CN104793162A - 电机驱动***电流传感器故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机驱动***电流传感器故障诊断方法，利用电流传感器检测三相电机的相电流并进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；计算一电流传感器检测得到的相电流从峰值时刻开始的一个相电流周期内的各累积电流值I′_M，并计算正弦度Q_M，Q_M=I² _M+I′_M ²,如果该个相电流周期内正弦度超过正弦度阈值范围的较多次，则判断该相电流非正弦，该电流传感器存在严重或精度故障。本发明的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，利用两个电流传感器即可实现电流传感器本身的故障诊断，节省成本。

Description

电机驱动***电流传感器故障诊断方法

技术领域

本发明涉及电机技术，特别涉及一种电机驱动***电流传感器故障诊断方法。

背景技术

电动（纯电动或混合动力）汽车电机驱动***主要包括电机、电机控制器与相关控制电路。电动汽车扭矩控制由电流闭环控制实现，故电流传感器故障将会对扭矩控制产生直接影响。电流传感器故障主要分为两类：严重故障与精度故障。严重故障主要包括：电流传感器短路、断路、恒值等；而精度故障包括：电流传感器偏置、漂移、比例故障等。

由于电机电流与扭矩安全直接相关，故电动汽车用电流传感器需较高的诊断覆盖率。为保证高等级扭矩安全需求，现有电动汽车电机驱动***多采用三个电流传感器（其中二个实现扭矩控制功能，第三个冗余），利用基尔霍夫电流定律（即电机三相电流和为0的原理）来解决单个电流传感器的故障诊断。该方案虽提高了扭矩安全等级，但由于需要三个电流传感器，成本增加较多。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电机驱动***电流传感器故障诊断方法，利用二个电流传感器即可实现电流传感器本身的故障诊断，节省成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，采用的技术方案是：利用电流传感器检测三相电机的相电流；

对电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；

计算一电流传感器检测得到的相电流从峰值时刻开始的一个相电流周期内的各累积电流值，并计算正弦度，Q_M=I² _M+I′_M ²,如果该个相电流周期内的N个正弦度，有多于P个正弦度超过正弦度阈值范围，则判断该相电流非正弦，该电流传感器存在严重或精度故障；I′_M为到该相电流周期内的第M个采样点的累积电流值，I_M为该相电流周期内的第M个采样值,I_k为在该个相电流周期内的第k个采样值,k为从1到M的正整数，Q_M为该个相电流周期内的第M个正弦度，P为小于N的正整数。

较佳的，利用第一个电流传感器、第二个电流传感器两个电流传感器分别检测三相电机任意两相的电流；

对第一个电流传感器检测得到的相电流、第二个电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；

计算一个相电流周期内的N个相电流幅值，式中，A(M)为该相电流周期内的第M个相电流幅值，I_UM为第一个电流传感器检测得到的相电流在该相电流周期内的第M个采样，I_WM为第二个电流传感器检测得到的相电流在该相电流周期内的第M个采样，N为正整数，M从1到N的正整数；

如果一个相电流周期内的N个相电流幅值，有多于Q个相电流幅值超出相平衡阀值范围，Q为小于N的正整数，则判断发生相电流不平衡，电流传感器存在严重或精度故障。

较佳的，在一个相电流周期内，如果一个电流传感器检测得到的相电流的采样值一直为恒定值，则判断该电流传感器不合理，该电流传感器存在严重故障。

较佳的，所述电机驱动***，为电动汽车的电机驱动***。

本发明的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，计算一电流传感器检测得到的电流从峰值时刻开始的一个周期内的各累积电流值，利用积分方法进行单相电流正弦度诊断，判断该电流传感器是否存在严重或精度故障，可以精确诊断具体电流传感器本身的故障。本发明的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，所述电机驱动***为电动汽车的电机驱动***时，利用两个电流传感器即可实现电流传感器本身的故障诊断，并实现扭矩安全控制，节省了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是电机驱动***结构图；

