因子(Ri)。在所示的示例中，各个残余因子为第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)。框130包括以下描述的子框132、134和136。
按照框132，通过静止三相变量参考帧(fabc)中的变量与转子参考帧(fdq)中的变量之间的变换矩阵，获得dq参考帧中的估计电流(in)。估计的电流(in)理解为具有分量(id、iq)的矢量。变换矩阵基于转子位置(θ)。
对于第一残余因子(R1)，按照框132A，基于转子位置(θ)、第一测量电流(iA)及第二测量电流(iB)，通过变换矩阵M1获得dq参考帧中的第一估计电流(i1)。
Figure BDA0002067993450000061
变换矩阵
Figure BDA0002067993450000062
对于第二残余因子(R2)，按照框132B，基于转子位置(θ)、第二测量电流(iB)及第三测量电流(iC)，通过变换矩阵M2获得dq参考帧中的第二估计电流(i2)。
Figure BDA0002067993450000063
变换矩阵
Figure BDA0002067993450000064
对于第三残余因子(R3)，按照框132C，基于转子位置(θ)、第三测量电流(iC)及第一测量电流(iA)，通过变换矩阵M3获得dq参考帧中的第三估计电流(i3)。
Figure BDA0002067993450000071
变换矩阵
Figure BDA0002067993450000072
按照框134，经由估计器模块45获得每个组合dq参考帧中的相应估计电压(Vi)，估计器模块45可以嵌入控制器40。估计器模块45使用dq参考帧(在框132中获得)中的估计电流(in)。在其中一个示例中，估计器模块45是滑模观察器。在另一示例中，估计器模块45是扩展卡尔曼滤波器。在又一示例中，估计器模块45是龙贝格(Luenberger)观测器。另外，估计器模块45可采用奇偶方程来获得相应的估计电压(Vi)。可以使用以下关系式来配置或设置估计器模块45：
Figure BDA0002067993450000073
Figure BDA0002067993450000074
这里，iq和id是真正的q和d轴电流，而
Figure BDA0002067993450000075
和id是估计的q和d轴电流。此外，RS是定子电阻，Lq及Ld是q和d轴电感，λm是由转子磁铁(例如第一和第二永磁体18、20)产生的磁通量，p是极对数，以及ωm是电机12的机械速度。参数(ηq、ηd)是基于预先选择的增益因子K1和K2。
Figure BDA0002067993450000076
如果选择足够大的增益因子K1和K2，则估计的q和d轴电流将收敛到真正的q和d轴电流。如果括号中的值大于零，则运算符“sign”的值为正1，如果括号中的值小于零，则值为负1。参数(ηq、ηd)的平均值将收敛到q和d轴电压(Vq、Vd)的实际值，即相应的估计电压(Vi)。然后可以通过应用具有时间常数τ的一阶滤波器来提取相应的估计电压(Vi)，如下所示：
Figure BDA0002067993450000077
以及
Figure BDA0002067993450000078
按照框134A、134B及134C，可以通过上文所述的估计器模块45分别从第一估计电流(i1)、第二估计电流(i2)及第三估计电流(i3)中获得dq参考帧中的第一估计电压(V1)、第二估计电压(V2)及第三估计电压(V3)。第一估计电流(i1)、第二估计电流(i2)及第三估计电流(i3)各自表示dq参考帧中的矢量电流测量值，即，i1＝(id1、iq1)、i2＝(id2、iq2)和i3＝(id3、iq3)。
按照框136，通过从所需电压(v*)减去相应的估计电压(Vi)(在框134中获得)获得相应的残余因子(Ri)(在框110中获得并且至少部分地基于扭矩命令(T))。在框136A中计算第一残余因子(R1)为所需电压(v*)与第一估计电压(V1)之差的绝对值。在框136B中计算第二残余因子(R2)为所需电压(v*)与第二估计电压(V2)之差的绝对值。在框136C中计算第三残余因子(R3)为所需电压(v*)与第三估计电压(V3)之差的绝对值。
在图2的框140中，控制器40配置为基于相应的残余因子(Ri)计算全局残余因子(G)。全局残差因子(G)可以定义为各个残差因子(Ri)之差的平方的平方根。在所示示例中，全局残留因子(G)可以定义为((R1-R2)2+(R2-R3)2+(R1-R3)2)的平方根。
在图2的框150中，控制器40可以配置为基于多个在框110中获得的输入因子来计算第一参数(P0)。在其中一个示例中，第一参数(P0)是基于转子位置(θ)的时间变化率(t)、电机12中的极对数(ρ)、齿轮箱比(η)，以及轮速测量值(ω)，并且可计算为
Figure BDA0002067993450000081
的绝对值。
在图2的框160中，响应于全局残余因子(G)和超过相应校准误差阈值的相应残余因子(Ri)中的至少三个，控制器40配置为从多个故障状况中识别出特定故障状况。下面的表1示出了顶行中的多个可能的故障状况和最左列中的不同变量。行中的复选标记表示相应的变量已超过其各自的阈值。
表1
S<sub>M</sub> S<sub>IA</sub> S<sub>IB</sub> S<sub>IC</sub> S<sub>RB</sub> S<sub>RNB</sub> OK
P<sub>0</sub> X
