CN111024999B

CN111024999B - 相电流计算方法和计算模块及其故障诊断方法和故障诊断***

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Publication number: CN111024999B
Application number: CN201911251469.1A
Authority: CN
Inventors: 肖志锋; 杜春洋; 罗毅; 高锋健; 董万里; 李兵; 张宗哲
Original assignee: Shanghai Automotive Industry Corp Group; DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd
Current assignee: SAIC Motor Corp Ltd; DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: CN111024999A

Abstract

本发明公开了一种相电流故障诊断方法，包括若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数减少第一预设值，若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；若采样相电流和计算相电流方向相同，两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，且持续时间大于时间诊断阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；若采样相电流和计算相电流方向相反，且两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数增加第二预设值，若第一故障诊断计数大于等于第一故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式。本发明还公开了一种相电流计算方法和一种计算模块及一种故障诊断***。

Description

相电流计算方法和计算模块及其故障诊断方法和故障诊断 ***

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于多相永磁同步电机的相电流计算方法。本发明还涉及一种用于多相永磁同步电机的相电流计算模块。以及，一种用于多相永磁同步电机的相电流故障诊断方法。本发明还涉及一种用于多相永磁同步电机的相电流故障诊断***。

背景技术

在传统三相永磁同步电机(在以下描述中，所涉及的“电机”均指“永磁同步电机”)的电流闭环控制中，电子控制器是通过电流传感器直接采样或者精密电阻间接差分采样获取的。电流传感器和精密电阻价格是昂贵的。为了电机控制器节约成本，电机相电流不需要每相都采样，可以分时重构或计算的方式得出三相电流。例如，使用一个电流传感器或精密电阻，通过分时采样来重构的方式，得出电机三相电流；或者使用两个电流传感器或精密电阻，分别采样电机两相电流，再根据电机三相电流和为零的原理计算重构出第三相电流。相电流分时重构或计算方式可以拓展至多相电机，同样适用。随着电机相数的增加，精密电阻或电流传感器的数量也会相应的增加。总之，为节约硬件成本，相电流采样电路的个数(精密电阻或电流传感器的数量)通常少于电机相数。

目前，汽车智能无人驾驶对车载关键安全电子部件，如电动助力转向***，要求是故障可操作的(Fail Operational)。对于车载电机，如电动助力转向***用的助力电机，必须绕组冗余，即将电机变成多相，如六相电机、十二相电机等等。

然而，为了满足ISO26262功能安全要求，电子控制器的电机相电流采样的汽车安全完整性等级(ASIL)必须达到D级，即ASIL-D。这就要求电子控制器在相电流采样的同时，必须能够诊断出相电流的正确与否。一般地，为满足功能安全要求，电子控制器不能使用少于电机相数的电流采样电路和通过分时重构计算得到电机每相电流，而是需要采样每一相电流，例如，六相电机的硬件则需要使用六路电流采样电路(六颗电流传感器或精密电阻)，分别采样电机六相电流，再根据电机六相电流和为零的方式诊断电流采样是否正确。但是，这种方式随着电机相数增加，电子控制器硬件成本也增加剧烈。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明要解决的技术问题是提供一种至少能满足ISO26262功能安全要求的前提下，能使用少于电机相数的电流采样电路计算电机相电流的方法。

本发明还提供了一种至少能满足ISO26262功能安全要求的前提下，能使用少于电机相数的电流采样电路计算电机相电流的模块。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种利用所述电机相电流方法对多相永磁同步电机相电流进行冗余校验的故障诊断方法。

本发明还提供了一种利用所述电机相电流计算模块对多相永磁同步电机相电流进行冗余校验的故障诊断***。

为解决上述技术问题，本发明提供的相电流计算方法，包括以下步骤：

S1，获取电机的采样相电流；

S2，获取电机相线PWM高电平电压、高电平时间和PWM周期；

S3，计算电机相电压；

S4，获取电机角度和电角速度；

S5，计算获得电机的计算相电流。

可选择的，进一步改进所述的相电流计算方法，实施步骤S1时，采用分时采样重构或计算获取电机的采样相电压。

可选择的，进一步改进所述的相电流计算方法，实施步骤S3时，采用下述公式计算电机相电压；

U_N表示相电压，R_N1、R_N2和R_N3表示相电压采样电路每一相上不同分压电阻，T_PwmN表示PWM周期的高电平时间，t_OnN表示PWM周期，V_InN输入相电压，N表示相编号。

