CN110726933A - 永磁同步电机的故障诊断方法、系统及装置、可读介质 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步电机的故障诊断方法、系统及装置、可读介质，永磁同步电机的故障诊断方法包括：基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值；基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值；求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差；对初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差；提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定永磁体故障或者传感器故障的相关信息。应用上述方案，可以在线检测永磁同步电机相电流传感器、转子位置传感器以及永磁体等存在的多种故障。

Description

永磁同步电机的故障诊断方法、系统及装置、可读介质

技术领域

本发明实施例涉及驱动电机故障诊断技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机的故障诊断方法、系统及装置、可读介质。

背景技术

永磁同步电机作为新能源汽车电驱动系统的核心部件，以其功率密度大、效率高等优点受到越来越多的应用。由于电驱动系统经常工作在频繁启停、加减速和振动等恶劣的工况下，故容易出现故障。对同步电机的故障进行及时诊断和识别，可以有效避免车辆运行在危险的工况，从而提高行车安全系数。

永磁同步电机的故障主要包括逆变器故障、传感器故障、定子绕组故障、转子故障等。当发生逆变器开关管和相绕组故障时，通常会引发电压、电流和转矩的剧烈变化，此时可以通过检测电压或电流超限，或者根据传动系统剧烈扭振判定故障的发生。而当发生传感器故障或永磁体失磁故障时，系统往往不会表现出明显的特征，导致故障无法识别，电机长期处于故障工况下从而降低驱动性能品质。

电机驱动系统的电流传感器普遍采用霍尔传感器，电流传感器的故障类型主要有连接断开、倍乘和偏移三类故障。连接断开故障通常是由信号线缆断裂或芯片管脚接触不良引起，而倍乘故障通常是由传感器供给电源电压变化、放大器饱和等非线性因素等造成，而偏移故障则通常由系统出现的偏置电压或电流引起。

在现有的产品中，可以通过基于解析模型的故障诊断方法诊断永磁同步电机传感器故障以及本体故障。基于解析模型的故障诊断方法包括：等价空间法、滑模观测器、模型参考自适应法、非线性卡尔曼滤波、自适应状态观测器、结构分析法。但是上述方法有的无法对电流传感器故障和转子位置传感器故障进行分离，有的实现复杂且对控制器运算能力要求高，有的需要获取整车及其他部件的信息，使得故障诊断性能较差。

发明内容

本发明实施例解决的技术问题是如何提高永磁同步电机的故障诊断性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种永磁同步电机的故障诊断方法，包括：基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值；基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值；求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差；对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差；提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

可选地，基于如下公式确定定子电流到定子磁链的解析关系模型：

其中L_d为所述永磁同步电机的直轴电感值，L_q为所述永磁同步电机的交轴电感值，ψ_fdm为所述永磁体的磁链值，i_dm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值，i_qm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{d_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值。

可选地，基于如下公式确定定子电压到定子磁链的解析关系模型：

其中θ_m为转子的位移值，ψ_{d_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{α_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值，ψ_{β_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值；根据如下公式计算ψ_{α_U}和ψ_{β_U}：

其中R_s为定子绕组电阻值，u_α为第一定子绕组电压值，u_β为第二定子绕组电压值，i_αm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的α轴值，i_βm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

可选地，计算获取ψ_{α_U}和ψ_{β_U}之后，还包括：通过高通滤波器滤除ψ_{α_U}和ψ_{β_U}中的直流信号；对滤波后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}进行相位和幅度补偿；基于补偿后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}计算获取ψ_{d_U}和ψ_{q_U}。

可选地，通过如下方式获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值：通过相电流传感器测量获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值。

可选地，通过如下公式对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换：

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；为k次同步坐标变换的初始相位角；θ_m为转子的位移值；Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值；Δψ_q为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

可选地，所述提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量包括：通过低通滤波器提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

可选地，所述分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息包括：基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障；基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障；基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

可选地，所述基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障包括：将所述初始磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值；将所述初始磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第二位标志值；基于所述第一位标志值和所述第二位标志值，确定所述转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

可选地，所述基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障包括：将所述一次磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第三位标志值；将所述一次磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第四位标志值；基于所述第三位标志值和所述第四位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障。

可选地，所述基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障包括：将所述一次磁链残差的d轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第五位标志值；将所述一次磁链残差的q轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的d轴直流分量进行比较，生成第六位标志值；基于所述第五位标志值和所述第六位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

可选地，所述基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障包括：将所述二次磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第七位标志值；基于所述第七位标志值，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