R<sub>1</sub> X X X X X
R<sub>2</sub> X X X X X
R<sub>3</sub> X X X X X
G X X X X
如上表1所示，在以下情况下诊断出电动机故障情况(SM):(1)第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)、第三残余因子(R3)及全局残余因子(G)大于各自相应的校准误差阈值；以及(2)第一参数(P0)小于预定参数阈值(H0)。当全局残余因子(G)、第一残余因子(R1)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值时，诊断出第一电流传感器故障状况(SIA)。当全局残余因子(G)、第一残余因子(R1)及第二残余因子(R2)大于相应的校准误差阈值时，诊断出第二电流传感器故障状况(SIB)。当全局残余因子(G)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值时，诊断出第三电流传感器故障状况(SIC)。
当第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值，以及第一参数(P0)小于预定参数阈值(H0)时，诊断出旋转变压器偏置故障状况(SRB)。当第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)大于相应的校准误差阈值，以及第一参数(P0)大于或等于预定参数阈值(H0)时，诊断出旋转变压器非偏置故障状况(SRB)。当第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)及第三残余因子(R3)都没有超过各自相应的校准误差阈值，以及第一参数(P0)小于预定参数阈值(H0)时，确定处于“OK”或健康的条件或状态。
参考图2，在框160中示出了用于诊断出特定故障状况的非限制性示例序列。应当理解，控制器40中的逻辑设置可以改变。框160中的示例序列涉及条件集C1、C2、C3、C4、C5、C6及C7，列出如下：
C1:R1<H1和R2<H2和R3<H3及G<H4
C2:R1>H1和R2<H2和R3>H3及G>H4
C3:R1>H1和R2>H2和R3<H3及G>H4
C4:R1<H1和R2>H2和R3>H3及G>H4
C5:R1>H1和R2>H2和R3>H3及G>H4
C6:R1>H1和R2>H2和R3>H3及G<H4
C7(同C6):R1>H1和R2>H2和R3>H3及G<H4
条件集C1、C2、C3、C4、C5、C6及C7涉及判断第一残余因子(R1)、第二残余因子(R2)、第三残余因子(R3)及全局残余因子(G)是否小于、大于或等于它们各自的校准误差阈值，该些校准误差阈值如上标识为(H1、H2、H3、H4)。
在图2的框161中，控制器40配置为确定第一参数(P0)是否大于或等于预定参数阈值(H0)。如果不是，则方法100前进到框162，确定条件集C1是否为真。如果条件集C1为真，则在框163中，确定处于“OK”或健康状态(并且按照框180编码，如下所述)。如果条件集C1不为真，则方法100前进到框164以确定条件集C2是否为真。如果是，则在框165中，诊断出第一电流传感器故障状况(SIA)。如果不是，则方法100前进到框166以确定条件集C3是否为真。
如果条件集C3为真，则在框167中诊断出第二电流传感器故障状况(SIB)。如果不是，则方法100前进到框168以确定条件集C4是否为真。如果条件集C4为真，则在框169中诊断出第三电流传感器故障状况(SIC)。如果不是，则方法100前进到框170以确定条件集C5是否为真。如果条件集C5为真，则在框171中诊断出电动机故障状况(SM)。如果不是，则方法100前进到框172以确定条件集C6是否为真。如果条件集C6为真，则在框173中诊断出旋转变压器偏置故障状况(SRB)。如果不是，则在框174中诊断出“不确定”诊断代码(图2中的“INC”)。
在框161，控制器40配置为确定第一参数(P0)是否大于或等于预定参数阈值(H0)。如果是，则方法100前进到框175以确定条件集C7是否为真。如果条件集C7为真，则在框176中诊断出旋转变压器非偏置故障状况(SRNB)。如果不是，则在框174中诊断出“不确定”代码(图2中的“INC”)。
在图2的框180中，控制器40配置为执行对电机12的控制动作，包括记录指示诊断出的特定故障状况的诊断代码。诊断代码可以是诊断报告的一部分，可以通过无线连接无线发送到远程设备，例如图1中的远程服务器70。可以采用其他方法，包括但不限于插入到设备11中的有线服务工具。方法100具有预报功能，使得在确定故障状况之后，告知操作员特异性组件10的当前健康状态。在其中一个示例中，设备11是自主车辆，并且远程服务器70配置为管理其操作。控制器40可以配置为向远程服务器70发送消息，建议手动检查设备11。控制器40可以配置为启动设备11的替代操作模式，例如“跛行回家模式”。方法100的另一个技术优点是，因为可以隔离确切的故障位置，所以能够避免必要的维修成本，例如，更换特定的传感器而不是更换整个电动机组件。
