CN115542223A

CN115542223A - 一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法及电驱动系统

Info

Publication number: CN115542223A
Application number: CN202211164322.0A
Authority: CN
Inventors: 王强
Original assignee: Leadrive Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Leadrive Technology Shanghai Co Ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2022-12-30

Abstract

本发明提供了一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法及电驱动系统，涉及电机控制技术领域，包括：设定电机转速在预设范围内工作，通过电流传感器采集实时三相电流；对实时三相电流进行滤波，并计算各相电流的电流幅值与偏置值；对实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各相电流的谐波幅值与相位；基于电流幅值进行两两差值计算，当计算出的某一差值超出第一阈值，确认对应另一相的电流传感器故障；当任一相电流的偏置值的绝对值超出第二阈值，和/或任一相电流的谐波幅值超出第三阈值，和/或任一相电流的相位超出第四阈值，则确认对应相的电流传感器故障；解决现有技术中在电驱动系统无法及时诊断电流传感器故障造成安全隐患的问题。

Description

一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法及电驱动系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法及电驱动系统。

背景技术

永磁同步电机驱动系统需要通过电流传感器采集电机相电流反馈信号，在变频调速过程中，需要电流信息与速度信息以实现控制，电流传感器在运行的过程中，会受到电流冲击等因素的干扰从而发生故障，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，将影响电机的转矩和转速等控制功能，当传感器故障未被发现时，系统控制器和/或推进电机本身会受到损坏并且系统用户可能处于危险条件下，因此需要一种相电流电流传感器故障诊断方法。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法，解决现有技术中在电驱动系统无法及时诊断电流传感器故障造成安全隐患的问题。

本发明提供一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法，包括：

设定电驱动系统的电机转速在预设范围内工作，通过电流传感器采集实时三相电流；

对所述实时三相电流进行滤波，并计算周期内各相电流的电流幅值与偏置值；

对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各相电流的谐波幅值与相位；

基于所述各相电流的电流幅值进行两两差值计算，当计算出的某一差值超出第一阈值，确认对应另一相的电流传感器故障；

当任一相电流的偏置值的绝对值超出第二阈值，和/或任一相电流的谐波幅值超出第三阈值，和/或任一相电流的相位超出第四阈值，则确认对应相的电流传感器故障。

优选地，所述当计算出的某一差值超出第一预设阈值，确认对应另一相的电流传感器故障，包括：

当U相电流与V相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定W相的电流传感器故障；当U相电流与W相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定V相的电流传感器故障；当V相电流与W相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定U相的电流传感器故障。

优选地，在基于所述各个相电流的电流幅值进行两两差值计算后，包括：

当计算出的任一差值超出第一阈值，则确定电流传感器故障。

优选地，所述对所述实时三相电流进行滤波，包括：

对于任一相电流，根据预设滤波系数对所述相电流进行迭代的一阶低通数字滤波。

优选地，所述对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各个相电流的谐波幅值与相位，包括：

根据预设傅里叶变换公式对任一相电流进行处理，获得相电流中每个采样点的模拟信号，以通过三角变换计算获得所述相电流的谐波幅值与相位。

优选地，还包括：当确定任一相的电流传感器故障，则上报电流传感器采样故障；

当确定所有相的电流传感器无故障，则利用控制模块对所述实时三相电流进行偏移修正。

本发明还公开一种电驱动系统，包括：

采集模块，用于设定电驱动系统的电机转速在预设范围内工作，通过电流传感器采集实时三相电流；

第一计算模块，用于对所述实时三相电流进行滤波，并计算周期内各相电流的电流幅值与偏置值；

第二计算模块，用于对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各相电流的谐波幅值与相位；

故障确定模块，用于基于所述各相电流的电流幅值进行两两差值计算，当计算出的某一差值超出第一阈值，确认对应另一相的电流传感器故障；当任一相电流的偏置值的绝对值超出第二阈值，则确认对应相的电流传感器故障；当任一相电流的谐波幅值超出第三阈值，和/或相位超出第四阈值，则确认对应相的电流传感器故障。

优选地，所述故障确定模块执行以下步骤：

优选地，还包括：

处理模块，用于当确定任一相的电流传感器故障，则上报电流传感器采样故障；当确定所有相的电流传感器无故障，则利用控制模块对所述实时三相电流进行偏移修正。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供的电驱动系统相电流传感器故障诊断方法，控制电机在预设转速范围内工作时，传感器采集各相电流，而后通过对三相电流滤波后计算出电流幅值与偏置值，并同时DFT计算获得各相电流的谐波幅值与相位，确认各相电流传感器是否存在故障，在确认某一相电流传感器存在故障后，可由处理模块进行即时上报，以便操作人员即时处理，解决现有技术中在电驱动系统无法及时诊断电流传感器故障造成安全隐患的问题。

附图说明

图1为本发明所述一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法实施例一的流程图；

图2为本发明所述一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法实施例一中体现根据电流幅值确认电流传感器故障的流程图；