本发明实施例提供一种永磁同步电机故障的诊断系统，包括：基于电流的磁链计算模块、基于电压的磁链计算模块、故障检测模块和故障分离模块，其中：所述基于电流的磁链计算模块，适于采用上述所述的定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算所述第一组定子磁链值；所述基于电压的磁链计算模块，适于采用上述所述的定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算所述第二组定子磁链值；所述故障检测模块，适于采用上述任一项所述的永磁同步电机故障的诊断方法，确定永磁体故障或者传感器故障；所述故障分离模块，适于分离所述永磁体故障或者所述传感器故障。

可选地，所述基于电流的磁链计算模块的计算频率、所述基于电压的磁链计算模块的计算频率和所述故障检测模块的更新频率均与永磁同步电机输出的PWM频率一致。

本发明实施例提供一种永磁同步电机故障的诊断装置，包括：第一计算单元，适于基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值；第二计算单元，适于基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值；第三计算单元，适于求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差；第四计算单元，适于对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差；处理单元，适于提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

可选地，所述第一计算单元，适于基于如下公式确定定子电流到定子磁链的解析关系模型：

其中L_d为所述永磁同步电机的直轴电感值，L_q为所述永磁同步电机的交轴电感值，ψ_fdm为所述永磁体的磁链值，i_dm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值，i_qm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{d_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值。

可选地，所述第二计算单元，适于基于如下公式确定定子电压到定子磁链的解析关系模型：

其中θ_m为转子的位移值，ψ_{d_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{α_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值，ψ_{β_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值；根据如下公式计算ψ_{α_U}和ψ_{β_U}：

其中R_s为定子绕组电阻值，u_α为第一定子绕组电压值，u_β为第二定子绕组电压值，i_αm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的α轴值，i_βm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

可选地，所述永磁同步电机故障的诊断装置还包括：第五计算单元，适于通过高通滤波器滤除ψ_{α_U}和ψ_{β_U}中的直流信号；对滤波后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}进行相位和幅度补偿；基于补偿后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}计算获取ψ_{d_U}和ψ_{q_U}。

可选地，所述永磁同步电机故障的诊断装置还包括：获取单元，适于通过如下方式获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值：通过相电流传感器测量获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值。

可选地，所述第四计算单元，适于通过如下公式对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换：

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；

为k次同步坐标变换的初始相位角；θ_m为转子的位移值；Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值；Δψ_q为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

可选地，所述处理单元，适于通过低通滤波器提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

可选地，所述处理单元包括：提取子单元，适于提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量；第一确定子单元，适于基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障；第二确定子单元，适于基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障；第三确定子单元，适于基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

可选地，所述第一确定子单元包括：第一生成模块，适于将所述初始磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值；第二生成模块，适于将所述初始磁链残差的d 轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第二位标志值；第一确定模块，适于基于所述第一位标志值和所述第二位标志值，确定所述转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

可选地，所述第二确定子单元包括：第三生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第三位标志值；第四生成模块，适于将所述一次磁链残差的d 轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第四位标志值；第二确定模块，适于基于所述第三位标志值和所述第四位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障。

可选地，所述第二确定子单元包括：第五生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第五位标志值；第六生成模块，适于将所述一次磁链残差的q轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的d轴直流分量进行比较，生成第六位标志值；第三确定模块，适于基于所述第五位标志值和所述第六位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

可选地，所述第三确定子单元包括：第七生成模块，适于将所述二次磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第七位标志值；第四确定模块，适于基于所述第七位标志值，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一种所述方法的步骤。

本发明实施例提供一种永磁同步电机故障的诊断系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一种所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例通过计算获取第一组定子磁链值和第二组定子磁链值，然后求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差，并对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差，最后提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。应用上述方法，可以在线检测和分离永磁同步电机相电流传感器、转子位置传感器以及永磁体等多种故障，适用范围广，实时性好，故障诊断性能好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种永磁同步电机的故障诊断方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种永磁同步电机的故障诊断系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种第一标志位值和第二标志位值的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种第一标志位值和第二标志位值的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种第三标志位值和第四标志位值的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种第五标志位值和第六标志位值的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种第七标志位值的示意图；

图8是本发明实施例提供的磁链残差的计算过程的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种电压-磁链的处理过程的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种多同步选择坐标系的示意图；

图11是本发明实施例提供的一种永磁同步电机的故障诊断方法的示意图；

图12是本发明实施例提供的一种永磁同步电机的故障诊断装置的结构示意图。

具体实施方式

现有的故障诊断方法，有的无法对电流传感器故障和转子位置传感器故障进行分离，有的实现复杂且对控制器运算能力要求高，有的需要获取整车及其他部件的信息，使得故障诊断性能较差。