图2是电机二相电流平衡性幅值相量原理图；

图3电机相电流无谐波时的平衡性仿真波形；

图4是利用积分方法进行单相电流正弦度诊断的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

电机驱动***如图1所示，包括电机、电机控制器、故障辨识与控制单元、驱动电路、以及电流传感器，电流传感器检测三相电机的相电流，故障辨识与控制单元根据电流传感器的电流检测值对电流传感器本身进行故障诊断。

电机驱动***电流传感器故障诊断方法：

利用电流传感器检测三相电机的相电流；

对电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；

计算一电流传感器检测得到的相电流从峰值时刻开始（峰值时刻既可选定在正向峰值，也可选择负向峰值）的一个相电流周期内的各累积电流值，并计算正弦度，Q_M=I² _M+I′_M ²,如果该个相电流周期内的N个正弦度非恒定（即有多于P个正弦度超过正弦度阈值范围，P为小于N的正整数，正弦度阈值范围由匹配取得），则判断该相电流非正弦，该电流传感器存在严重或精度故障；I′_M为到该相电流周期内的第M个采样点的累积电流值，I_M为该相电流周期内的第M个采样值,I_k为在该个相电流周期内的第k个采样值,I₁为该个相电流周期内峰值时刻的电流采样值，k为从1到M的正整数，Q_M为该个相电流周期内的第M个正弦度。

一个相电流周期内的采样点数N，根据经验与实际需要确定。

实施例一的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，计算一电流传感器检测得到的电流从峰值时刻开始的一个周期内的各累积电流值，利用积分方法进行单相电流正弦度诊断，判断该电流传感器是否存在严重或精度故障，可以精确诊断具体电流传感器本身的故障。实施例一的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，所述电机驱动***为电动汽车的电机驱动***时，利用两个电流传感器即可实现电流传感器本身的故障诊断，并实现扭矩安全控制，节省了成本。

利用积分方法进行单相电流正弦度诊断的原理如图5所示，在一个相电流周期内，从电流峰值时刻开始记录相电流的采样结果，计算一电流传感器检测得到的电流从峰值时刻开始的一个周期内的各累积电流值，并计算正弦度。

正弦度验证的理论证明如下：

${\∫}_0^{\mathrm{\φ}}\cos \mathrm{\θd\θ}=\sin \mathrm{\φ}---\left(1\right)$

从最大值点开始积分，这样对于以后的每一个cosφ，都能求出sinφ，然后根据sin²φ+cos²φ=1，可判断是否为正（余）弦波。

上述方法成立的充要条件是下面微分方程的解为余（正）弦。

(y′)²+y²=1  （2）

显然y=1是其一特解，当y≠1时

$y^{\′}=\±\sqrt{1-y^2}---\left(3\right)$

$\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}=\±\sqrt{1-y^2}---\left(4\right)$

$\frac{\mathrm{dy}}{\±\sqrt{1-y^2}}=\mathrm{dx}---\left(5\right)$

令y=cosθ，则（5）式可表示为：

$\frac{-\sin \mathrm{\θd\θ}}{\±\sin \mathrm{\θ}}=\mathrm{dx}---\left(6\right)$

即±dθ=dx

$\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dx}}=\±1---\left(7\right)$

所以θ=±x+C，故y=cos(±x+C)为余（正）弦。满足（2）式的函数除特解外，一定为正弦函数的命题得到了证明。

实施例二

基于实施例一的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，利用第一个电流传感器、第二个电流传感器两个电流传感器分别检测三相电机任意两相的电流；

对第一个电流传感器检测得到的相电流、第二个电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；

计算一个相电流周期内的N个相电流幅值，式中，A(M)为该相电流周期内的第M个相电流幅值，I_UM为第一个电流传感器检测得到的相电流在该相电流周期内的第M个采样，I_WM为第二个电流传感器检测得到的相电流在该相电流周期内的第M个采样，N为正整数，M从1到N的正整数；

如果一个相电流周期内的N个相电流幅值非恒定（即有多于Q个相电流幅值超出相平衡阀值范围，Q为小于N的正整数，相平衡阈值范围由匹配取得），则判断发生相电流不平衡，电流传感器存在严重或精度故障。