控制器40可以编程为通过本领域技术人员可用的多种方法获得相应的校准误差阈值(H1、H2、H3、H4)及预定参数阈值(H0)。相应的校准误差阈值(H1、H2、H3、H4)及预定参数阈值(H0)可以是物理值或是固定值的百分比偏差，并且是基于手头的应用来选择的。例如，预定参数阈值(H0)可以通过实验设计、统计或优化方法或基于模型的校准过程获得。各个校准的误差阈值(H1、H2、H3、H4)可以通过实验室中的实验装置获得，并存储在查询表、数据储存库或本领域技术人员可用的其他数据存储器中。作为非限制性示例，预定参数阈值(H0)及第四阈值(H4)可以在0.5％-1％的范围内。第二阈值(H2)、第三阈值(H3)及第一阈值(H1)可以在2％-5％的范围内。
方法100(以及执行方法100的控制器40)通过确定组件10的动作过程并且能够以最小的误差量控制复杂系统来改进设备11的功能。因此，方法100(以及执行方法100的控制器40)不仅仅是抽象的想法，而且本质上与组件10的功能及电机12的物理输出相关联。为了从多个可能的故障状况中诊断和隔离该些故障，控制器40可编程为在电机12的操作期间连续地执行方法100作为开环操作。由方法100(以及执行方法100的控制器40)呈现的技术优点是，不需要额外的传感器，因为可以采用来自先前安装的用于电流测量和位置测量的传感器的传感器数据。
图1的控制器40可以是设备11的其他控制器的整体部分，或者是可操作地连接到设备11的其他控制器的单独模块。控制器40包括计算机可读介质(也称为处理器可读介质)，包括非暂时性的(例如，有形的)媒体，其参与提供可由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器，其可构成主存储器。这些指令可以由一个或多个传输介质传输，包括同轴电缆、铜线及光纤，包括耦合到计算机处理器系统总线的电线。某些形式的计算机可读介质包括例如软盘、可折叠磁盘、硬盘、磁带、其他磁介质、只读光盘驱动器、数字化视频光盘、其他光学介质、穿孔卡、纸带、其他具有孔的物理介质、随机存取器、可编程序只读存储器、可擦可编程只读存储器、快擦编程只读存储器、其他存储芯片或内存盒、或计算机可以读取的其他介质。
这里描述的查找表、数据库、数据存储库或其他数据存储器可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机制，包括分层数据库、文件系统中的文件集、专有格式的应用程序数据库、关系数据库管理系统等等。每个这样的数据存储器可以包括在采用计算机操作系统的计算设备中，例如上面提到的那些计算设备，并且可以通过网络以一种或多种方式访问。可以从计算机操作系统访问文件系统，并且文件系统可包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储的过程的语言之外，关系数据库管理系统还可以使用结构化查询语言，例如上面提到的过程化/结构化查询语言。
详细说明和附图或图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开内容的一些最佳方式和其他实施例，但是仍存在用于实践所附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。此外，附图中示出的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不必理解为彼此独立的实施例，而是可以将实施例的其中一个示例中描述的每个特征与来自其他实施例的一个或多个其他需要的特征进行组合，构成未用文字或参照附图描述的其他实施例。据此，这些其他实施例属于所附权利要求的范围的框架内。

Claims (8)

1.一种电机组件，包括：
电机，包括转子和定子；
多个电流传感器，与所述电机通信并且配置为在所述电机的相应相中输出相应的测量电流；
位置传感器，配置为输出所述电机的转子位置；
控制器，与所述电机通信并具有处理器和有形的非暂时性存储器，在所述存储器上记录指令用以执行从多个可能的故障状况中隔离特定故障状况的方法，所述处理器执行所述指令，使得所述控制器：
将所述相应测量电流分组成两个相应的组合，使得所述相应测量电流中的每一个与所述相应测量电流中的另一个分别成对；
部分地基于所述转子位置和所述相应的测量电流来计算所述相应组合的相应残余因子（R i ）；
基于所述相应的残余因子（R i ）计算全局残余因子（G）；
响应于所述全局残余因子（G）及超过相应校准误差阈值的所述相应残余因子（R i ）中的至少三个，从多个故障状况中识别特定故障状况；以及
执行对所述电机的控制动作，包括记录指示特定故障状况的诊断代码，
其中计算所述相应组合的所述相应残余因子（R i ）包括：
部分地基于所述转子位置和所述相应的测量电流来计算所述相应组合的相应估计电压（V i ）；
通过从所需电压（v*）减去所述相应估计电压（V i ）得到所述相应的残余因子（R i ），
其中，所述相应残余因子包括第一残余因子（R 1 ）、第二残余因子（R 2 ）及第三残余因子（R 3 ）；
所述相应测量电流包括第一测量电流（i A ）、第二测量电流（i B ）及第三测量电流（i C）；
所述控制器配置为基于多个输入因子来计算第一参数（P 0 ）；以及
其中所述全局残余因子（G）定义为((R 1 –R 2 )2+(R 2 –R 3 )2+(R 1 –R 3 )2)的平方根。
2.据权利要求1所述的组件，其中，从多个可能的故障状况中识别所述特定故障状况包括：
在以下情况下诊断出电动机故障状况：
所述第一残余因子（R 1 ）、所述第二残余因子（R 2 ）、所述第三残余因子（R 3 ）及所述全局残余因子（G）大于所述相应的校准误差阈值；以及