可选择的，进一步改进所述的相电流计算方法，实施步骤S5时，采用下述公式计算获得电机的计算相电流；

i_N表示相电流，U_N表示相电压，ω_e表示电角速度，θ表示电气角度，δ表示相位差，ψ_f表示转子磁链，R_s表示电机相电阻，L_s表示电机等效相电感、G_N(s)表示传递函数，s表示拉普拉斯变换的复变量。

本发明提供一种相电流计算模块，包括：

参数获取模块，其适用于获取电机的采样相电流、电机相线PWM高电平电压、高电平时间、PWM周期、电机角度和电角速度；

计算模块，其利用参数获取模块获取的电机参数计算电机的计算相电流。

可选择的，进一步改进所述的相电流计算模块，参数获取模块采用分时采样重构或计算获取电机的采样相电压。

可选择的，进一步改进所述的相电流计算模块，计算模块采用下述公式计算电机相电压；

可选择的，进一步改进所述的相电流计算模块，计算模块采用下述公式计算获得电机的计算相电流；

i_N表示相电流，U_N表示相电压，ω_e表示电角速度，θ表示电气角度，δ表示相位差，ψ_f表示转子磁链，R_s表示电机相电阻，L_s表示电机等效相电感，G_N(s)表示传递函数，s表示拉普拉斯变换的复变量。

本发明提供一种利用所述相电流计算方法的相电流故障诊断方法，包括以下步骤：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数减少第一预设值，直至第一故障诊断计数减少为零，若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；即，采样电流与实际电机相电流是一致的，电子控制器控制电机相电流是正常的。

若采样相电流和计算相电流方向相同，两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，且持续时间大于时间诊断阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；电机实际有可能表现出力矩方向与***需求力矩方向相反，电机抖动失控等现象；在这种情况下，***需要该故障快速诊断触发，使***进入故障安全模式；

若采样相电流和计算相电流方向相反，且两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数增加第二预设值，若第一故障诊断计数大于等于第一故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式。

可选择的，进一步所述的相电流故障诊断方法，还包括以下步骤：

若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，进一步诊断计算采样相电流和计算相电流偏差绝对值；

若所述偏差绝对值小于第二电流故障诊断阈值，则第二故障诊断计数减少第三预设值，直至第二故障诊断计数减少为零；

若所述偏差绝对值大于等于第二电流故障诊断阈值，则第二故障诊断计数增加第四预设值；

若第二故障诊断计数小于第二故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；

若第二故障诊断计数大于等于第二故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若第二故障诊断计数小于第二故障诊断计数阈值，进一步诊断对每相电流偏差做积分累加；

若每预设时长内所述积分累加大于等于第三电流故障诊断阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若每预设时长内所述积分累加小于第三电流故障诊断阈值，电机相电流正常。

可选择的，进一步所述的相电流故障诊断方法，第一预设值小于第二预设值。

可选择的，进一步所述的相电流故障诊断方法，100A＝B，A表示第一预设值，B表示第二预设值。

可选择的，进一步所述的相电流故障诊断方法，第三预设值小于第四预设值。

可选择的，进一步所述的相电流故障诊断方法，2C＝D，C表示第三预设值，D表示第四预设值。

本发明提供一种利用所述相电流计算模块的相电流故障诊断***，包括：

相电流计算模块，其适用于获取电机的采样相电流，并计算电机的计算相电流；

判断模块，其适用于根据电机的采样相电流和电机的计算相电流，按第一规则电机判断相电流故障诊断正常或记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式。

可选择的，进一步改进所述的相电流故障诊断***，所述第一规则包括：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数器减少第一预设值，直至第一故障诊断计数减少为零，若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；

若采样相电流和计算相电流方向相同，两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，且持续时间大于时间诊断阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若采样相电流和计算相电流方向相反，且两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数器增加第二预设值，若第一故障诊断计数大于等于第一故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式。

可选择的，进一步改进所述的相电流故障诊断***，所述第一规则还包括：

若每预设时长内所述积分累加小于第三电流故障诊断阈值，则判断采样相电流正常。

可选择的，进一步改进所述的相电流故障诊断***，第一预设值小于第二预设值。

可选择的，进一步改进所述的相电流故障诊断***，100A＝B，A表示第一预设值，B表示第二预设值。

可选择的，进一步改进所述的相电流故障诊断***，第三预设值小于第四预设值。

可选择的，进一步改进所述的相电流故障诊断***，2C＝D，C表示第三预设值，D表示第四预设值。

本发明用于多相永磁同步电机的相电流计算原理如下：

本发明所述的计算，本质上可以理解为一种估算。由于本发明计算所利用的电机状态为理想电机，在现实中电机会受到各种干扰因素，无法完美实现理想电机。因此，实际结果与计算结果略有偏差，但这种偏差也是一种自然界的客观规律，不影响本发明技术方案的技术效果。

