CN112394312B - 三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法，通过对三相电流中的任意两相坐标变换至dq坐标系后，根据不同的两相组合分别计算得到三组d、q轴电流分量，进而得到其相邻采样时刻的电流差值及其中任两组差值之间偏差的绝对值，通过修正后得到用于判断是否存在相电流传感器故障的差值偏差，最后通过故障诊断结果和三组电流差值信号进行故障传感器定位。本发明能够解决存在电流纹波等非理想采样因素时电流传感器故障的准确诊断和定位问题。

Description

三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法

技术领域

本发明涉及的是一种电机控制领域的技术，具体是一种三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法。

背景技术

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)驱动系统一般采用矢量控制算法，需要通过电流传感器采集电机相电流反馈信号，而当电流传感器发生故障时，反馈的相电流信号出现不平衡或失真现象，将显著影响电机的转矩和转速控制功能。现有的故障诊断方法有通过一相电流和电机转子位置信号的实时采样值计算相电流幅值，再进一步计算得到其余两相电流的计算值，通过比较两相电流的计算值与采样值的误差判断是否存在电流传感器故障；也有故障诊断方法比较由两相电流采样值坐标变换得到的三个电流矢量在相邻采样时刻差值是否相等判断是否存在电流传感器故障，并根据电流矢量差值的相对大小直接定位故障传感器。但上述现有技术均无法定位故障传感器的相序且无法排除由电流纹波和采样误差等因素导致的误判的情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法，能够解决存在电流纹波等非理想采样因素时电流传感器故障的准确诊断和定位问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法，通过对三相电流中的任意两相坐标变换至dq坐标系后，根据不同的两相组合分别计算得到三组d、q轴电流分量，进而得到其相邻采样时刻的电流差值及其中任两组差值之间偏差的绝对值，通过修正后得到用于判断是否存在相电流传感器故障的差值偏差，最后通过故障诊断结果和三组电流差值信号进行故障传感器定位。

所述的修正包括低通滤波、选取最大值和归一化处理。

所述的故障传感器定位是指：通过比较三组电流差值信号，根据电流差值最小的组别定位故障电流传感器，输出对应电流传感器故障诊断结果。

优选地，根据电流传感器故障诊断结果输出相应的d、q轴电流分量，当无电流传感器故障诊断，按预先设置选取三组旋转坐标系下的d、q轴电流分量中的一组作为电流反馈值，当存在电流传感器故障，则根据定位的电流传感器，输出与该相电流采样结果无关的d、q轴电流分量作为电流反馈值。

技术效果

与现有技术相比，本发明能够显著避免电流纹波和采样误差等干扰的影响，有效识别电流传感器故障，并定位具体故障传感器；本发明可以采用统一的阈值判据在宽转速范围内进行电流传感器故障诊断且无需采用开方等复杂数学运算求解幅值，适用于低成本控制芯片的工程实时运算实现。

附图说明

图1为实施例的一种三相电机驱动系统框图；

图2为实施例中一种三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法的流程图；

图3为实施例中一种三相电流传感器故障发生时的三相电流波形；

图4为实施例中一种三相电流传感器故障发生时电流差值偏差的响应波形。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及一种三相电机驱动系统，包含：电流指令发生单元101、电流控制单元102、相电流检测诊断单元103、PWM功率驱动单元104、电机105、位置检测单元106，其中：电流指令发生单元101根据输入的转矩指令T^*生成对应的dq旋转坐标系下的电流指令

此处生成电流指令的方式为根据电机的转矩数学方程和参数进行在线计算或根据预先存储的查找表查找得到；电流控制单元102根据输入的电流指令

和电流反馈值i_d、i_q计算得到电压指令

相电流检测诊断单元103根据采样得到的三相电流i_a、i_b、i_c和转子位置信息θ进行坐标变换和故障诊断，并根据诊断结果输出电流反馈值i_d、i_q；PWM功率驱动单元104，根据输入的电压指令