所述第一参数（P 0 ）小于预定参数阈值（H 0 ）。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，从多个可能的故障状况中识别所述特定故障状况包括：
当所述全局残余因子（G）、所述第一残余因子（R 1 ）及所述第三残余因子（R 3 ）大于所述相应的校准误差阈值时，诊断出第一电流传感器故障状况；
当所述全局残余因子（G）、所述第一残余因子（R 1 ）及所述第二残余因子（R 2 ）大于所述相应的校准误差阈值时，诊断出第二电流传感器故障状况；以及
当所述全局残余因子（G）、所述第二残余因子（R 2 ）及所述第三残余因子（R 3 ）大于所述相应的校准误差阈值时，诊断出第三电流传感器故障状况。
4.根据权利要求1所述的组件，其中从多个可能的故障状况中识别所述特定故障状况包括：
当所述第一残余因子（R 1 ）、所述第二残余因子（R 2 ）及所述第三残余因子（R 3 ）大于所述相应的校准误差阈值，以及所述第一参数（P 0 ）小于预定参数阈值（H 0 ）时，诊断出旋转变压器偏置故障状况；
当所述第一残余因子（R 1 ）、所述第二残余因子（R 2 ）、所述第三残余因子（R 3 ）及第一参数（P 0 ）大于或等于所述预定参数阈值（H 0 ）时，诊断出旋转变压器非偏置故障状况。
5.根据权利要求1所述的组件，其中，获得所述第一残余因子（R 1 ）包括：
基于所述转子位置、所述第一测量电流（i A ）及所述第二测量电流（i B ）获得dq参考帧中的第一估计电流；
在所述dq参考帧中部分地基于所述第一估计电流获得第一估计电压；以及
计算所述第一残余因子（R 1 ）为所需电压（v*）与所述第一估计电压之间的差的绝对值。
6.根据权利要求1所述的组件，其中，获得所述第二残余因子（R 2 ）包括：
基于所述转子位置、所述第二测量电流（i B ）及所述第三测量电流（i C）获得dq参考帧中的第二估计电流；
部分地基于所述第二估计电流获得所述dq参考帧中的第二估计电压；以及
计算所述第二残余因子（R 2 ）作为所述所需电压（v*）与所述第二估计电压之间的差的绝对值。
7.根据权利要求1所述的组件，进一步包括：
变速器，可操作地连接到所述电机并限定齿轮箱比η；
至少一个车轮，可操作地连接到所述电机并具有轮速测量值ω；以及
其中，所述第一参数（P 0 ）是基于所述转子位置θ的时间变化率t、所述电机中的极对数ρ、所述齿轮箱比η以及所述轮速测量值ω，并且计算所述第一参数（P 0 ）作为
Figure 469219DEST_PATH_IMAGE002
的绝对值。
8.一种将特定故障状况从电机组件中的多个可能故障状况中隔离的方法，所述组件具有带转子和定子的电机，多个电流传感器配置为在所述电机的相应相位输出相应的测量电流，位置传感器配置为输出所述电机的转子位置，具有处理器和记录有指令的有形非暂时性存储器的控制器，所述方法包括：
通过所述控制器接收和将所述相应测量电流分组成两个相应的组合，使得所述相应测量电流中的每一个与所述相应测量电流中的另一个分别成对；
通过所述控制器部分地基于所述转子位置和所述相应的测量电流来计算所述相应组合的相应残余因子（R i ）；
通过所述控制器基于所述相应的残余因子（R i ）计算全局残余因子（G）；
通过所述控制器响应于所述全局残余因子（G）和超过相应校准误差阈值的所述相应残余因子（R i ）中的至少三个，从所述多个故障状况中识别所述特定故障状况；以及
执行对所述电机的控制动作，包括记录指示特定故障状况的诊断代码，
其中计算所述相应组合的所述相应残余因子（R i ）包括：
部分地基于所述转子位置和所述相应的测量电流来计算所述相应组合的相应估计电压（V i ）；
通过从所需电压（v*）减去所述相应估计电压（V i ）得到所述相应的残余因子（R i ），
其中，所述相应残余因子包括第一残余因子（R 1 ）、第二残余因子（R 2 ）及第三残余因子（R 3 ）；
所述相应测量电流包括第一测量电流（i A ）、第二测量电流（i B ）及第三测量电流（i C）；
所述控制器配置为基于多个输入因子来计算第一参数（P 0 ）；以及
其中所述全局残余因子（G）定义为((R 1 –R 2 )2+(R 2 –R 3 )2+(R 1 –R 3 )2)的平方根。
CN201910427587.7A 2018-06-12 2019-05-22 电机组件中特定故障状况的隔离 Active CN110601139B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/005775 2018-06-12
US16/005,775 US10355634B1 (en) 2018-06-12 2018-06-12 Isolation of particular fault conditions in an electric machine assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110601139A CN110601139A (zh) 2019-12-20
CN110601139B true CN110601139B (zh) 2021-11-09

Family

ID=67220594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910427587.7A Active CN110601139B (zh) 2018-06-12 2019-05-22 电机组件中特定故障状况的隔离

