CN111090030A

CN111090030A - 开路故障诊断方法、装置、电机控制器及存储介质

Info

Publication number: CN111090030A
Application number: CN201911320074.2A
Authority: CN
Inventors: 胥巧丽; 赵广兴; 吕凤龙
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-05-01

Abstract

本申请公开了一种开路故障诊断方法及装置、一种电机控制器及一种计算机可读存储介质，其中方法包括：确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。采用本方案，基于参考电流与实际电流的差值进行开路故障诊断，在不增加额外传感器的前提下，缩短了开路故障诊断时间并使诊断结果具有较高可靠性，能够防止车用电机系统由于功率开关管故障所造成的二次故障。

Description

开路故障诊断方法、装置、电机控制器及存储介质

技术领域

本申请涉及电机控制领域，特别涉及一种开路故障诊断方法、装置、电机控制器及存储介质。

背景技术

汽车在运行时会受到复杂可变的环境影响，导致传感器和逆变器中功率器件极其容易发生故障，严重威胁行车安全。

半导体功率器件是电力电子转换器中最脆弱的部件，主要包括开路故障和短路故障。短路故障已经有许多基于硬件的成熟解决方案。而当半导体功率器件(如IGBT)发生开路故障时，由于电机(如永磁同步电机)仍可以在异常状态下运行一段时间，不仅故障难以查找，而且还导致系统的额外故障和损坏。其中，IGBT：(Insulated Gate BipolarTransistor)绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。因此，及时对开路故障诊断具有极其重要的意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种开路故障诊断方法及装置、一种电机控制器，及一种计算机可读存储介质。

第一方面，本申请实施例提供了一种开路故障诊断方法，包括：

确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；

针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；

根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述差值判断是否发生功率管开路故障，包括：

计算所述差值在一个电周期内的第一平均值；

对所述第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果；

根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述对所述第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果，包括：

将所述三相参考电流值转换为dq轴参考电流值，并根据dq轴参考电流值计算得到dq轴参考电流幅值；

计算所述dq轴参考电流幅值在一个电周期内的第二平均值的

倍，将计算结果作为归一化参考值；

计算所述第一平均值与所述归一化参考值的比值，所述比值为归一化结果。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障，包括：

若所述归一化结果的值为0，则没有发生功率管开路故障；

若所述归一化结果的值为1或-1，则发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：

若发生功率管开路故障，则根据预设的归一化结果和功率管位置的对应关系，确定发生开路故障的功率管的位置。

第二方面，本申请实施例提供了一种开路故障诊断装置，包括：

获取模块，用于确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；

计算模块，用于针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；

判断模块，用于根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述判断模块，包括：

计算单元，用于计算所述差值在一个电周期内的第一平均值；

归一化单元，用于对所述第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果；

判断单元，用于根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述归一化单元，具体用于：

计算所述dq轴参考电流幅值在一个电周期内的第二平均值的

倍，将计算结果作为归一化参考值；

在一种可能的实现方式中，所述判断单元，具体用于：

若所述归一化结果的值为0，则没有发生功率管开路故障；

若所述归一化结果的值为1或-1，则发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：

确定模块，用于若发生功率管开路故障，则根据预设的归一化结果和功率管位置的对应关系，确定发生开路故障的功率管的位置。

第三方面，本申请实施例提供了一种电机控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中所述开路故障诊断方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面中所述开路故障诊断方法的步骤。

本申请提供的开路故障诊断方法、装置、电机控制器及存储介质，确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。采用本方案，基于参考电流与实际电流的差值进行开路故障诊断，在不增加额外传感器的前提下，缩短了开路故障诊断时间并使诊断结果具有较高可靠性，能够防止车用电机系统由于功率开关管故障所造成的二次故障。

附图说明

图1为本申请的一些实施方式所提供的一种开路故障诊断方法的流程图；

图2为一种具体的电机电路结构图；

图3为本申请的一些实施方式所提供的一种具体的开路故障诊断流程图；

图4为本申请的一些实施方式所提供的一种开路故障诊断装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本申请的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由于空间矢量调制的方法常采用电流闭环控制，对于开路故障而言，最明显的现象是相电流值会有半个周期处于零的状态，因而可以由电机的参考电流矢量与实际电流矢量之间的差值对故障状态进行判断。

本申请基于上述原理，提出一种开路故障诊断方法及装置、一种电机控制器，及一种计算机可读存储介质，用于功率管开路故障的快速诊断。

请参考图1，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种开路故障诊断方法的流程图，如图所示，所述开路故障诊断方法，可以包括以下步骤：

步骤S101：确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；

具体的，三相参考电流可以由dq轴目标电流通过Park逆变换和Clark逆变换得到。三相实际电流值可以通过实际采集获得。

步骤S102：针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；

具体的，相参考电流值与相实际电流值之间的差值可以表示为：

e_n＝i_n ^*-i_n

其中，i_n ^*表示相参考电流值，i_n表示相实际电流值，n表示对应相。

步骤S103：根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。

具体的，步骤S103可以实现如下：

计算所述差值在一个电周期内的第一平均值；

对所述第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果；

根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障。

具体的，为提高功率管开路故障诊断的可靠性，实际诊断过程中可以将上述差值e_n取一个电周期的平均值<e_n>，以减少干扰信号造成的误诊断。平均值<e_n>为用于功率管开路故障判断的判别变量。