本发明实施例通过计算获取第一组定子磁链值和第二组定子磁链值，然后求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差，并对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差，最后提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。可以在线检测和分离永磁同步电机相电流传感器、转子位置传感器以及永磁体等多种故障，适用范围广，实时性好，诊断性能好。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种永磁同步电机的故障诊断方法，可以包括如下步骤：

步骤S101，基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值。

在具体实施中，对于面装式永磁同步电机，可以利用三相绕组之间的自感和互感建立定子坐标系下的磁链-电流模型；对于凸极式永磁同步电机，可以采用双轴式理论，通过引入交轴电感和直轴电感建立转子坐标系下的磁链- 电流模型。

在具体实施中，所述定子电流可以为定子绕组相电流值。

在具体实施中，可以通过相电流传感器测量获取定子绕组相电流值。

在本发明一实施例中，通过相电流传感器A测量获取第一相定子绕组相电流值i_am，通过相电流传感器B测量获取第二相定子绕组相电流值i_bm。

在具体实施中，获取所述第一相定子绕组相电流值i_am和所述第二相定子绕组相电流值i_bm之后，还可以基于所述第一相定子绕组相电流值i_bm和所述第一相定子绕组相电流值i_bm，通过电流平衡原则计算获取第三相定子绕组相电流值i_cm。

在具体实施中，可以基于下述公式(1)对i_am和i_bm进行CLARK变换，生成第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值对应的二维静态坐标系下的α轴值i_αm、第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值i_βm。

在具体实施中，可以基于下述公式(2)对i_αm和i_βm进行PARK变换，生成第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值i_dm、第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值i_qm。

在本发明一实施例中，基于下述公式(3)确定定子电流到定子磁链的解析关系模型：

其中L_d为所述永磁同步电机的直轴电感值，L_q为所述永磁同步电机的交轴电感值，ψ_fdm为所述永磁体的磁链值，i_dm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值，i_qm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{d_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值。

在具体实施中，对于面装式永磁同步电机，L_d和L_q相等。

步骤S102，基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值。

在具体实施中，所述定子电压可以为定子绕组电压值。

在本发明一实施例中，基于下述公式(4)确定定子电压到定子磁链的解析关系模型：

其中θ_m为转子的位移值，即转子的电角度值，ψ_{d_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{α_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值，ψ_{β_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

在具体实施中，和可以根据下述公式(5)式计算获取ψ_{α_U}和ψ_{β_U}：

其中R_s为定子绕组电阻值，u_α为第一定子绕组电压值，u_β为第二定子绕组电压值，i_αm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的α轴值，i_βm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

在具体实施中，可以通过传感器测量获取转子的位移值θ_m。

在具体实施中，由于传感器测量获取的相电流值(正弦信号)存在初始相位和一定的直流偏置。当传感器信号存在直流偏置时，随着时间的推移，其纯积分结果将逐渐增大，这将导致磁链的对称中心越来越偏离零点。而且，当初始相位不等于kπ±π/2时，纯积分结果也会存在一个恒定偏置。为了解决这个两个问题，根据公式(5)计算获取ψ_{α_U}和ψ_{β_U}之后，还可以包括：通过高通滤波器滤除ψ_{α_U}和ψ_{β_U}中的直流信号；对滤波后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}进行相位和幅度补偿；基于补偿后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}计算获取ψ_{d_U}和ψ_{q_U}。在具体实施中，可以在根据公式(5)计算获取ψ_{α_U}和ψ_{β_U}之后，增加一个截止频率为ω_c的高通滤波器以将直流信号滤除，即等效为一个低通滤波器。

由于低通滤波器代替纯积分环节后，将导致观测的定子磁链与实际磁链存在幅值和相位的偏差。因此在滤波之后需要再串联一个补偿环节对相位和幅值进行补偿。

例如，根据公式(5)计算获取的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}经过截止频率为ω_c的高通滤波器之后，对应磁链ψ′_α和ψ′_β，然后基于下述公式(6)对磁链ψ′_α和ψ′_β进行相位和幅值补偿：

其中ω为所述电机的电角频率。

在具体实施中，ω_c可以设置为所述电机的电角频率的十分之一。

步骤S103，求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差。

在具体实施中，可以基于下述公式(7)求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差：

其中Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

步骤S104，对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差。

在具体实施中，可以基于下述公式(8)对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换：

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；

为k次同步坐标变换的初始相位角；

θ_m为转子的位移值；

Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值；

Δψ_q为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

步骤S105，提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

在具体实施中，所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障与所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量具有一定的对应关系，故可以基于所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

在具体实施中，所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障与所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的对应关系如表1 所示。