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10355634B1 (zh)
CN (1) CN110601139B (zh)
DE (1) DE102019113171A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019202464A1 (de) * 2019-02-22 2020-08-27 Audi Ag Verfahren und Steuervorrichtung zum Ermitteln zumindest eines Kennwerts eines Antriebsstrangs, der sich im eingebauten Zustand in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug befindet, sowie Kraftfahrzeug
US20210165011A1 (en) * 2019-12-03 2021-06-03 Deere & Company Systems, methods and computer-readable mediums for detecting position sensor faults
US11133771B2 (en) 2019-12-04 2021-09-28 GM Global Technology Operations LLC Integrated fault isolation and prognosis system for electric drive system
US11451175B2 (en) 2019-12-06 2022-09-20 GM Global Technology Operations LLC Early fault detection and mitigation for electric motors
US11489471B2 (en) * 2019-12-16 2022-11-01 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for detecting stator winding faults and degradation
CN112083349B (zh) * 2020-08-01 2023-04-07 南通长江电器实业有限公司 一种永磁同步电机定子绕组匝间短路故障诊断方法
US11860239B2 (en) 2022-03-29 2024-01-02 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for detecting and isolating faults within a power inverter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06209593A (ja) * 1993-01-07 1994-07-26 Toshiba Corp 二次抵抗器監視装置
CN101221224A (zh) * 2006-12-22 2008-07-16 通用汽车环球科技运作公司 监测电能存储装置的方法和系统
CN101907674A (zh) * 2009-05-19 2010-12-08 通用汽车环球科技运作公司 用于诊断电动马达中的定子绕组的方法和系统
CN107112943A (zh) * 2014-09-17 2017-08-29 法雷奥电机设备公司 用于在用于控制机动车辆的同步旋转电机的系统中诊断相电流传感器缺陷的方法和装置
CN107154084A (zh) * 2016-03-03 2017-09-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电动动力转向系统中故障隔离的方法和系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7116068B2 (en) 2002-04-12 2006-10-03 Ford Global Technologies, Llc Diagnostic system and method for an electric motor using torque estimates
US20130033215A1 (en) 2011-08-01 2013-02-07 Illinois Institute Of Technology Apparatus and method for permanent magnet electric machine condition monitoring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06209593A (ja) * 1993-01-07 1994-07-26 Toshiba Corp 二次抵抗器監視装置
CN101221224A (zh) * 2006-12-22 2008-07-16 通用汽车环球科技运作公司 监测电能存储装置的方法和系统
CN101907674A (zh) * 2009-05-19 2010-12-08 通用汽车环球科技运作公司 用于诊断电动马达中的定子绕组的方法和系统
CN107112943A (zh) * 2014-09-17 2017-08-29 法雷奥电机设备公司 用于在用于控制机动车辆的同步旋转电机的系统中诊断相电流传感器缺陷的方法和装置