实际应用中，可以根据如下公式计算平均值<e_n>：

其中，f为电周期对应的频率，w为电周期对应的电角速度。

为解决判别功率、负载变化所造成的误差影响，可以采用归一化(把数变为0-1间的小数)的方式对判别变量进行处理。

具体的，上述对第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果，可以实现为：

计算所述dq轴参考电流幅值在一个电周期内的第二平均值的

倍，将计算结果作为归一化参考值；

实际应用中，通过上述方法得到的归一化参考值可以表示如下：

其中，i_d ^*、i_q ^*为dq轴参考电流值。

进一步的，平均值<e_n>与归一化参考值的比值(即最终的诊断变量值)可以表示如下：

本实施例中，根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障，具体包括：i_a

若所述归一化结果的值为0，则没有发生功率管开路故障；

若所述归一化结果的值为1或-1，则发生功率管开路故障。

具体的，电机正常运行时，相电流是完全平衡的三相正弦交流电，表达为：

i_a＝I_m sin(w_et+φ)

其中，I_m为相电流的幅值，φ为初始相位，w_e为电角速度。在电流跟随性较好的情况下dq轴参考电流可分别表示为：

i_d ^*＝I_m cosβ

i_q ^*＝I_m sinβ

其中，β为在dq轴平面电流矢量与d轴的夹角。

由于采用了电流闭环，理想情况下，i_n紧随i_n ^*的变化，即差值为e_n＝i_n ^*-i_n＝0，从而诊断变量d_n＝0。

当某一功率管(也称功率开关管)发生故障时，如图2所示中的a相T1功率管发生故障，此时半桥不能输出高电压，上半周期为0，下半周期正常。

即a相实际电流如下：

在整个电周期将上述a相实际电流带入诊断变量值中得到：

带入求得d_a＝1，同理，当下半桥a相T4功率管发生故障时，d_a＝-1。

相较于现有技术，本申请实施例提供的上述开路故障诊断方法，确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。采用本方案，基于参考电流与实际电流的差值，在不增加额外传感器的前提下，缩短了开路故障诊断时间并使诊断结果具有较高可靠性，能够防止车用电机系统由于功率开关管故障所造成的二次故障。并且有利于系统复杂度和成本的控制，而且计算量小，适合用于实时控制。

基于上述实施例，本实施例的开路故障诊断方法还可以包括以下步骤：

具体的，归一化结果即上述的诊断变量d_n，上述对应关系可以是：设置对应相的诊断变量(例如d_a、d_b、d_c)，当哪一相的诊断变量超出设定阈值K_f或-K_f(K_f∈(0,1))达到1或-1时，判断对应相发生故障，1对应上半桥功率管，-1对应下半桥功率管，如下表1所示，表1为开路诊断定位表。因此，可以根据上述对应关系(例如表1)确定发生开路故障的功率管的位置。

出故障功率管	d<sub>a</sub>	d<sub>b</sub>	d<sub>c</sub>
				T1	＞K<sub>f</sub>
T2		＞K<sub>f</sub>
				T3			＞K<sub>f</sub>
T4	＜-K<sub>f</sub>
				T5		＜-K<sub>f</sub>
T6			＜-K<sub>f</sub>

表1

综上，为了更好的理解本实施例，基于上述计算过程和诊断方法，给出了如图3所示的具体的开路故障诊断流程图。如图所示，其中变参数移动平均是指将参数X取一个电周期的平均值<X>，例如将差值e_n取一个电周期的平均值<e_n>。

本实施例，通过增加阈值判断，大大降低了误判概率，能够快速定位到故障发生管。

在上述的实施例中，提供了一种开路故障诊断方法，与之相对应的，本申请还提供一种开路故障诊断装置。本申请实施例提供的开路故障诊断装置可以实施上述开路故障诊断方法，该开路故障诊断装置可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该开路故障诊断装置可以包括集成的或分开的功能模块或单元来执行上述各方法中的对应步骤。请参考图4，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种开路故障诊断装置的示意图。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。

如图4所示，所述开路故障诊断装置10可以包括：

获取模块101，用于确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；

计算模块102，用于针对三相中的每一相，计算相实际电流值与相参考电流值的差值；

判断模块103，用于根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述判断模块103，包括：

在一种可能的实现方式中，所述归一化单元，具体用于：

计算所述dq轴参考电流幅值在一个电周期内的第二平均值的

倍，将计算结果作为归一化参考值；

在一种可能的实现方式中，所述判断单元，具体用于：

若所述归一化结果的值为0，则没有发生功率管开路故障；

若所述归一化结果的值为1或-1，则发生功率管开路故障。

在一种可能的实现方式中，所述装置10还包括：

本申请实施例提供的开路故障诊断装置10，与本申请前述实施例提供的开路故障诊断方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的开路故障诊断方法对应的电机控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例的开路故障诊断方法的步骤。

本申请实施例提供的电机控制器与本申请实施例提供的开路故障诊断方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

本申请实施方式还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例的开路故障诊断方法的步骤。

本申请实施例提供的计算机可读存储介质与本申请实施例提供的开路故障诊断方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种开路故障诊断方法，其特征在于，包括：

确定三相参考电流值，及获取三相实际电流值；

根据所述差值判断是否发生功率管开路故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述差值判断是否发生功率管开路故障，包括：

计算所述差值在一个电周期内的第一平均值；

对所述第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果；

根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第一平均值进行归一化处理，得到归一化结果，包括：

计算所述dq轴参考电流幅值在一个电周期内的第二平均值的

倍，将计算结果作为归一化参考值；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述归一化结果判断是否发生功率管开路故障，包括：

若所述归一化结果的值为0，则没有发生功率管开路故障；

若所述归一化结果的值为1或-1，则发生功率管开路故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.一种开路故障诊断装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判断模块，包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述归一化单元，具体用于：

计算所述dq轴参考电流幅值在一个电周期内的第二平均值的

倍，将计算结果作为归一化参考值；

9.一种电机控制器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述开路故障诊断方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述开路故障诊断方法的步骤。