表1

在表1中，f_ib为B相电流传感器的故障值，f_ia为A相电流传感器的故障值，当A相电流传感器或者B相电流传感器发生倍乘故障时，令f_ia＝k_a·i_a，f_ib＝ k_b·i_b，其中k_a为A相电流传感器的倍乘系数，k_b为B相电流传感器的倍乘系数，f_θ为转子位置传感器故障的偏移量。

i_d为同步坐标系下的d轴定子电流值，i_q是同步坐标系下的q轴定子电流值，ψ_fd为永磁体磁链在同步坐标系下的d轴值，ψ_fq为永磁体磁链在同步坐标系下的q轴值，θ为转子的电角度值，β为转矩角，I_s为定子电流幅值，f_ψf为永磁磁链在d轴的横置偏差。

在相对电机转子的同步旋转坐标系下，基于公式(9)对同步坐标系下的 d轴定子电流残差Δi_d和同步坐标系下的q轴定子电流残差Δi_q进行负序一次和负序二次同步坐标变换，即相对dq坐标系反向旋转，且旋转速度分别为一倍和二倍电角速度，可以得到负序一次定子电流残差和负序二次定子电流残差。

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；

为k次同步坐标变换的初始相位角；θ为转子的位移值。

对残差信号进行进一步处理，可以得到下述公式(10)和下述公式(11)。

在具体实施中，所述提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量可以包括：通过低通滤波器提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

在本发明一实施例中，所述分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息包括：基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障；基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障；基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

在具体实施中，所述基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障包括：将所述初始磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值；将所述初始磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第二位标志值；基于所述第一位标志值和所述第二位标志值，确定所述转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

例如，当所述初始磁链残差的d轴直流分量的绝对值或者所述初始磁链残差的q轴直流分量的绝对值大于预设的阈值时，设置第一位标志值为1，反之设置第一位标志值为0；当所述第一位标志值为1、且所述初始磁链残差的 d轴直流分量大于所述初始磁链残差的q轴直流分量，设置第二位标志值为1，反之设置第二位标志值为0。通过所述第一标志位值和所述第二标志位值，可以分离所述转子位置传感器存在的偏移故障或者所述永磁体存在的失磁故障。

在具体实施中，所述基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障包括：将所述一次磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第三位标志值；将所述一次磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第四位标志值；基于所述第三位标志值和所述第四位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障。

例如，当所述一次磁链残差的d轴直流分量的绝对值或者所述初始磁链残差的q轴直流分量的绝对值大于预设的阈值时，设置第三位标志值为1，反之设置第三位标志值为0；当所述第三位标志值为1、且所述初始磁链残差的 d轴直流分量的绝对值大于所述初始磁链残差的q轴直流分量的绝对值，设置第四位标志值为1，反之设置第四位标志值为0。通过所述第三标志位值和所述第四标志位值，可以分离A相电流传感器或者B相电流传感器存在的偏移故障。

在具体实施中，所述基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器偏移或者倍乘故障包括：将所述一次磁链残差的d轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第五位标志值；将所述一次磁链残差的q轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的d轴直流分量进行比较，生成第六位标志值；基于所述第五位标志值和所述第六位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

例如，当所述一次磁链残差的d轴直流分量的绝对值大于所述初始磁链残差的q轴直流分量的绝对值、且所述一次磁链残差的d轴直流分量的绝对值大于预设的阈值时，设置第五位标志值为1，反之设置第五位标志值为0；当所述初始磁链残差的q轴直流分量的绝对值大于所述初始磁链残差的d轴直流分量的绝对值，设置第六位标志值为1，反之设置第六位标志值为0。通过所述第五标志位值，可以分离A相电流传感器存在的偏移故障或者倍乘故障；通过所述第六标志位值，可以分离B相电流传感器存在的偏移故障或者倍乘故障。

在具体实施中，确定相电流传感器倍乘故障包括：将所述二次磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第七位标志值；基于所述第七位标志值，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

例如，当所述二次磁链残差的q轴直流分量的绝对值大于预设的阈值时，设置第七位标志值为1，反之设置第七位标志值为0。通过所述第七标志位值，可以分离相电流传感器存在的倍乘故障，再结合所述第五标志值和所述第六标志位值，可以分离A相电流传感器或者B相电流传感器存在的倍乘故障。