图3为本发明所述一种电驱动系统实施例二的模块示意图。

附图标记：

6-电驱动系统；61-采集模块；62-第一计算模块；63-第二计算模块；64-故障确定模块；65-处理模块。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

实施例一：本实施例提供一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法，参阅图1，包括：

S100：设定电驱动系统的电机转速在预设范围内工作，通过电流传感器采集实时三相电流；

在本实施方式中，故障诊断功能开启并且保持电机转速阈值在一定的阈值范围(即电流频率在一定范围)时本申请进行故障诊断的前置触发条件，从而使得输出的三相电流保持相对稳定，以便通过电流传感器采集U、V、W各相电流。

S200：对所述实时三相电流进行滤波，并计算周期内各相电流的电流幅值与偏置值；

作为补充说明的，电流幅值是在某一周期内电流的最大值与最小值相对水平轴偏离的位置，具体＝(MaxFlt-MinFlt)/2，该MaxFlt为某一周期内电流最大值，MinFlt为该周期内电流最小值，偏置值是从电流的一个周期最大值与下一个周期最大值之间的差值；

在上述步骤中，所述对所述实时三相电流进行滤波，包括：

具体的，对于电流信号进行一阶低通数字滤波，滤波公式如下：

Y(n)＝a*X(n)+(1-a)*Y(n-1)其中，X为输入，Y为滤波后得到的输出值，本次的输出结果主要取决于上次的滤波输出值(即Y(n-1))，其中a为滤波系数，可设置为可标定参数；它决定新采样值在本次滤波结果中所占的权重。

S300：对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各相电流的谐波幅值与相位；

具体的，离散傅里叶变换计算为通用的计算谐波幅值与相位的方式，所述对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各个相电流的谐波幅值与相位，包括：

上述步骤中，预设傅里叶变换公式设为：

其中，k＝0，1，2,……，N-1。

上述t为时间变量；k表示索引，正在测试的频率索引；N表示采样次数；三相电流的原始定义为Iu＝Im*cos(ωt)；Iv＝Im*cos(ωt-2π/3)；Iw＝Im*cos(ωt+2π/3)；其中Im为采集的输入电流的幅值，ω为输入电流的角频率。

具体的，所述通过三角变换计算获得所述相电流的谐波幅值与相位，包括：在所述相电流某一频率下将每个采样点的模拟信号与余弦函数相乘后加和，获得对应频率下的余旋分量；在所述相电流某一频率下将每个采样点的模拟信号与正弦函数相乘后加和，获得对应频率下的正旋分量；根据所述相电流中各个频率下的余旋分量和正旋分量计算谐波幅值与相位。

具体的，上述傅里叶变换通过三角变换计算获得所述相电流的谐波幅值与相位的步骤包括：将电流信号每个采样点的x(n),与cos(2π*kn/N)相乘；k＝0；n＝0,1,2,…N-1将上述所有结果加在一起，这就是k为0的余旋分量；将信号每个点的x(n)与sin(2π*kn/N)相乘；k＝0；n＝0,1,2,…N-1；将前述所有结果加在一起，这就是k为0的正旋分量；K＝1,2,…不断重复步骤1～4的计算，直到k＝N-1。基于前述运算并进行数学变换，可获得如下表达：X[k]＝Xcos[k]+j*Xsin[k]；令A＝Xcos[k]；B＝Xsin[k]；在频率为k的幅值

即上述谐波幅值；相位为Phase[k]＝arctan(A/B)。

S400：基于所述各相电流的电流幅值进行两两差值计算，当计算出的某一差值超出第一阈值，确认对应另一相的电流传感器故障；当当任一相电流的偏置值的绝对值超出第二阈值，和/或任一相电流的谐波幅值超出第三阈值，和/或任一相电流的相位超出第四阈值，则确认对应相的电流传感器故障。

在本实施方式中，将得到的每相的电流幅值进行两两作差，将差值同设定的第一阈值进行比较，当超出第一阈值，触发幅值超限故障标志位置1(未超出则幅值超限故障标志位置为0)，而后将得到的幅值故障检测标志位进行逻辑判断(通过三相幅值检测标志位三路表决)，确认具体发生故障的那一路相电流传感器；同时得到的偏置值的绝对值与设定阈值(第二阈值)进行比较，判断是否存在偏置故障；经过DFT计算后的三相电流谐波幅值最大的频率(即上述谐波幅值)去和第三阈值比较，并取三相电流的对应的基波相位与第四阈值比较进行故障，去确认是否存在故障。

具体的，上述触发幅值超限故障标志位置1(参阅图2)，表现为在基于所述各个相电流的电流幅值进行两两差值计算后，包括：当计算出的任一差值超出第一阈值，则确定电流传感器故障。即，当触发幅值检测故障标志位置1，则表示电流传感器存在故障，但此时不确定是哪一相电流传感器存在故障，可如上述通过三相幅值检测标志位三路表决确定。