进行信号调制，生成驱动信号驱动电机运行，位置检测单元106用于获取电机的转子位置信息θ和转速信息ω。

优选地，所述的信号调制，采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)，先通过坐标变换将电压指令

变换为静止两相坐标系的参考电压

再经过SVPWM算法生成驱动信号；

如图2所示，为本实施例基于上述系统的三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法，具体包括：

S101坐标变换：获取当前时刻电机三相电流的采样值i_a、i_b、i_c，其中i表示电流，下标a、b、c表示相序；对三相电流采样值进行两两旋转坐标变换，得到三组旋转坐标系下的d、q轴电流分量，即将i_a、i_b变换得到i_d1、i_q1，将i_a、i_c变换得到i_d2、i_q2，将i_b、i_c变换得到i_d3、i_q3，具体为：

其中：下标d、q表示对应旋转坐标系的分量，θ表示电机转子的电角度位置信息；

S102电流差值计算：分别计算相邻采样时刻三组d、q轴电流分量变化量的绝对值之和，具体为：

其中：t表示当前时刻，T_s表示采样间隔，Δi_diff1、Δi_diff2、Δi_diff3分别表示三组d、q轴电流分量变化量的绝对值之和；

S103差值偏差计算：计算d、q轴电流分量变化量绝对值之和Δi_diff1、Δi_diff2、Δi_diff3两两之间的差值的绝对值，具体为：

其中：下标12、13、23分别表示对应组别间的电流差值；

S104低通滤波：对电流差值偏差Δi₁₂、Δi₁₃、Δi₂₃进行低通滤波处理，优选地，此处可采用一阶惯性滤波，其滤波系数可设定为固定值或跟随转速变化；

S105最大值修正计算：取Δi₁₂、Δi₁₃、Δi₂₃中的最大值，记为Δi_max，对其进行归一化处理，优选地

其中：ω₀是基准转速，ω_e是电机的实际转速，此处也可采用电机的电角频率信号以类似的方式进行归一化，可以取得同样的效果；

S106故障诊断：比较Δi′_max与设定阈值Δi_thrld的大小，当Δi′_max＞Δi_thrld，则判断存在电流传感器故障，反之不存在电流传感器故障；

S107故障传感器定位：判断S106故障诊断的结果，当不存在电流传感器故障，则输出无故障信号，当存在电流传感器故障，则进一步进行故障传感器定位，比较确定电流差值偏差Δi₁₂、Δi₁₃、Δi₂₃中的最小值，当最小值为Δi₁₂，则判断c相电流传感器发生故障，输出c相电流传感器故障信号，当最小值为Δi₁₃，则判断b相电流传感器发生故障，输出b相电流传感器故障信号，当最小值为Δi₂₃，则判断a相电流传感器发生故障，输出a相电流传感器故障信号；

S108电流信号反馈：判断步骤S107输出的电流传感器故障信号类型，当无电流传感器故障信号，则按预先设置选取三组旋转坐标系下的d、q轴电流分量中的一组作为电流反馈值i_d、i_q，当是a相电流传感器故障信号，则选取i_d3、i_q3作为电流反馈值，当是b相电流传感器故障信号则选取i_d2、i_q2作为电流反馈值，当是c相电流传感器故障信号，则选取i_d1、i_q1作为电流反馈值，当是b相电流传感器故障信号则选取i_d1、i_q1作为电流反馈值。

如图3所示，为三相电流传感器采集所得的三相电流波形，在时间Time＝0.5s时，a相电流传感器发生故障，其采集所得的相电流相比其余两相出现幅值明显偏小的情形；如图4所示，为采用本方法实时计算得到的相电流差值偏差波形，经过滤波处理后其中两组较大值超出所设定的阈值5A，从而可以判断发生电流传感器故障，进而根据三组电流差值的相对大小定位为a相电流传感器故障。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法，其特征在于，通过对三相电流中的任意两相坐标变换至dq坐标系后，根据不同的两相组合分别计算得到三组d、q轴电流分量，进而得到其相邻采样时刻的电流差值及其中任两组差值之间偏差的绝对值，通过修正后得到用于判断是否存在相电流传感器故障的差值偏差，最后通过故障诊断结果和三组电流差值偏差进行故障传感器定位；