在具体实施中，所述预测的阈值可以设置为0.005Wb(韦伯)。

在具体实施中，可以采用7个二进制数表示所述第一位标志值～所述第七标志位值。

例如，二进制序列和故障类型之间的对应关系如表2所示：

表2

参见表2，X表示既可以为0，也可以为1。

当二进制序列为0000000时，表示所述永磁同步电机不存在故障；

当二进制序列为1000000，表示转子位置传感器存在偏移故障；

当二进制序列为1100XX0，表示永磁体存在失磁故障；

当二进制序列为0X11100，表示A相电流传感器存在偏移故障；

当二进制序列为0X10010，表示B相电流传感器存在偏移故障；

当二进制序列为XX00101，表示A相电流传感器存在倍乘故障；

当二进制序列为XX00011，表示B相电流传感器存在倍乘故障。

应用上述方案，通过计算获取第一组定子磁链值和第二组定子磁链值，然后求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差，并对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差，最后提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。应用上述方法，可以在线检测和分离永磁同步电机相电流传感器、转子位置传感器以及永磁体等多种故障，适用范围广，实时性好，故障诊断性能好。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的故障诊断系统，如图2所示。

参见图2，所述永磁同步电机的故障诊断系统20可以包括：基于电流的磁链计算模块21、基于电压的磁链计算模块22、故障检测模块23和故障分离模块24，其中：

所述基于电流的磁链计算模块21，适于采用上述所述的定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算所述第一组定子磁链值。

所述基于电压的磁链计算模块22，适于采用上述所述的定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算所述第二组定子磁链值。

所述故障检测模块23，适于采用上述任一种所述的永磁同步电机故障的诊断方法，确定永磁体故障或者传感器故障。

所述故障分离模块24，适于分离所述永磁体故障或者所述传感器故障。

在具体实施中，所述基于电流的磁链计算模块的计算频率、所述基于电压的磁链计算模块的计算频率和所述故障检测模块的更新频率均与永磁同步电机输出的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)频率一致。

在本发明一实施例中，永磁同步电机的基本参数如表3所示。

表3永磁同步电机基本参数

参数	值	参数	值
				峰值/额定功率/kW	60/30	峰值/额定扭矩/N·m	90/45
最高转速/r/min	12000	额定母线电压/V	380
				直轴电感Ld/μH	169	交轴电感Lq/μH	262
定子绕组电阻Rs/mΩ	5	极对数P	6

当所述永磁同步电机在转速为1000r/min和电磁转矩为50N·m稳态运行时，依次针对A相电流传感器注入30A的偏移量、1.3的倍乘量；针对转子位置传感器注入5°的偏移量；针对永磁体注入25％的均匀失磁率四个故障，且每个故障注入持续三秒。应用上述永磁同步电机的故障诊断方法，生成的第一标志位值和第二标志位值如图3所示。

参见图3，基于第一标志位值(第一个故障标志)和第二标志位值(第二个故障标志)，可以分离所述永磁同步电机内部的永磁体的均匀失磁故障。

此后，当电机运行工况保持不变，依次针对A相电流传感器注入30A的偏移量、针对B相电流传感器注入30A的偏移量、针对A相电流传感器注入 1.3的倍乘量、针对B相电流传感器注入1.3的倍乘量，应用上述永磁同步电机的故障诊断方法，生成的第一标志位值和第二标志位值如图4所示、第三标志位值和第四标志位值如图5所示、第五标志位值和第六标志位值如图6 所示、第七标志位值如图7所示，第一标志位值～第七标志位值对应的二进制序列以及诊断结果如表4所示。

表4

由表4可以看出，基于第一标志位值～第七标志位值((第一个故障标志) ～第七个故障标志))对应的不同二进制序列值，可以有效分离A相传感器存在的电流偏移故障、B相传感器存在的电流偏移故障、A相传感器存在的电流倍乘故障、B相传感器存在的电流倍乘故障。

故本发明实施例所述提供的永磁同步电机的故障诊断方法可以有效在线检测并识别出不同相电流传感器偏移故障和倍乘故障、转子位置传感器偏移故障以及永磁体均匀失磁故障等不同电机故障。该诊断算法计算简单、实时性好，而且无需增加额外设备，实现成本低。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，本发明实施例还提供了一种磁链残差的计算过程的示意图，如图8所示。

在本发明一实施例中，参见图8，

基于公式(1)对所述第一相定子绕组相电流值i_am和所述第二相定子绕组相电流值i_bm进行CLARK变换，生成第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值对应的二维静态坐标系下的α轴值i_αm、第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值i_βm。

基于公式(2)对i_αm和i_βm进行PARK变换，生成第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值i_dm、第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值 i_qm。

基于公式(3)所示的定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值ψ_{d_I}和所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值ψ_{q_I}。

基于公式(5)和第一定子绕组电压值u_α、第二定子绕组电压值u_β、i_αm、 i_βm，计算所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值ψ_{α_U}、所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值ψ_{β_U}。

基于公式(4)，计算所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值ψ_{d_U}、所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值ψ_{q_U}。