假设多相电机为理想电机，多相对称、平衡，每相电阻、电感、磁链相同且不随温度变化。忽略漏感和磁路饱和。在多相静止坐标系下，永磁同步电机电压平衡方程：

式(1)中，U₁、U₂……U_N(N＝1、2、3……)分别为第1、2、……N相电压，单位为伏特(V)；i₁、i₂……i_N分别为1、2、……N相电流，单位为安培(A)，ω_e为电角速度，单位为弧度每秒(rad/s)；θ为电气角度，单位为弧度(rad)；δ为相位差，单位为弧度(rad)，如三相电机为

Ψ_f为转子磁链，单位为韦伯(Wb)；R_s为电机相电阻，单位为欧姆(Ω)；L_s为电机等效相电感，单位为亨利(H)。

由于计算第1、2……N相电流，则i₁、i₂……i_N为输出量，U₁、U₂……U_N、ω_e、θ为输入量，Ψ_f、R_s、L_s为电机参数。计算相电流的传递函数如下：

电子控制器为离散***。因此，需要对等式(2)右侧进行离散化，如下：

式(3)中：

等式(2)右侧离散化后，如式(3)，可由如图1所示的离散模型表示，图中输入信号为U_x-ω_eψ_fcosθ_x，(x＝1、2……N)，即为式(2)左侧分母部分，θ₁、θ₂……θ_N表示如式(5)：

图1中输出信号为计算的三相电流i_x，(x＝1、2……N)，即为式(2)左侧分子部分。

如式(4)，分别为式(2)右侧离散化后，输入信号增益和输出信号滞后增益。

在式(2)中，对于一台成品电机，电机参数Ψ_f、R_s、L_s、δ为已知量，ω_e、θ可由电机转子位置传感器反馈。那么，电子控制器只需要采样U₁、U₂……U_N相电压，即可通过图1的离散模型，计算出相电流i₁、i₂……i_N。

首先，需要声明的是本发明技术方案的实现并不限定于必须依赖于图2-图4所示的电路结构(驱动电路、相电压采样电路和相线PWM捕获电路)才能实现。图2-图4所示的电路结构是示例性的，用于说明本发明的原理。本领域技术人员可以在符合本发明原理的前提下应用其他的电路结构实现本发明，只要其所利用的电路结构能提供实现本发明所需要的参数即可。因此，图2-图4所示的电路结构不应被理解为限定本发明实施的条件。

本发明用于多相永磁同步电机的相电流故障诊断原理如下：

永磁同步电机的每相驱动电路是由两颗功率器件(MOSFET或IGBT)组成的。N相就由2N颗功率器件组成的多相逆变器，如图2所示。微处理器(MCU)输出PWM信号经过栅极驱动电路放大后驱动多相逆变器，实现电机相电压调节。因此，MCU需要捕获电机相线的PWM周期、高电平时间以及采样相线PWM高电平电压，通过相线PWM周期、高电平时间以及高电平电压来计算电机多相电压(U₁、U₂……U_N)。电机相电压属于强电平PWM，需要分别经过相电压采样电路和相线PWM捕获电路才能被微处理器(MCU)采样和捕获。微处理器(MCU)通过模数转换单元采样相线PWM高电平电压值；通过PWM脉冲捕获单元捕获PWM周期、高电平时间。

相电压采样电路如图3所示，VBUS为直流母线电压，单位为伏特(V)；R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₂₁、R₂₂、R₂₃……R_N1、R_N2、R_N3为分压电阻，单位为欧姆(Ω)；C₁、C₂……C_N为滤波电容，单位为法拉(F)。模数转换单元在PWM高电平时刻触发采样，得到微处理(MCU)入口处相电压V_In1、V_In2……V_InN，单位为伏特(V)。

相线PWM捕获电路如图4所示，VCC为微处理器(MCU)供电电压，单位为伏特(V)；R₀、R₁、R₂……R_N为电阻，单位为欧姆(Ω)；D₁、D₂……D_N为二极管。PWM脉冲捕获单元捕获PWM周期(T_Pwm1、T_Pwm2……T_PwmN)和高电平时间(t_On1、t_On2……t_OnN)，两者单位为秒(s)。