图2是二相平衡时，电机U、W二相电流的幅值相量原理图，由该图很容易发现，与在相位上相差90°，的幅值是的倍，假设相电流幅值为A，则 $I_U+I_W=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_U+{\stackrel{\·}{I}}_W)=\frac{A}{2},$ $I_U+I_W=\mathrm{Re}({\stackrel{\·}{I}}_U-{\stackrel{\·}{I}}_W)=\frac{3A}{2},$ Re为取相量实部运算，则(I_U+I_W)²+(I_U-I_W)²/3=A²。在一个相电流周期内，二个电流传感器检测得到的相电流的第M个采样分别为I_UM、I_WM，进行如下运算：并记录A(M)，如果一个相电流周期内的A(M)运算结果非恒定，或者在一个相电流周期内的A(M)运算结果超过平衡阈值范围的次数较多时，则可判断发生相电流不平衡。

电机相电流无谐波时的平衡性仿真波形如图3所示，可以看出此时A²(M)运算结果为恒定值，即A(M)为恒定值。

实施例二的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，还可以根据两个电流传感器检测得到的任意两相的电流值，对电机驱动***进行相电流平衡性诊断，进而发现电流传感器本身的严重故障或精度故障问题。

实施例三

基于实施例二的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，步骤三中，在一个相电流周期内，如果一个电流传感器检测得到的相电流的采样值一直为恒定值，如：±Imax，或介于±Imax之间的某一恒定值，则判断该电流传感器不合理，该电流传感器存在严重故障。

需说明的是，在特殊工况，如堵转或扭矩指令大范围波动工况，可以先禁止电流传感器精度故障诊断（即禁用平衡性与正弦度诊断），而仅对单个电流传感器的严重故障进行诊断（即仅开启单相电流合理性诊断，堵转工况可由电机位置传感器得知），以避免误报诊断故障。由于堵转或扭矩指令大范围波动的持续时间有限，故电流传感器的精度故障问题，可在相电流稳定后检测出来，这部分延迟一般可以接受。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种电机驱动***电流传感器故障诊断方法，其特征在于，利用电流传感器检测三相电机的相电流；

对电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；

计算一电流传感器检测得到的相电流从峰值时刻开始的一个相电流周期内的各累积电流值，并计算正弦度，Q_M=I² _M+I′_M ²,如果该个相电流周期内的N个正弦度，有多于P个正弦度超过正弦度阈值范围，则判断该相电流非正弦，该电流传感器存在严重或精度故障；I′_M为到该相电流周期内的第M个采样点的累积电流值，I_M为该相电流周期内的第M个采样值,I_k为在该个相电流周期内的第k个采样值,k为从1到M的正整数，Q_M为该个相电流周期内的第M个正弦度，P为小于N的正整数。

2.根据权利要求1所述的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，其特征在于，

利用第一个电流传感器、第二个电流传感器两个电流传感器分别检测三相电机任意两相的电流；

对第一个电流传感器检测得到的相电流、第二个电流传感器检测得到的相电流进行采样，一个相电流周期内的采样点数为N；

计算一个相电流周期内的N个相电流幅值，式中，A(M)为该相电流周期内的第M个相电流幅值，I_UM为第一个电流传感器检测得到的相电流在该相电流周期内的第M个采样，I_WM为第二个电流传感器检测得到的相电流在该相电流周期内的第M个采样，N为正整数，M从1到N的正整数；

如果一个相电流周期内的N个相电流幅值，有多于Q个相电流幅值超出相平衡阀值范围，Q为小于N的正整数，则判断发生相电流不平衡，电流传感器存在严重或精度故障。

3.根据权利要求进行2所述的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，其特征在于，

在一个相电流周期内，如果一个电流传感器检测得到的相电流的采样值一直为恒定值，则判断该电流传感器不合理，该电流传感器存在严重故障。

4.根据权利要求进行1、2或3所述的电机驱动***电流传感器故障诊断方法，其特征在于，

所述电机驱动***，为电动汽车的电机驱动***。