基于公式(7)，计算所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值Δψ_d、所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值Δψ_q。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，本发明实施例还提供了一种电压-磁链的处理过程的示意图，如图9所示。

在本发明一实施例中，参见图9，基于公式(5)，将u-R_si_m(u_α-R_si_αm、 u_β-R_si_βm)输入积分器91，所述积分器91对应的拉普拉斯变换函数为1/s，所述积分器91的输出值输入导通频率为ω_c的高通滤波器92，所述高通滤波器 92对应的拉普拉斯变换函数为

所述高通滤波器92输出磁链ψ′_α和ψ′_β，然后基于公式(6)对磁链ψ′_α和ψ′_β进行相位和幅值补偿，输出所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值ψ_{α_U}、所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值ψ_{β_U}。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，本发明实施例还提供了一种多同步选择坐标系的示意图，如图10所示。

参见图10，q轴和d轴对应同步坐标系，q^-1轴和d^-1轴对应负序一次同步坐标系，q^-2轴和d^-2轴对应负序二次同步坐标系；

为负序一次同步坐标变换的初始相位角；

为负序一次同步坐标变换的初始相位角；θ为转子的位移值。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的故障诊断方法的示意图，如图11所示。

在本发明一实施例中，参见图11，所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴直流分量和q轴直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值和第二标志位值，并根据故障表格确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

通过低通滤波器提取所述一次磁链残差对应的同步坐标系下的d轴直流分量和q轴直流分量，并与预设的阈值比较，生成第三标志位值、第四标志位值、第五标志位值和第六标志位值，并根据故障表格确定传感器故障的相关信息。

通过低通滤波器提取所述二次磁链残差对应的同步坐标系下的d轴直流分量，并与预设的阈值比较，生成第七标志位值，并根据故障表格确定传感器故障的相关信息。

在具体实施中，可以基于公式(10)和公式(11)，定位传感器故障的相关信息。

为使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，本发明实施例还提供了一种能够实现上述永磁同步电机故障的诊断方法的装置，如图12所示。

参见图12，所述永磁同步电机故障的诊断装置120可以包括：第一计算单元121、第二计算单元122、第三计算单元123、第四计算单元124和处理单元125，其中：

所述第一计算单元121，适于基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值。

所述第二计算单元122，适于基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值。

所述第三计算单元123，适于求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差。

所述第四计算单元124，适于对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差。

所述处理单元125，适于提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

在本发明一实施例中，所述第一计算单元121，适于基于如下公式确定定子电流到定子磁链的解析关系模型：

ψ_{d_I}＝L_di_dm+ψ_fdm

ψ_{q_I}＝L_qi_qm

其中L_d为所述永磁同步电机的直轴电感值，L_q为所述永磁同步电机的交轴电感值，ψ_fdm为所述永磁体的磁链值，i_dm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值，i_qm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{d_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值。

在本发明一实施例中，所述第二计算单元122，适于基于如下公式确定定子电压到定子磁链的解析关系模型：

其中θ_m为转子的位移值，ψ_{d_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{α_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值，ψ_{β_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值；根据如下公式计算ψ_{α_U}和ψ_{β_U}：

其中R_s为定子绕组电阻值，u_α为第一定子绕组电压值，u_β为第二定子绕组电压值，i_αm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的α轴值，i_βm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

在具体实施中，所述永磁同步电机故障的诊断装置120还可以包括：第五计算单元(未示出)，适于通过高通滤波器滤除ψ_{α_U}和ψ_{β_U}中的直流信号；对滤波后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}进行相位和幅度补偿；基于补偿后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}计算获取ψ_{d_U}和ψ_{q_U}。

在具体实施中，所述永磁同步电机故障的诊断装置120还可以包括：获取单元(未示出)，适于通过如下方式获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值：通过相电流传感器测量获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值。

在本发明一实施例中，所述第四计算单元124，适于通过如下公式对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换：

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；

为k次同步坐标变换的初始相位角；θ_m为转子的位移值；Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值；Δψ_q为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

在具体实施中，所述处理单元125，适于通过低通滤波器提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

在本发明一实施例中，所述处理单元125包括：提取子单元1251、第一确定子单元1252、第二确定子单元1253和第三确定子单元1254，其中：

所述提取子单元1251，适于提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

所述第一确定子单元1252，适于基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

所述第二确定子单元1253，适于基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

所述第三确定子单元1254，适于基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

在具体实施中，所述第一确定子单元1252包括：第一生成模块(未示出)、第二生成模块(未示出)和第一确定模块(未示出)，其中：

所述第一生成模块，适于将所述初始磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值。

所述第二生成模块，适于将所述初始磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第二位标志值。

所述第一确定模块，适于基于所述第一位标志值和所述第二位标志值，确定所述转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