CN107154084A (zh) * 2016-03-03 2017-09-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电动动力转向系统中故障隔离的方法和系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种无刷直流电机故障诊断及容错控制策略;张星宇等;《微电机》;20171031;第50卷(第10期);第58-61页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110601139A (zh) 2019-12-20
DE102019113171A1 (de) 2019-12-12
US10355634B1 (en) 2019-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110601139B (zh) 电机组件中特定故障状况的隔离
JP6457742B2 (ja) 状態観測器を用いた、同期電動装置の内部温度測定の方法とシステム
US10114058B2 (en) System and method for high voltage leakage detection
DE102017103710A1 (de) System und verfahren zur identifikation eines fahrzeugbatterieabbaus
EP2933620A2 (en) System and method for estimating temperature of rotor of motor
DE102016006338A1 (de) Temperaturschätzvorrichtung für einen Synchronmotor
US9647602B1 (en) Determination of stator winding resistance in an electric machine
DE102015210325A1 (de) Verfahren und System zur Überwachung von Ladestationen
DE102016118925A1 (de) System und Verfahren zum Angeben eines Batteriealters
CN112910375B (zh) 用于电动驱动系统的集成式故障隔离和预后系统
CN104290611B (zh) 用于基于电力驱动系统的ipmsm的与电流传感器相关的扭矩误差估计的方法
EP3376242B1 (en) Electric motor diagnosis device
US9774287B1 (en) Modification of stator current for enhanced flux weakening
US11724704B2 (en) Method and control device for determining at least one characteristic value of a drivetrain which is in the installed state in an electrically drivable motor vehicle, and motor vehicle
CN105270393B (zh) 扭矩差错检测和扭矩估计系统
DE102016120914B4 (de) Baugruppe zur Bestimmung des permanentmagnetischen Flusses in einem Elektromotor
Zhang et al. Structural analysis for FDI of PMSM drive system in electric vehicles
DE102019205561A1 (de) Verfahren zur Diagnose eines Elektromotors
EP2980534A2 (en) Method of detecting wiring mismatch of resolver
CN110875700B (zh) 一种电机相序反接故障诊断方法及系统
CN111614295B (zh) 推进系统中的电动马达的退磁转矩能力的实时确定
US11872893B2 (en) Propulsion system with rotor position estimation based on voltage signal
Zhang et al. A Model-Based Method for Fault Detection and Isolation of Electric Drive Systems
Hennessy Design and prototyping of a High Country Electric Vehicle (HiCEV).
Da Novel fault diagnostic technique and universal sensor for permanent magnet electric machines using search coils

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant