CN111470067A - 基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统和方法 - Google Patents

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CN111470067A CN202010578207.2A CN202010578207A CN111470067A CN 111470067 A CN111470067 A CN 111470067A CN 202010578207 A CN202010578207 A CN 202010578207A CN 111470067 A CN111470067 A CN 111470067A
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Abstract

本发明公开了一种基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统和诊断方法，其中，诊断系统包括MCU（微控制单元）、预测模型、传感器模块和故障诊断模块。故障诊断模块进行故障诊断的实际工作对象为串联式混合动力系统，传感器模块安装在实际工作对象上，且，预测模型和故障诊断模块均运行在MCU上。通过预测模型预测数据与传感器数输出的据进行比对的串联式混合动力系统故障诊断算法，可准确定位故障元件的位置和故障类型，诊断过程计算量小、响应速度快，可在故障出现一个周期内给出预警。并基于预测模型，系统所有参数都是可以准确计算的，因而可对故障进行准确、定量的分析，以数据的形式判定故障严重程度，准确计算系统剩余功率输出能力。

Description

基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统和方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力系统故障诊断领域，具体涉及一种基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统和方法。
背景技术
现有的无人机的动力系统主要有三种，即发动机动力，电池动力，发动机电池并联动力等。发动机动力主要用于固定翼无人机和无人直升机，少用于多旋翼无人机。电池动力主要用于固定翼无人机，无人直升机，多旋翼无人机以及垂直起降混合翼无人机等。发动机电池并联动力主要用于多旋翼无人机和垂直起降混合翼无人机。发动机电池并联动力工作原理为：在多旋翼无人机应用中，发动机作为主动力，驱动螺旋桨提供主升力；电池作为从动力，驱动电机带动螺旋桨提供姿态动力，调整无人机姿态。在垂直起降混合翼无人机应用中，发动机作为固定翼模式动力，电池作为多旋翼模式动力。上述结构的工作系统存在如下问题：第一是发动机动力：传动结构复杂，维护工作繁重。第二是电池动力：能量密度低。第三是发动机电池并联动力：结构复杂， 维护工作繁重，重量太大。
串联式混合动力系统是指通过活塞式或涡轮式发动机驱动发电机产生电能、再利用电能按需为电池充电、并驱动电动机产生动力驱动车辆、飞机等载具的混合动力系统。串联式混合动力系统具有发动机、发电机、整流器、储能电池、逆变器、电动机等多个综合性部件，牵涉到机械、传动、电机、电力电子、自动控制等多方面学科，是一种较为复杂的控制系统。考虑到这样一种系统内组成要素众多，传感器、执行器数量大且关系复杂，在实际生产、使用中容易出现各种各样的故障现象，因此需要设计一种故障诊断算法来进行在线自动故障诊断。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统和方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统，包括MCU、预测模型、传感器模块和故障诊断模块；
前述故障诊断模块进行故障诊断的实际工作对象为串联式混合动力系统；
前述传感器模块安装在所述实际工作对象上，用于收集进行故障诊断所需要的数据，并将收集到的数据分为两路，分别发送至预测模型和故障诊断模型；
前述预测模型和故障诊断模块均运行在MCU上，所述预测模型通过计算得出下一周期的预测数据，进行预测更新，再将更新后的系统状态数据传送至所述故障诊断模块，在下一周期，所述故障诊断模块将传感器采集的实际数据与预测数据进行比较处理来判断故障的过程，如此循环往复。
优选地，前述传感器模块与所述MCU相连，用于接收不同类型的传感器信号，经MCU处理后计算出混动系统的实际工作参数，并通过数据接口向外发送，所述传感器包括发动机转速传感器、发动机节气门开度传感器、发电机输出电压波形检测电路、发电机输出电流波形检测电路、储能电池输出电压与电流检测电路及输出电压与电流检测电路。
优选地，前述传感器模块与所述MCU相连，包括发动机转速传感器、发动机节气门开度传感器、发电机输出电压波形检测电路、发电机输出电流波形检测电路、储能电池输出电压与电流检测电路和输出电压与电流检测电路。
优选地，前述预测模型包括发动机子模型、传动子模型、发电机-整流器子模型和后端电路子模型，连接传输的关系为：
1.发动机子模型根据转速数据、节气门开度数据和负载扭矩，计算输出扭矩和预测转速；
2.发动机子模型输出的扭矩和预测转速，输入传动子模型，计算出传动后转速；
3.根据总输出电流和电池输出电流数据，按照后端电路子模型计算出发电机负载电流；
4.将传动后转速与发电机电流输入发电机-整流器子模型，得到发电机预测输出电压和理想吸收扭矩；
5.发电机吸收扭矩通过传动子模型再返回至发动机子模型，作为其负载扭矩，参与下一周期的运算。
更优选地，前述故障诊断模块包括后端电路故障子模块、传动故障诊断子模块、发动机故障子模块、发电机电磁故障子模块和发电机三相不均衡故障子模块。
再优选地，一种包含如前所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断方法，包括如下步骤：
S1：确定拟进行故障诊断的串联式混合动力系统，将传感器模块安装在这一系统上，收集进行故障诊断所需要的数据；
S2：将步骤S1采集到的传感器数据分为两路，分别发送至预测模型和故障诊断模块；
S3：预测模型和故障诊断模块接收到步骤S2所传输的数据后，在MCU上开始运行，预测模型通过计算得出下一周期的预测数据，进行预测更新，之后再将更新后的系统状态数据传送至故障诊断模块；
S4：故障诊断模块将步骤S2中传感器模块采集的实际数据与步骤S3中预测模型预测数据进行比较处理来判断故障，如此循环往复，通过将两者数据进行比对，校验两者之间的相关程度，即诊断故障是否发生，并判明其严重程度。
进一步优选地，前述步骤S1中，所述传感器模块接收不同类型的传感器信号，经MCU处理后计算出混动系统的实际工作参数，并通过数据接口向外发送，包括：
1.发动机转速传感器：安装在发动机输出轴上，为霍尔传感器或曲轴位置传感器，在检 测到发动机输出轴转动过一定的角度时将输出一个方波脉冲，MCU接收到这一脉冲后定时 计数，测量这一脉冲频率从而计算出发动机的输出转速