在具体实施中，所述第二确定子单元1253包括：第三生成模块(未示出)、第四生成模块(未示出)和第二确定模块(未示出)，其中：

所述第三生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第三位标志值。

所述第四生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第四位标志值。

所述第二确定模块，适于基于所述第三位标志值和所述第四位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障。

在具体实施中，所述第二确定子单元1253包括：第五生成模块(未示出)、第六生成模块(未示出)和第三确定模块(未示出)，其中：

所述第五生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第五位标志值。

所述第六生成模块，适于将所述一次磁链残差的q轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的d轴直流分量进行比较，生成第六位标志值。

所述第三确定模块，适于基于所述第五位标志值和所述第六位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

在具体实施中，所述第三确定子单元1253包括：第七生成模块(未示出)、和第四确定模块(未示出)，其中：

所述第七生成模块，适于将所述二次磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第七位标志值。

所述第四确定模块，适于基于所述第七位标志值，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

在具体实施中，所述永磁同步电机故障的诊断装置120的工作流程及原理可以参考上述实施例中提供的方法中的描述，此处不再赘述。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一种所述方法对应的步骤，此处不再赘述。

本发明实施例提供一种永磁同步电机故障的系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一种所述方法对应的步骤，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (28)

1.一种永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，包括：

基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值；

基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值；

求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差；

对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差；

提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，基于如下公式确定定子电流到定子磁链的解析关系模型：

其中L_d为所述永磁同步电机的直轴电感值，L_q为所述永磁同步电机的交轴电感值，ψ_fdm为所述永磁体的磁链值，i_dm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值，i_qm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{d_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值。

3.电机根据权利要求1所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，基于如下公式确定定子电压到定子磁链的解析关系模型：

其中θ_m为转子的位移值，ψ_{d_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{α_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值，ψ_{β_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值；

根据如下公式计算ψ_{α_U}和ψ_{β_U}：

其中R_s为定子绕组电阻值，u_α为第一定子绕组电压值，u_β为第二定子绕组电压值，i_αm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的α轴值，i_βm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，计算获取ψ_{α_U}和ψ_{β_U}之后，还包括：

通过高通滤波器滤除ψ_{α_U}和ψ_{β_U}中的直流信号；

对滤波后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}进行相位和幅度补偿；

基于补偿后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}计算获取ψ_{d_U}和ψ_{q_U}。

5.根据权利要求2至4任一项所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，通过如下方式获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值：

通过相电流传感器测量获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，通过如下公式对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换：

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；

为k次同步坐标变换的初始相位角；

θ_m为转子的位移值；

Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值；

Δψ_q为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，所述提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量包括：

通过低通滤波器提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

8.根据权利要求1所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，所述分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息包括：

基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障；

基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障；

基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，所述基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障包括：

将所述初始磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值；

将所述初始磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第二位标志值；

基于所述第一位标志值和所述第二位标志值，确定所述转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

10.根据权利要求8所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，所述基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障包括：

将所述一次磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第三位标志值；

将所述一次磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第四位标志值；

基于所述第三位标志值和所述第四位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障。

11.根据权利要求8所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，所述基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障包括：

将所述一次磁链残差的d轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第五位标志值；

将所述一次磁链残差的q轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的d轴直流分量进行比较，生成第六位标志值；

基于所述第五位标志值和所述第六位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

12.根据权利要求8所述的永磁同步电机故障的诊断方法，其特征在于，所述基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障包括：

将所述二次磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第七位标志值；

基于所述第七位标志值，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

13.一种永磁同步电机故障的诊断系统，其特征在于，包括：基于电流的磁链计算模块、基于电压的磁链计算模块、故障检测模块和故障分离模块，其中：

所述基于电流的磁链计算模块，适于采用如权利要求1至12任一项所述的定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算所述第一组定子磁链值；

所述基于电压的磁链计算模块，适于采用如权利要求1至12任一项所述的定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算所述第二组定子磁链值；

所述故障检测模块，适于采用如权利要求1至12任一项所述的永磁同步电机故障的诊断方法，确定永磁体故障或者传感器故障；

所述故障分离模块，适于分离所述永磁体故障或者所述传感器故障。

14.根据权利要求13所述的永磁同步电机故障的诊断系统，其特征在于，所述基于电流的磁链计算模块的计算频率、所述基于电压的磁链计算模块的计算频率和所述故障检测模块的更新频率均与永磁同步电机输出的PWM频率一致。

15.一种永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，适于基于定子电流到定子磁链的解析关系模型，计算获取第一组定子磁链值；