上述通过三相幅值检测标志位三路表决，具体的，即所述当计算出的某一差值超出第一预设阈值，确认对应另一相的电流传感器故障，包括：当U相电流与V相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定W相的电流传感器故障；当U相电流与W相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定V相的电流传感器故障；当V相电流与W相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定U相的电流传感器故障。

在上述实施方式中，在确认三相的电流传感器是否存在故障后，还包括以下步骤S500：当确定任一相的电流传感器故障，则上报电流传感器采样故障；当确定所有相的电流传感器无故障，则利用控制模块对所述实时三相电流进行偏移修正。

作为说明的是，通过上述当诊断出任一电流传感器故障，则可上报故障，以便操作人员即时处理，而当所有电流传感器均处于正常状态，则无需处理，以正常状态下运行，利用控制模块对所述实时三相电流进行偏移修正采用常用的修正方式，包括但不限于查表获得修正值，或采用预设函数进行实时修正等。

在上述步骤中，电流幅值异常时，由于上述三相幅值检测标志位三路表决，可根据电流幅值确定具体是哪相电流传感器异常，同时还通过计算出的偏置值、谐波幅值与相位确定是否存在其他故障，无需复杂的数学计算就可以对电流传感器进行相关故障诊断，占用软件的负载较低，适用于低成本方案。同时本实施方式使得电机转速在预设范围内工作后采集相电流，可以在较宽的转速范围内对实时运行的电驱系统进行传感器故障的诊断。

实施例二：本实施例提供一种电驱动系统6，参阅图3，包括：

采集模块61，用于设定电驱动系统的电机转速在预设范围内工作，通过电流传感器采集实时三相电流；具体的，采集U、V、W各相电流。

第一计算模块62，用于对所述实时三相电流进行滤波，并计算周期内各相电流的电流幅值与偏置值；具体的，采用预设滤波系数进行一阶低通数字滤波。

第二计算模块63，用于对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换(DFT)计算，获得各相电流的谐波幅值与相位；

故障确定模块64，用于基于所述各相电流的电流幅值进行两两差值计算，当计算出的某一差值超出第一阈值，确认对应另一相的电流传感器故障；当任一相电流的偏置值的绝对值超出第二阈值，则确认对应相的电流传感器故障；当任一相电流的谐波幅值超出第三阈值，和/或相位超出第四阈值，则确认对应相的电流传感器故障。

具体的，所述故障确定模块执行以下步骤：

即，当任一差值超出第一阈值，触发幅值检测故障标志位置1，则表示电流传感器存在故障，但此时不确定是哪一相电流传感器存在故障，可通过三相幅值检测标志位三路表决确定，具体的操作如下，所述故障确定模块执行以下步骤：

具体的，还包括：

处理模块65，用于当确定任一相的电流传感器故障，则上报电流传感器采样故障；当确定所有相的电流传感器无故障，则利用控制模块对所述实时三相电流进行偏移修正。

在上述实施方式中，在采集模块控制传感器采集各相电流，而后通过第一计算模块对三相电流滤波后计算出电流幅值与偏置值，并同时通过第二模块DFT计算获得各相电流的谐波幅值与相位，基于第一计算模块和第二计算模块获得的电流幅值与偏置值、谐波幅值与相位在故障确定模块与预设阈值(第一阈值、第二阈值、第三阈值或第四阈值)进行比对，从而确认各相电流传感器是否存在故障，具体的，包括通过任意两相电流幅值差值确定另一相电流传感器是否存在故障、各相偏置值是否超出阈值来确认是否存在故障等，最后，在确认某一相电流传感器存在故障后，可由处理模块进行即时上报，以便操作人员即时处理，解决现有技术中在电驱动系统无法及时诊断电流传感器故障造成安全隐患的问题，而无故障的电流传感器则继续用于电驱动系统中。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种电驱动系统相电流传感器故障诊断方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述当计算出的某一差值超出第一预设阈值，确认对应另一相的电流传感器故障，包括：

当U相电流与V相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定W相的电流传感器故障；

当U相电流与W相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定V相的电流传感器故障；当V相电流与W相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定U相的电流传感器故障。

3.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，在基于所述各个相电流的电流幅值进行两两差值计算后，包括：

4.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述对所述实时三相电流进行滤波，包括：

5.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述对所述实时三相电流进行离散傅里叶变换计算，获得各个相电流的谐波幅值与相位，包括：

6.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，还包括：

当确定任一相的电流传感器故障，则上报电流传感器采样故障；

7.一种电驱动系统，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的电驱动系统，其特征在于，所述故障确定模块执行以下步骤：当U相电流与V相电流的电流幅值差值超出第一阈值，确定W相的电流传感器故障；

9.根据权利要求7所述的电驱动系统，其特征在于，所述故障确定模块执行以下步骤：当计算出的任一差值超出第一阈值，则确定电流传感器故障。

10.根据权利要求7所述的电驱动系统，其特征在于，还包括：