Figure 424665DEST_PATH_IMAGE001
；计算公式为：
Figure 205539DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure 190813DEST_PATH_IMAGE003
为传感器脉冲频率，
Figure 31730DEST_PATH_IMAGE004
为输出轴转动一周所产生的脉冲个数；
2.发动机节气门开度传感器：安装在发动机的节气门执行器上，通常为电位器，输出值 为模拟电压信号，根据这一电压值测量节气门开度
Figure 368033DEST_PATH_IMAGE005
；计算公式为：
Figure 687019DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 57958DEST_PATH_IMAGE007
为传感器输出的模拟电压信号，
Figure 538617DEST_PATH_IMAGE008
为节气门开度在最大和最小位置时 传感器的模拟电压值；
3.发电机输出电压波形检测电路：使用精密电阻对发电机输出的三相和整流后电压分 别分压，然后经电压抬升后输入MCU；MCU采样该信号后恢复出发电机输出交流电压的波形， 并从波形中进一步分析出交流信号的幅值、频率和相位；以A相电压瞬时值
Figure 362217DEST_PATH_IMAGE009
为例，其计算 公式为：
Figure 219315DEST_PATH_IMAGE010
其中
Figure 179180DEST_PATH_IMAGE011
为进入MCU的采样电压，
Figure 361900DEST_PATH_IMAGE012
为采样电路的抬升电压，
Figure 407216DEST_PATH_IMAGE013
为采样电 路的分压比例，B、C相和整流后电压瞬时值
Figure 68005DEST_PATH_IMAGE014
同理；
4.发电机输出电流波形检测电路：在发电机的三相输出线路和整流后输出线路上分别串联电阻极小的精密采样电阻，电流通过该电阻后会产生微弱的电压信号，再通过差分放大电路将此信号放大，输入MCU进行采样计算，即恢复出三相电流瞬时值；以A相电流瞬时值为例，其计算公式为：
Figure 147956DEST_PATH_IMAGE015
其中
Figure 235998DEST_PATH_IMAGE016
为进入MCU的采样电压，
Figure 768611DEST_PATH_IMAGE017
为采样电路的抬升电压，
Figure 233090DEST_PATH_IMAGE018
为采样电 路的放大比例，
Figure 167548DEST_PATH_IMAGE019
为采样电阻阻值，B、C相和整流后电流瞬时值
Figure 426491DEST_PATH_IMAGE020
同理；
5.储能电池输出电压、电流检测电路：测量电池电压
Figure 446400DEST_PATH_IMAGE021
、电流
Figure 448991DEST_PATH_IMAGE022
直流量的大小，实 现方式与（3）和（4）中发电机输出的电压、电流检测方法相同；
6.输出电压、电流检测电路：测量整个串联式混合动力系统向动力电机输出的直流电 压
Figure 237955DEST_PATH_IMAGE023
和电流大小
Figure 933379DEST_PATH_IMAGE024
，实现方式与（3）和（4）中发电机输出的电压、电流检测方法相同。
再进一步优选地，前述步骤S2中，预测模型通过总-分-总方式建立，总体模型为串联式混合动力系统总体模型，分设的模型包括：发动机子模型、传动子模型、发电机-整流器子模型和后端电路子模型四大部分，所述分设的模型具体的运算过程是：
1.发动机子模型
输入参数为节气门开度、转速和负载扭矩，输出为扭矩及转速，发动机的数学模型建立较为复杂，因此在工程上使用MAP图的形式建立，即事先测量好一款发动机在不同转速和节气门开度下的输出扭矩，保存在二维查找表中，使用时直接查表、再线性插值得到实际工况下相对准确的输出扭矩；即：
Figure 440583DEST_PATH_IMAGE025
在一个周期内，发动机的转速变化增量由输出转矩减去负载转矩的富余加速转矩再除以轴系转动惯量得出，即：
Figure 981286DEST_PATH_IMAGE026
式中
Figure 890336DEST_PATH_IMAGE027
为发动机负载转矩，
Figure 491082DEST_PATH_IMAGE028
为一个运行周期的时隙，
Figure 485583DEST_PATH_IMAGE029
为整个输出轴系的转动惯量， 由试验测出，则预测的发动机输出转速为：
Figure 829976DEST_PATH_IMAGE030
2.传动子模型
传动子模型按照理想传动结构建立，假设输入输出转速之比严格为传动比k，忽略传动机构上的扭矩损失；其模型输入为传动机构输入轴的转速和传动机构输出轴的负载转矩，模型输出为传动机构输出轴的转速和负载端折算到传动机构输入轴上的负载转矩，设传动比为k，则：
Figure 327954DEST_PATH_IMAGE031
3.发电机-整流器子模型
发电机-整流器子模型对常用的三相永磁同步发电机建立，输入为发电机轴的转速，输 出为三相绕组的交流电压；对于正常工作的三相发电机而言，其电枢电压与转速之间成线 性关系；线性系数Ke在出厂时即确定，正常工作中不会发生变化；因此，预测出发电机电枢 电压理论值
Figure 365180DEST_PATH_IMAGE032
为：
Figure 846977DEST_PATH_IMAGE033
考虑实际工作的发电机，受其内阻和电磁饱和特性的限制，其输出电压与输出电流之间还会有一接近线性的损耗，将其记为电压调整率△U，此系数经实验测出；因此，得实际输出的整流后电压为：
Figure 995061DEST_PATH_IMAGE034
忽略整流桥上的压降损耗，得整流前的三相电压有效值分别为：
Figure 613125DEST_PATH_IMAGE035
三相电流分别为：
Figure 555673DEST_PATH_IMAGE036
又对于理想电机模型，其电功率等于机械功率，故得：
Figure 259187DEST_PATH_IMAGE037
将
Figure 945383DEST_PATH_IMAGE038
代入，消去
Figure 683532DEST_PATH_IMAGE039
得电机机械模型：
Figure 62560DEST_PATH_IMAGE040
4.后端电路子模型
后端电路包括整流器电路、储能电池电路、能源混合电路和负载，其中负载采用恒流源抽象，能源混合电路的工作模式为：若发电机输出电能不足，则控制电池输出电流补充剩余的部分；若发电机输出电能充足，则控制其多余的输出给电池充能的方式，即其满足两端电流值之和必与另一端相等，因而其可采用三端并联电路抽象；
根据基尔霍夫定律，可得：
Figure 253370DEST_PATH_IMAGE041
考虑负载电流、电池输出电流为已知量，则发电机输出电流可由下式预测：
Figure 743258DEST_PATH_IMAGE042
稳态运行时，忽略导线内阻，整流桥后电压
Figure 70334DEST_PATH_IMAGE043
三者可认为相等；
模型展开与运行：
将上述模型预测公式分别转换成框图模型，并按照总体连接关系展开整理，可得到预 测模型；预测模型可存储在故障诊断系统的处理器上，按照每个控制周期运行一遍进行预 测更新；在每个控制周期，都可由传感器检测到的发动机油门开度
Figure 620264DEST_PATH_IMAGE044
、发动机转速
Figure 298370DEST_PATH_IMAGE001
、储 能电池输出电流
Figure 591948DEST_PATH_IMAGE022
、负载电流
Figure 39110DEST_PATH_IMAGE024
预测出以下物理量：
发动机理想输出扭矩
Figure 494362DEST_PATH_IMAGE045
；
发电机理想转速
Figure 659764DEST_PATH_IMAGE046
；
发动机理想负载转矩
Figure 491454DEST_PATH_IMAGE047
；
发电机三相电压有效值
Figure 58701DEST_PATH_IMAGE048
；
发电机三相电流有效值
Figure 684855DEST_PATH_IMAGE049
；
发电机理想整流后输出电压
Figure 337553DEST_PATH_IMAGE050
；
发电机理想整流后输出电流
Figure 972934DEST_PATH_IMAGE051
。
且，前述步骤S2中，故障诊断模块在每个故障诊断周期，都将接收到传感器模块输出的系统实际数据和预测模型输出的系统状态预测数据，而两者数据之间存在着直接或间接的相关关系；通过将两者数据进行比对，校验两者之间的相关程度，即可诊断故障是否发生，并判明其严重程度；
1.后端电路故障
储能电池主要包括电池电芯、双向变换器电路和能量混合子模块电路。其典型的故障 模式为电流控制异常，不再满足三端并联关系，因此可通过比较发电机输出电流预测值
Figure 129108DEST_PATH_IMAGE051
和实际值
Figure 191742DEST_PATH_IMAGE052
检出。如两者差异值大于20%，则可判断后端电路出现故障。
2.传动故障
典型传动故障如传动轴打滑、传动皮带断裂、传动齿轮磨损等，常体现为传动子模型两 端转速关系变化，导致传感器实际检测到的发动机转速、发电机转速与模型预测结果不一 致。记
Figure 66157DEST_PATH_IMAGE001
为发动机出轴转速，
Figure 505229DEST_PATH_IMAGE053
为根据发电机输出频率f计算得到的实际发电机转速，
Figure 781490DEST_PATH_IMAGE046
为模型预测的发电机理论转速，则当
Figure 15025DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 376736DEST_PATH_IMAGE046
差异超过20%时可判定传动机构故障。并且根 据预测模型计算出的发动机理想输出转矩
Figure 353919DEST_PATH_IMAGE045
与发动机理想负载转矩发动机理想负载转矩
Figure 484686DEST_PATH_IMAGE047
（即实际输出至发电机的转矩）之比可大致算出传动组件尚存的传动能力：
Figure 623544DEST_PATH_IMAGE054
若传动组件尚存在一定的传动能力，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定传动组件接近完全损坏，则应立即停止，避免故障进一步扩大。
根据发电机输出频率f反算发电机转速的公式如下：
Figure 472551DEST_PATH_IMAGE055
式中p为发电机的极对数，在出厂时已固定。
3.发动机故障
发动机典型故障现象为输出扭矩不足。根据预测模型查表，可计算出发动机的输出扭 矩预测值
Figure 987846DEST_PATH_IMAGE045
，根据传感器测量得到的发电机电流，可反算出发电机转矩
Figure 238699DEST_PATH_IMAGE056
，若故障诊断模 块运行到此处，应当已经可确定传动机构运转良好，否则在上一步即退出。故障诊断时忽略 传动机构的损耗，此时发电机转矩即为发动机的实际负载转矩
Figure 814036DEST_PATH_IMAGE047
。理想情况下，
Figure 150340DEST_PATH_IMAGE047
与
Figure 469326DEST_PATH_IMAGE045
应 该相等。当两者差异超过20%时即可判定发动机运转故障。根据实际输出扭矩与查表得出的 正常输出扭矩之比，可计算出发动机尚存的扭矩输出能力：
Figure 574685DEST_PATH_IMAGE054
若发动机尚存在一定的输出能力，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发动机输出能力大幅降低，则应立即停止，避免发动机严重故障工作导致完全损毁。
4.发电机电磁故障
对于正常工作的三相发电机而言，其电枢电压与转速之间成线性关系。线性系数
Figure 320924DEST_PATH_IMAGE057
在 电机出厂时即固定不再变化。而发电机输出端电压可经上述预测模型中提到的电压调整率 及输出电流预测出，计发电机整流后输出电压预测值为
Figure 878944DEST_PATH_IMAGE050
，实际检测到的整流桥后电压为
Figure 1621DEST_PATH_IMAGE058
，则当
Figure 961487DEST_PATH_IMAGE058
与
Figure 878627DEST_PATH_IMAGE050
的差异大于20%时可判定发电机电磁故障。按照发电机剩余的输出电压大 小和理想输出电压大小之比，可计算发电机尚存的输出能力：
Figure 923944DEST_PATH_IMAGE059
根据发电机残存的输出能力大小，若故障不甚严重（包括不发生故障或故障不严重），则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发电机输出能力大幅降低，则应立即停止，避免完全损毁。
5.发电机三相不均衡故障
对于正常工作的发电机，其负载电流应均衡地加在三相绕组上。若其中一个绕组的电流与其他两相显著不一致，则发电机将工作在三相不均衡模式，将会产生异常抖动、发热，对系统正常运行埋下安全隐患。
记传感器电路检测到的发电机三相电流波形有效值为
Figure 862030DEST_PATH_IMAGE060
，模型预测得到的 三相电流波形有效值为
Figure 410823DEST_PATH_IMAGE049
，则
Figure 764444DEST_PATH_IMAGE061
之间差异大于20%时可判定三 相不均衡故障。按照三相不均衡量的大小，可计算其不平衡度，以A相为例：
Figure 297057DEST_PATH_IMAGE062
若发电机三相不平衡度不严重，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发电机严重不均衡甚至缺相，则应立即停机保护，避免发电机完全损毁。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明的故障诊断系统和方法设计了一种通过模型预测数据与实际传感器数据进行比对的串联式混合动力系统故障诊断算法，可准确地定位故障元件的位置和故障类型，故障诊断过程计算量小、响应速度快，可在故障出现后一个周期内给出预警；
（2）本发明的故障诊断系统和方法基于预测模型，系统的所有参数都是可以准确计算的，因而可对故障进行准确、定量的分析，从而以数据的形式判定故障严重程度、准确地计算系统剩余的功率输出能力，而通常的方法只能提供定性分析；
（3）本发明的故障诊断系统和方法，建立了用于串联式混合动力系统故障诊断的模型，模型基于系统建立，使用的传感器输入参数和控制器基本相同，从而使得该方法可以很轻松地部署在现有的串联式混合动力系统上，无需在外部设置额外的传感器和处理器。
附图说明
图1是本发明的系统整体结构示意图；
图2是本发明实际的串联式混合动力系统结构示意图；
图3是本发明传感器模块示意图；
图4是本发明预测模型整体框架；
图5是本发明预测模型展开图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例的故障诊断系统和方法，如图1所示，该图展示了本发明的整体结构和连接的示意图，具体包括以下步骤：
S1：确定拟进行故障诊断的串联式混合动力系统，将传感器模块安装在这一串联式混合动力系统上，收集进行故障诊断所需要的数据；
S2：将步骤S1采集到的传感器数据分为两路，分别发送至预测模型和故障诊断模块；
S3：预测模型和故障诊断模块接收到步骤S2所传输的数据后，在MCU上开始运行，预测模型通过计算得出下一周期的预测数据，进行预测更新，之后再将更新后的系统状态数据传送至故障诊断模块；
S4：故障诊断模块将步骤S2中传感器模块采集的实际数据与步骤S3中预测模型预测数据进行比较处理来判断故障，如此循环往复，通过将两者数据进行比对，校验两者之间的相关程度，即可诊断故障是否发生，并判明其严重程度。
如图2所示的串联式混合动力系统，是一种使用活塞式或涡轮式发动机驱动发电机产生电能、再利用电能按需为电池充电、并驱动电动机产生动力从而驱动车辆、飞机等载具的混合动力系统。其工作原理如下：
1.发动机在控制器的指令下，消耗燃料驱动输出轴产生旋转运动，并对外输出扭力；
2.发动机输出轴经过联轴器、皮带、齿轮、同步带、链条等传动机构，将旋转运动调整到合适的驱动转速，再输出的发电机轴上；
3.发电机受发动机和传动机构拖带，通过电磁感应原理输出电能；
4.若发电机输出的电能形式为交流电，则需经过整流桥整流，转换成直流电；
5.发电机输出的直流电能与储能电池的电能经过能量混合模块，产生稳定、足量的电能；
6.经混合后的电能，向混动系统的负载输出，通常该负载为一个或多个电动机及其驱动装置；
7.若发出的电能仍有余量，且储能电池电量未满，可通过能量混合模块和双向变换器向储能电池充电。
在本发明中，传感器模块接受不同类型的传感器信号，如图3所示，具体包括：
1.发动机转速传感器：安装在发动机输出轴上，通常为霍尔传感器或曲轴位置传感器， 传感器在检测到发动机输出轴转动过一定的角度时将输出一个方波脉冲，MCU接收到这一 脉冲后定时计数，测量这一脉冲频率从而计算出发动机的输出转速
Figure 761536DEST_PATH_IMAGE001
；计算公式为：
Figure 430415DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure 954937DEST_PATH_IMAGE003
为传感器脉冲频率，
Figure 974846DEST_PATH_IMAGE004
为输出轴转动一周所产生的脉冲个数；
2.发动机节气门开度传感器：安装在发动机的节气门执行器上，通常为电位器，输出值 为模拟电压信号，根据这一电压值可测量节气门开度
Figure 977437DEST_PATH_IMAGE005
；计算公式为：
Figure 766401DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 461825DEST_PATH_IMAGE007
为传感器输出的模拟电压信号，
Figure 703450DEST_PATH_IMAGE008
为节气门开度在最大和最小位置时 传感器的模拟电压值；
3.发电机输出电压波形检测电路：使用精密电阻对发电机输出的三相和整流后电压分 别分压，然后经电压抬升后输入MCU；MCU采样该信号后可恢复出发电机输出交流电压的波 形，并从波形中进一步分析出交流信号的幅值、频率和相位；以A相电压瞬时值
Figure 775311DEST_PATH_IMAGE009
为例，其 计算公式为：
Figure 684362DEST_PATH_IMAGE010
其中
Figure 285107DEST_PATH_IMAGE011
为进入MCU的采样电压，
Figure 545187DEST_PATH_IMAGE012
为采样电路的抬升电压，
Figure 624002DEST_PATH_IMAGE013
为采样电 路的分压比例，B、C相和整流后电压瞬时值
Figure 653138DEST_PATH_IMAGE014
同理；
4.发电机输出电流波形检测电路：在发电机的三相输出线路和整流后输出线路上分别 串联电阻极小的精密采样电阻，电流通过该电阻后会产生微弱的电压信号，再通过差分放 大电路将此信号放大，输入MCU进行采样计算，即可恢复出三相电流瞬时值；以A相电流瞬时 值
Figure 424785DEST_PATH_IMAGE063
为例，其计算公式为：
Figure 641002DEST_PATH_IMAGE015
其中
Figure 789087DEST_PATH_IMAGE016
为进入MCU的采样电压，
Figure 407150DEST_PATH_IMAGE017
为采样电路的抬升电压，
Figure 615277DEST_PATH_IMAGE018
为采样电 路的放大比例，
Figure 318791DEST_PATH_IMAGE019
为采样电阻阻值，B、C相和整流后电流瞬时值
Figure 4987DEST_PATH_IMAGE020
同理；
5.储能电池输出电压、电流检测电路：可以测量电池电压
Figure 743136DEST_PATH_IMAGE021
、电流
Figure 856586DEST_PATH_IMAGE022
直流量的大 小，实现方式与发电机输出的电压、电流检测相同；
6.输出电压、电流检测电路：测量整个串联式混合动力系统向动力电机输出的直流电 压
Figure 47396DEST_PATH_IMAGE023
和电流大小
Figure 537283DEST_PATH_IMAGE024
，实现方式与发电机输出的电压、电流检测相同。
本发明的串联式混合动力系统总体模型结构示意图如图4所示，其输入参数为：传感器模块输出的发动机转速、节气门开度、总输出电流和电池输出电流。分设的模型主要分为发动机子模型、传动子模型、发电机-整流器子模型和后端电路子模型四大部分，其互相之间的连接关系为：
1.发动机子模型根据转速数据、节气门开度数据和负载扭矩，计算输出扭矩和预测转速；
2.发动机子模型输出的扭矩和预测转速，输入传动子模型，计算出传动后转速；
3.根据总输出电流和电池输出电流数据，按照后端电路子模型计算出发电机负载电流；
4.将传动后转速与发电机电流输入发电机-整流器子模型，得到发电机预测输出电压和理想吸收扭矩；
5.发电机吸收扭矩通过传动子模型再返回至发动机子模型，作为其负载扭矩，参与下一周期的运算。
以上过程与串联式混合动力系统中的工作原理1-7对应。
具体的预测模型包括如下模型：
1.发动机子模型
发动机的模型输入参数为节气门开度、转速和负载扭矩，输出为扭矩及转速。发动机的数学模型建立较为复杂，因此在工程上使用MAP图的形式建立，即事先测量好一款发动机在不同转速和节气门开度下的输出扭矩，保存在二维查找表中，使用时直接查表、再线性插值得到实际工况下相对准确的输出扭矩；即：
Figure 129938DEST_PATH_IMAGE064
在一个周期内，发动机的转速变化增量
Figure 679868DEST_PATH_IMAGE065
可由输出转矩减去负载转矩的富余加速 转矩再除以轴系转动惯量得出，即：
Figure 92395DEST_PATH_IMAGE026
式中
Figure 120394DEST_PATH_IMAGE027
为发动机负载转矩，
Figure 567556DEST_PATH_IMAGE066
为一个运行周期的时隙，
Figure 288387DEST_PATH_IMAGE029
为整个输出轴系的转动惯量， 可试验测出；则预测的发动机输出转速
Figure 453789DEST_PATH_IMAGE067
为：
Figure 285479DEST_PATH_IMAGE068
2.传动子模型
传动子模型按照理想传动结构建立，即假设输入输出转速之比严格为传动比k，忽略传动机构上的扭矩损失。其模型输入为传动机构输入轴的转速和传动机构输出轴的负载转矩，模型输出为传动机构输出轴的转速和负载端折算到传动机构输入轴上的负载转矩。设传动比为k，则：
Figure 587147DEST_PATH_IMAGE031
3.发电机-整流器子模型
发电机-整流器子模型对常用的三相永磁同步发电机建立，输入为发电机轴的转速，输 出为三相绕组的交流电压。对于正常工作的三相发电机而言，其电枢电压与转速之间成线 性关系。线性系数
Figure 213301DEST_PATH_IMAGE069
在出厂时即确定，正常工作中不会发生变化。因此，可预测出发电机电 枢电压理论值
Figure 865999DEST_PATH_IMAGE032
为：
Figure 235801DEST_PATH_IMAGE033
考虑实际工作的发电机，受其内阻和电磁饱和特性的限制，其输出电压与输出电流之 间还会有一接近线性的损耗，将其记为电压调整率△U，此系数可经实验测出。因此，可得实 际输出的整流后电压
Figure 657555DEST_PATH_IMAGE070
应该为：
Figure 720188DEST_PATH_IMAGE034
忽略整流桥上的压降损耗，可得整流前的三相电压有效值分别为：
Figure 594604DEST_PATH_IMAGE035
三相电流分别为：
Figure 768096DEST_PATH_IMAGE036
又对于理想电机模型，其电功率等于机械功率，故可得：
Figure 44357DEST_PATH_IMAGE037
将
Figure 277892DEST_PATH_IMAGE038
代入，消去
Figure 639603DEST_PATH_IMAGE039
可得电机机械模型：
Figure 351207DEST_PATH_IMAGE040
4.后端电路子模型
后端电路包括整流器电路、储能电池电路、能源混合电路和负载，其中负载可采用恒流源抽象，而能源混合电路的工作模式为若发电机输出电能不足，则控制电池输出电流补充剩余的部分；若发电机输出电能充足，则控制其多余的输出给电池充能的方式，即其满足两端电流值之和必与另一端相等，因而其可采用三端并联电路抽象。根据基尔霍夫定律，可得：
Figure 747553DEST_PATH_IMAGE041
考虑负载电流、电池输出电流为已知量，则发电机输出电流可由下式预测：
Figure 886411DEST_PATH_IMAGE042
稳态运行时，忽略导线内阻，整流桥后电压
Figure 735418DEST_PATH_IMAGE043
三者可认为相等。
将上述模型预测公式分别转换成框图模型，并按照总体连接关系展开整理，可得 到如图5所示的预测模型。预测模型可存储在故障诊断系统的处理器上，按照每个控制周期 运行一遍进行预测更新。在每个控制周期，都可由传感器检测到的发动机油门开度
Figure 250713DEST_PATH_IMAGE044
、发 动机转速
Figure 501566DEST_PATH_IMAGE071
、储能电池输出电流
Figure 76903DEST_PATH_IMAGE022
、负载电流
Figure 147628DEST_PATH_IMAGE024
预测出以下物理量：
发动机理想输出扭矩
Figure 466614DEST_PATH_IMAGE045
；
发电机理想转速
Figure 571973DEST_PATH_IMAGE046
；
发动机理想负载转矩
Figure 318212DEST_PATH_IMAGE047
；
发电机三相电压有效值
Figure 876232DEST_PATH_IMAGE048
；
发电机三相电流有效值
Figure 998909DEST_PATH_IMAGE049
；
发电机理想整流后输出电压
Figure 958775DEST_PATH_IMAGE050
；
发电机理想整流后输出电流
Figure 610336DEST_PATH_IMAGE051
。
故障诊断模块接收到传感器模块输出的系统实际数据和预测模型输出的系统状态预测数据，通过将两者数据进行比对，校验两者之间的相关程度，即可诊断故障是否发生，并判明其严重程度。
考虑到预测模型在执行时存在着后端电路子模型-发电机-整流器子模型反向回路-传动子模型反向回路-发动机子模型-传动子模型正向回路-发电机-整流器子模型正向回路这样的依赖关系，当其中靠前的部分诊断出故障时也意味着其理想预测模型的失效，故依据其数据计算的靠后部分不相关性已不再可信，因此需按照以下顺序逐一核查，若靠前的部分诊断出故障，则应报错并跳过后续检查，具体顺序为：
1.后端电路故障
储能电池主要包括电池电芯、双向变换器电路和能量混合子模块电路。其典型的故障 模式为电流控制异常，不再满足三端并联关系，因此可通过比较发电机输出电流预测值
Figure 921232DEST_PATH_IMAGE051
和实际值
Figure 582020DEST_PATH_IMAGE052
检出。如两者差异值大于20%，则可判断后端电路出现故障。
2.传动故障
典型传动故障如传动轴打滑、传动皮带断裂、传动齿轮磨损等，常体现为传动子模型两 端转速关系变化，导致传感器实际检测到的发动机转速、发电机转速与模型预测结果不一 致。记
Figure 396392DEST_PATH_IMAGE001
为发动机出轴转速，
Figure 750013DEST_PATH_IMAGE053
为根据发电机输出频率f计算得到的实际发电机转速，
Figure 282626DEST_PATH_IMAGE046
为模型预测的发电机理论转速，则当
Figure 481526DEST_PATH_IMAGE001
与
Figure 150405DEST_PATH_IMAGE046
差异超过20%时可判定传动机构故障。并且根 据预测模型计算出的发动机理想输出转矩
Figure 674927DEST_PATH_IMAGE045
与发动机理想负载转矩发动机理想负载转矩
Figure 429256DEST_PATH_IMAGE047
（即实际输出至发电机的转矩）之比可大致算出传动组件尚存的传动能力：
Figure 697427DEST_PATH_IMAGE054
若传动组件尚存在一定的传动能力，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定传动组件接近完全损坏，则应立即停止，避免故障进一步扩大。
根据发电机输出频率f反算发电机转速的公式如下：
Figure 486391DEST_PATH_IMAGE055
式中p为发电机的极对数，在出厂时已固定。
3.发动机故障
发动机典型故障现象为输出扭矩不足。根据预测模型查表，可计算出发动机的输出扭 矩预测值
Figure 916235DEST_PATH_IMAGE045
，根据传感器测量得到的发电机电流，可反算出发电机转矩
Figure 157861DEST_PATH_IMAGE072
，若故障诊断模块 运行到此处，应当已经可确定传动机构运转良好，否则在上一步即退出。故障诊断时忽略传 动机构的损耗，此时发电机转矩即为发动机的实际负载转矩
Figure 964143DEST_PATH_IMAGE047
。理想情况下，
Figure 607614DEST_PATH_IMAGE047
与
Figure 473939DEST_PATH_IMAGE045
应该 相等。当两者差异超过20%时即可判定发动机运转故障。根据实际输出扭矩与查表得出的正 常输出扭矩之比，可计算出发动机尚存的扭矩输出能力：
Figure 202860DEST_PATH_IMAGE054
若发动机尚存在一定的输出能力，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发动机输出能力大幅降低，则应立即停止，避免发动机严重故障工作导致完全损毁。
4.发电机电磁故障
对于正常工作的三相发电机而言，其电枢电压与转速之间成线性关系。线性系数
Figure 812833DEST_PATH_IMAGE057
在 电机出厂时即固定不再变化。而发电机输出端电压可经上述预测模型中提到的电压调整率 及输出电流预测出，计发电机整流后输出电压预测值为
Figure 576390DEST_PATH_IMAGE050
，实际检测到的整流桥后电压为
Figure 82457DEST_PATH_IMAGE058
，则当
Figure 564254DEST_PATH_IMAGE058
与
Figure 712339DEST_PATH_IMAGE050
的差异大于20%时可判定发电机电磁故障。按照发电机剩余的输出电压大 小和理想输出电压大小之比，可计算发电机尚存的输出能力：
Figure 330402DEST_PATH_IMAGE059
根据发电机残存的输出能力大小，若故障不甚严重，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发电机输出能力大幅降低，则应立即停止，避免完全损毁。
5.发电机三相不均衡故障
对于正常工作的发电机，其负载电流应均衡地加在三相绕组上。若其中一个绕组的电流与其他两相显著不一致，则发电机将工作在三相不均衡模式，将会产生异常抖动、发热，对系统正常运行埋下安全隐患。
记传感器电路检测到的发电机三相电流波形有效值为
Figure 272950DEST_PATH_IMAGE060
，模型预测得到的 三相电流波形有效值为
Figure 976464DEST_PATH_IMAGE049
，则
Figure 928240DEST_PATH_IMAGE073
之间差异大于20%时可判定三 相不均衡故障。按照三相不均衡量的大小，可计算其不平衡度，以A相为例：
Figure 400809DEST_PATH_IMAGE062
若发电机三相不平衡度不严重，则可主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发电机严重不均衡甚至缺相，则应立即停机保护，避免发电机完全损毁。
综上，本发明的故障诊断系统和方法设计了一种通过模型预测数据与实际传感器数据进行比对的串联式混合动力系统故障诊断算法，可准确地定位故障元件的位置和故障类型，故障诊断过程计算量小、响应速度快，可在故障出现后一个周期内给出预警。并且基于预测模型，系统的所有参数都是可以准确计算的，因而可对故障进行准确、定量的分析，从而以数据的形式判定故障严重程度、准确地计算系统剩余的功率输出能力。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统，其特征在于，包括MCU、预测模型、传感器模块和故障诊断模块；
所述传感器模块安装在串联式混合动力系统上，用于收集进行故障诊断所需要的数据，并将收集到的数据分为两路，分别发送至预测模型和故障诊断模型；
所述预测模型和故障诊断模块均运行在MCU上，所述预测模型通过计算得出下一周期的预测数据，进行预测更新，再将更新后的系统状态数据传送至所述故障诊断模块，在下一周期，所述故障诊断模块将传感器模块采集的实际数据与预测数据进行比较处理来进行故障诊断，如此循环往复。
2.根据权利要求1所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统，其特征在于，所述传感器模块与所述MCU相连，所述MCU将接收到的传感器信号进行计算处理得到混动系统的实际工作参数，并通过数据接口向外发送；所述传感器模块包括发动机转速传感器、发动机节气门开度传感器、发电机输出电压波形检测电路、发电机输出电流波形检测电路、储能电池输出电压与电流检测电路及输出电压与电流检测电路。
3.根据权利要求1所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统，其特征在于，所述预测模型包括发动机子模型、传动子模型、发电机-整流器子模型和后端电路子模型；
所述发动机子模型根据转速数据、节气门开度数据和负载扭矩，计算输出扭矩和预测转速；
所述传动子模型接收发动机子模型输出的扭矩和预测转速，计算出传动后转速；
所述发电机-整流器子模型接收传动后转速与发电机电流输入数据，计算出发电机预测输出电压和理想吸收扭矩；
所述后端电路子模型根据总输出电流和电池输出电流数据，计算出发电机负载电流；
所述传动子模型将发电机吸收扭矩返回至所述发动机子模型，作为其负载扭矩，参与下一周期的运算。
4.根据权利要求1所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统，其特征在于，所述故障诊断模块包括后端电路故障诊断子模块、传动故障诊断子模块、发动机故障诊断子模块、发电机电磁故障诊断子模块和发电机三相不均衡故障诊断子模块。
5.利用如权利要求1-4任一项所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断系统进行故障诊断的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：确定拟进行故障诊断的串联式混合动力系统，将传感器模块安装在这一系统上，以收集进行故障诊断所需要的数据；
S2：将步骤S1采集到的传感器数据分为两路，分别发送至预测模型和故障诊断模块；
S3：预测模型和故障诊断模块接收到步骤S2所传输的数据后，在MCU上开始运行，预测模型通过计算得出下一周期的预测数据，进行预测更新，再将更新后的系统状态数据传送至故障诊断模块；
S4：故障诊断模块将步骤S2中传感器模块采集的实际数据与步骤S3中预测模型预测数据进行比较处理来判断故障，如此循环往复，进行诊断故障并判明其严重程度。
6.根据权利要求5所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述传感器模块中设置有发动机转速传感器、发动机节气门开度传感器、发电机输出电压波形检测电路、发电机输出电流波形检测电路、储能电池输出电压与电流检测电路、输出电压与电流检测电路；
所述发动机转速传感器输出一个方波脉冲并发送至MCU，所述MCU接收到这一脉冲后定 时计数，测量这一脉冲频率以计算发动机的输出转速
Figure 93803DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 284613DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure 774500DEST_PATH_IMAGE003
为传 感器脉冲频率，
Figure 367155DEST_PATH_IMAGE004
为输出轴转动一周所产生的脉冲个数；
所述发动机节气门开度传感器根据输出值为模拟电压信号的电压值测量节气门开度
Figure 917085DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 329612DEST_PATH_IMAGE006
；其中，
Figure 623190DEST_PATH_IMAGE007
为传感器输出的模拟电压信号，
Figure 804773DEST_PATH_IMAGE008
分别为节 气门开度在最大和最小位置时传感器的模拟电压值；
所述发电机输出电压波形检测电路从采样波形中分析出交流信号的幅值、频率和相 位，A相电压瞬时值为
Figure 525604DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 691006DEST_PATH_IMAGE010
；其中，
Figure 522696DEST_PATH_IMAGE011
为进入MCU的采样电压，
Figure 824364DEST_PATH_IMAGE012
为采样电路的抬升电压，
Figure 716097DEST_PATH_IMAGE013
为采样电路的分压比例；
所述发电机输出电流波形检测电路：通过串联在发电机输出线路上的精密采样电阻， 产生的微弱电压信号，再通过差分放大电路将此信号放大，输入MCU进行采样计算，恢复出 三相电流瞬时值；其中，A相电压瞬时值为
Figure 837637DEST_PATH_IMAGE014
：
Figure 473017DEST_PATH_IMAGE015
；其中，
Figure 894772DEST_PATH_IMAGE016
为采 样电阻阻值；
所述储能电池输出电压与电流检测电路用于测量电池电压
Figure 957405DEST_PATH_IMAGE017
、电流
Figure 831821DEST_PATH_IMAGE018
直流量的大 小；
所述输出电压与电流检测电路用于测量整个串联式混合动力系统向动力电机输出的 直流电压
Figure 5313DEST_PATH_IMAGE019
和电流大小
Figure 15994DEST_PATH_IMAGE020
。
7.根据权利要求5所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述预测模型包括：发动机子模型、传动子模型、发电机-整流器子模型和后端电路子模型四大部分；
所述发动机子模型输入节气门开度、转速和负载扭矩参数，输出扭矩及转速，即：
Figure 249529DEST_PATH_IMAGE021
；在一个周期内，发动机的转速为：
Figure 611241DEST_PATH_IMAGE022
；式中
Figure 588424DEST_PATH_IMAGE023
为发动机 理想输出扭矩，
Figure 984770DEST_PATH_IMAGE024
为发动机负载转矩，
Figure 389207DEST_PATH_IMAGE025
为一个运行周期的时隙，
Figure 707056DEST_PATH_IMAGE026
为整个输出轴系的转动 惯量，预测的发动机输出转速为：
Figure 487930DEST_PATH_IMAGE027
；
所述传动子模型的输入输出转速之比为k，则：
Figure 738783DEST_PATH_IMAGE028
，其中，
Figure 314120DEST_PATH_IMAGE029
为发电机理想转速，
Figure 119265DEST_PATH_IMAGE030
为传动机构输出轴转速，
Figure 438251DEST_PATH_IMAGE031
为发动力理想负载转矩，
Figure 543611DEST_PATH_IMAGE032
发电机理想负载转矩；
所述发电机-整流器子模型输入参数为发电机轴的转速，输出参数为三相绕组的交流 电压；电枢电压与转速之间成线性关系，线性系数
Figure 289850DEST_PATH_IMAGE033
在出厂时即确定，因此，预测出发电机 电枢电压理论值
Figure 113449DEST_PATH_IMAGE034
为：
Figure 970547DEST_PATH_IMAGE035
；记输出电压与输出电流之间的损耗为电压调整率△U，实际 输出的整流后电压为：
Figure 930412DEST_PATH_IMAGE036
；忽略整流桥上的压降损耗，得整流前 的三相电压有效值为：
Figure 847553DEST_PATH_IMAGE037
，三相电流为：
Figure 892869DEST_PATH_IMAGE038
，式中
Figure 553658DEST_PATH_IMAGE039
为发电机三相电压有效值，
Figure 633609DEST_PATH_IMAGE040
为发电机三相电流有效值；对于电功率等 于机械功率的理想电机模型，得：
Figure 721651DEST_PATH_IMAGE041
；将
Figure 254263DEST_PATH_IMAGE042
代入，得电机机械模型的发电 机理想负载转矩：
Figure 718743DEST_PATH_IMAGE043
；
所述后端电路子模型采用三端并联电路抽象，得：
Figure 387622DEST_PATH_IMAGE044
；发电机输出电流
Figure 646565DEST_PATH_IMAGE045
为：
Figure 666473DEST_PATH_IMAGE046
；稳态运行时，忽略导线内阻，整流桥后电压
Figure 200223DEST_PATH_IMAGE047
三者相等。
8.根据权利要求6所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中，故障诊断模块在每个故障诊断周期，都将接收到传感器模块输出的系统实际数据和预测模型输出的系统状态预测数据，通过将两者数据进行比对，校验两者之间的相关程度，诊断故障是否发生并判明其严重程度。
9.根据权利要求8所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断方法，其特征在于，诊断的故障类型包括：后端电路故障、传动故障、发动机故障、发电机电磁故障及发电机三相不均衡故障。
10.根据权利要求9所述的基于模型预测的串联式混合动力系统故障诊断方法，其特征在于，
所述后端电路故障的诊断过程为：比较发电机输出电流预测值
Figure 723608DEST_PATH_IMAGE048
和实际值
Figure 153452DEST_PATH_IMAGE049
检出；如两 者差异值大于20%，则判断后端电路出现故障；
所述传动故障的诊断过程为：记
Figure 660657DEST_PATH_IMAGE050
为发动机出轴转速，
Figure 466939DEST_PATH_IMAGE051
为根据发电机输出频率f计 算得到的实际发电机转速，
Figure 110410DEST_PATH_IMAGE052
为模型预测的发电机理论转速，当
Figure 976735DEST_PATH_IMAGE050
与
Figure 440077DEST_PATH_IMAGE052
差异超过20%时判 定传动机构故障；并且根据预测模型计算出的发动机理想输出转矩
Figure 50050DEST_PATH_IMAGE023
与发动机理想负载转 矩发动机理想负载转矩
Figure 548027DEST_PATH_IMAGE053
，二者之比算出传动组件尚存的传动能力，
Figure 585254DEST_PATH_IMAGE053
即为实际输出至发 电机的转矩，则二者之比即为：
Figure 801471DEST_PATH_IMAGE054
；若传动组件存在传动能力，则主动驱使负载电机减 速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定传动组件完全损坏，则立即 停止，避免故障进一步扩大；根据发电机输出频率f反算发电机转速的公式如下：
Figure 949556DEST_PATH_IMAGE055
；式中
Figure 302040DEST_PATH_IMAGE056
为发电机的极对数，在出厂时已固定；
所述发动机故障的诊断过程为：计算出发动机的输出扭矩预测值
Figure 510167DEST_PATH_IMAGE023
和发电机转矩
Figure 213681DEST_PATH_IMAGE057
， 发电机转矩即为发动机的实际负载转矩
Figure 165457DEST_PATH_IMAGE053
；当两者差异超过20%时即判定发动机运转故 障，计算发动机尚存的扭矩输出能力：
Figure 638026DEST_PATH_IMAGE054
；若发动机尚存在输出能力，则主动驱使负载 电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发动机输出能力降 低，则立即停止，避免发动机故障工作导致完全损毁；
所述发电机电磁故障的诊断过程为：固定不再变化的线性系数
Figure 17055DEST_PATH_IMAGE058
，记发电机整流后输 出电压预测值为
Figure 207865DEST_PATH_IMAGE059
，实际检测到的整流桥后电压为
Figure 697752DEST_PATH_IMAGE060
，则当
Figure 290407DEST_PATH_IMAGE060
与
Figure 574758DEST_PATH_IMAGE059
的差异大于20%时判定 发电机电磁故障；按照发电机剩余的输出电压大小和理想输出电压大小之比，计算发电机 尚存的输出能力：
Figure 252864DEST_PATH_IMAGE061
；根据发电机残存的输出能力大小，若不发生故障，则主动驱使负 载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点或返航；若判定发电机输出能力降 低，则立即停止，避免完全损毁；
所述发电机三相不均衡故障的诊断过程为：记发电机三相电流波形有效值为
Figure 546442DEST_PATH_IMAGE062
，三相电流波形有效值为
Figure 993604DEST_PATH_IMAGE040
，则
Figure 714435DEST_PATH_IMAGE063
之间差异大于20%时判定三相 不均衡故障；按照三相不均衡量的大小，计算其不平衡度，其中，A相为：
Figure 614258DEST_PATH_IMAGE064
；若发 电机三相趋于正常，则主动驱使负载电机减速，降低功率需求，保持载具低速行驶至维修点 或返航；若判定发电机三相不均衡甚至缺相，则立即停机保护，避免发电机完全损毁。
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