第二计算单元，适于基于定子电压到定子磁链的解析关系模型，计算获取第二组定子磁链值；

第三计算单元，适于求取所述第二组定子磁链值与所述第一组定子磁链值之差，作为初始磁链残差；

第四计算单元，适于对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换，生成一次磁链残差和二次磁链残差；

处理单元，适于提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量，并分别与预设的阈值进行比较，以确定所述永磁同步电机内部的永磁体故障或者传感器故障的相关信息。

16.根据权利要求15所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第一计算单元，适于基于如下公式确定定子电流到定子磁链的解析关系模型：

其中L_d为所述永磁同步电机的直轴电感值，L_q为所述永磁同步电机的交轴电感值，ψ_fdm为所述永磁体的磁链值，i_dm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的d轴值，i_qm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{d_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_I}为所述第一组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值。

17.根据权利要求15所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第二计算单元，适于基于如下公式确定定子电压到定子磁链的解析关系模型：

其中θ_m为转子的位移值，ψ_{d_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的d轴值，ψ_{q_U}为所述第二组定子磁链对应的同步坐标系下的q轴值，ψ_{α_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的α轴值，ψ_{β_U}为所述第二组定子磁链值对应的二维静止坐标系下的β轴值；

根据如下公式计算ψ_{α_U}和ψ_{β_U}：

其中R_s为定子绕组电阻值，u_α为第一定子绕组电压值，u_β为第二定子绕组电压值，i_αm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的α轴值，i_βm为第一相定子绕组相电流值和第二相定子绕组相电流值对应的二维静止坐标系下的β轴值。

18.根据权利要求17所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，还包括：第五计算单元，适于通过高通滤波器滤除ψ_{α_U}和ψ_{β_U}中的直流信号；对滤波后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}进行相位和幅度补偿；基于补偿后的ψ_{α_U}和ψ_{β_U}计算获取ψ_{d_U}和ψ_{q_U}。

19.根据权利要求16至18任一项所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，还包括：

获取单元，适于通过如下方式获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值：

通过相电流传感器测量获取所述第一相定子绕组相电流值和所述第二相定子绕组相电流值。

20.根据权利要求15所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第四计算单元，适于通过如下公式对所述初始磁链残差进行负序一次和负序二次同步坐标变换：

其中k为同步坐标变换的维数标识，当k＝-1时，表示负序一次同步坐标变换；当k＝-2时，表示负序二次同步坐标变换；

为k次同步坐标变换的初始相位角；

θ_m为转子的位移值；

Δψ_d为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的d轴值；

Δψ_q为所述初始磁链残差对应的同步坐标系下的q轴值。

21.根据权利要求15所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述处理单元，适于通过低通滤波器提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量。

22.根据权利要求15所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述处理单元包括：

提取子单元，适于提取所述初始磁链残差、所述一次磁链残差和所述二次磁链残差的直流分量；

第一确定子单元，适于基于所述初始磁链残差的直流分量确定转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障；

第二确定子单元，适于基于所述一次磁链残差的直流分量，确定相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障；

第三确定子单元，适于基于所述二次磁链残差的直流分量，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

23.根据权利要求22所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第一确定子单元包括：

第一生成模块，适于将所述初始磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第一位标志值；

第二生成模块，适于将所述初始磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第二位标志值；

第一确定模块，适于基于所述第一位标志值和所述第二位标志值，确定所述转子位置传感器存在偏移故障或者所述永磁体存在失磁故障。

24.根据权利要求22所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第二确定子单元包括：

第三生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量或者所述初始磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第三位标志值；

第四生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量与所述初始磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第四位标志值；

第二确定模块，适于基于所述第三位标志值和所述第四位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障。

25.根据权利要求22所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第二确定子单元包括：

第五生成模块，适于将所述一次磁链残差的d轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的q轴直流分量进行比较，生成第五位标志值；

第六生成模块，适于将所述一次磁链残差的q轴直流分量分别与预设的阈值、所述一次磁链残差的d轴直流分量进行比较，生成第六位标志值；

第三确定模块，适于基于所述第五位标志值和所述第六位标志值，确定所述相电流传感器存在偏移故障或者倍乘故障。

26.根据权利要求22所述的永磁同步电机故障的诊断装置，其特征在于，所述第三确定子单元包括：

第七生成模块，适于将所述二次磁链残差的q轴直流分量与预设的阈值进行比较，生成第七位标志值；

第四确定模块，适于基于所述第七位标志值，确定所述相电流传感器存在倍乘故障。

27.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1至12中任一项所述方法的步骤。

28.一种永磁同步电机故障的诊断系统，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至12中任一项所述方法的步骤。

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