所述的坐标变换是指：获取当前时刻电机三相电流的采样值i_a、i_b、i_c，其中i表示电流，下标a、b、c表示相序；对三相电流采样值进行两两旋转坐标变换，得到三组旋转坐标系下的d、q轴电流分量，即将i_a、i_b变换得到i_d1、i_q1，将i_a、i_c变换得到i_d2、i_q2，将i_b、i_c变换得到i_d3、i_q3，具体为：

其中：下标d、q表示对应旋转坐标系的分量，θ表示电机转子的电角度位置信息；

所述的电流差值，通过分别计算相邻采样时刻三组d、q轴电流分量变化量的绝对值之和，具体为：

其中：t表示当前时刻，T_s表示采样间隔，Δi_diff1、Δi_diff2、Δi_diff3分别表示三组d、q轴电流分量变化量的绝对值之和；

所述的偏差的绝对值，通过计算d、q轴电流分量变化量绝对值之和Δi_diff1、Δi_diff2、Δi_diff3两两之间的差值的绝对值，具体为：

其中：下标12、13、23分别表示对应组别间的电流差值；

所述的故障传感器定位，通过对电流差值偏差Δi₁₂、Δi₁₃、Δi₂₃进行低通滤波处理，此处可采用一阶惯性滤波，其滤波系数可设定为固定值或跟随转速变化；然后取Δi₁₂、Δi₁₃、Δi₂₃中的最大值，记为Δi_max，对其进行归一化处理，

其中：ω₀是基准转速，ω_e是电机的实际转速，此处也可采用电机的电角频率信号以类似的方式进行归一化，可以取得同样的效果；再比较Δi′_max与设定阈值Δi_thrld的大小，当Δi′_max>Δi_thrld，则判断存在电流传感器故障，反之不存在电流传感器故障；最后判断故障诊断的结果，当不存在电流传感器故障，则输出无故障信号，当存在电流传感器故障，则进一步进行故障传感器定位，比较确定电流差值偏差Δi₁₂、Δi₁₃、Δi₂₃中的最小值，当最小值为Δi₁₂，则判断c相电流传感器发生故障，输出c相电流传感器故障信号，当最小值为Δi₁₃，则判断b相电流传感器发生故障，输出b相电流传感器故障信号，当最小值为Δi₂₃，则判断a相电流传感器发生故障，输出a相电流传感器故障信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据电流传感器故障诊断结果输出相应的d、q轴电流分量，当无电流传感器故障诊断，按预先设置选取三组旋转坐标系下的d、q轴电流分量中的一组作为电流反馈值，当存在电流传感器故障，则根据定位的电流传感器，输出与该相电流采样结果无关的d、q轴电流分量作为电流反馈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的三相电机驱动系统包括：电流指令发生单元、电流控制单元、相电流检测诊断单元、PWM功率驱动单元、电机、位置检测单元，其中：电流指令发生单元根据输入的转矩指令T^*生成对应的dq旋转坐标系下的电流指令

此处生成电流指令的方式为根据电机的转矩数学方程和参数进行在线计算或根据预先存储的查找表查找得到；电流控制单元根据输入的电流指令

和电流反馈值i_d、i_q计算得到电压指令

相电流检测诊断单元根据采样得到的三相电流i_a、i_b、i_c和转子位置信息θ进行坐标变换和故障诊断，并根据诊断结果输出电流反馈值i_d、i_q；PWM功率驱动单元，根据输入的电压指令

进行信号调制，生成驱动信号驱动电机运行，位置检测单元用于获取电机的转子位置信息θ和转速信息ω。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的信号调制，采用空间矢量脉宽调制，先通过坐标变换将电压指令

变换为静止两相坐标系的参考电压

再经过SVPWM算法生成驱动信号。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征是，判断输出的电流传感器故障信号类型，当无电流传感器故障信号，则按预先设置选取三组旋转坐标系下的d、q轴电流分量中的一组作为电流反馈值i_d、i_q，当是a相电流传感器故障信号，则选取i_d3、i_q3作为电流反馈值，当是b相电流传感器故障信号则选取i_d2、i_q2作为电流反馈值，当是c相电流传感器故障信号，则选取i_d1、i_q1作为电流反馈值。

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