那么，电机相电压(U、U₂……U_N)可由式(6)计算得出。

最后，联立式(2)和式(6)，并根据图1(即式2)离散化，即可计算出电机相电流：i₁、i₂……i_N。

电子控制器上是有电机相电流采样电路的。为了节约硬件成本，电子控制器使用少于电机相数的电流传感器或精密电阻，通过分时重构计算的方式，得出电机相电流。也就是说，电子控制器的电流采样方案不能直接诊断电流是否正确，是不满足ISO26262功能安全要求的。

本发明的相电流故障诊断是利用本发明的电机相电流计算得到的计算电流来诊断电子控制器电流采样电路得到的采样电流＝是否正确。诊断目的是为了使电子控制器的电机相电流采样满足ISO26262功能安全要求，并且汽车功能安全完整性等级达到ASIL-D。

本发明提供的多相永磁同步电机相电流计算方法/***，其可以采用常规电阻、电容以及二极管组成的硬件电路实现，相较于增加电流采样电路(电流传感器电路或精密电阻差分采样电路)，有效节约了电子控制器硬件成本。随着电机相数增加，硬件成本节约更为明显，具备良好的经济效益。本发明提供的相电流冗余校验诊断方法，使用电机相电流计算方法得到的计算电流来诊断相电流采样电路得到的采样电流正确与否，最终使电子控制器的电机相电流采样满足ISO26262功能安全要求，汽车安全完整性等级达到了ASIL-D，又可仍保持使用少于电机相数的电流采样电路，节约控制器硬件成本，增加产品市场竞争力。

附图说明

本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明相电流估算离散模型示意图。

图2是永磁同步电机驱动电路示意图。

图3是电机相电压采样电路一可行实施例的结构示意图。

图4是电机相线PWM捕获电路示意图。

图5是本发明电机相电流冗余校验故障诊断流程图示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。

应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。

本发明提供的相电流计算方法第一实施例，利用图3所示电机相电压采样电路和图4所示电机相线PWM捕获电路实现，包括以下步骤：

S1，采用分时采样重构或计算获取电机的采样相电压；

S2，获取电机相线PWM高电平电压、高电平时间和PWM周期；

S3，计算电机相电压；

S4，获取电机角度和电角速度；

S5，计算获得电机的计算相电流。

本发明提供的相电流计算方法第二实施例，在上述相电流计算方法第一实施例基础上进一步改进；

实施步骤S5时，采用下述公式计算电机相电压；

采用下述公式计算获得电机的计算相电流；

本发明提供一种相电流计算模块第一实施例，其配合利用图3所示电机相电压采样电路和图4所示电机相线PWM捕获电路使用，包括：

其中，参数获取模块采用分时采样重构或计算获取电机的采样相电压。

计算模块采用下述公式计算电机相电压；

U_N表示相电压，R_N1、R_N2和R_N3表示相电压采样电路每一相上不同分压电阻，T_PwmN表示PWM周期的高电平时间，t_OnN表示PWM周期，V_InN输入相电压，N表示相编号；

计算模块采用下述公式计算获得电机的计算相电流；

本发明提供一种利用所述相电流计算方法的相电流故障诊断方法第一实施例，包括以下步骤：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数减少第一预设值，直至第一故障诊断计数减少为零，若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；

本发明提供一种利用所述相电流计算方法的相电流故障诊断方法第二实施例，包括以下步骤：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数减少第一预设值，直至第一故障诊断计数减少为零；

若采样相电流和计算相电流方向相反，且两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数增加第二预设值，若第一故障诊断计数大于等于第一故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则计算采样相电流和计算相电流偏差绝对值；

若第二故障诊断计数小于第二故障诊断计数阈值，电机相电流正常；

若第二故障诊断计数大于等于第二故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式。

如图5所示，本发明提供一种利用所述相电流计算方法的相电流故障诊断方法第三实施例，包括以下步骤：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值TH1或-TH1，则第一故障诊断计数E_x(x＝1、2……n)和减少第一预设值，直至第一故障诊断计数E_x减少为零；

若采样相电流和计算相电流方向相同，两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值TH1或-TH1，且持续时间大于时间诊断阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；电机实际有可能表现出力矩方向与***需求力矩方向相反，电机抖动失控等现象；在这种情况下，***需要该故障快速诊断触发，使***进入故障安全模式；

若采样相电流和计算相电流方向相反，且两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值TH1或-TH1，则第一故障诊断计数E_x增加第二预设值，若第一故障诊断计数大于等于第一故障诊断计数阈值T1，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若第一故障诊断计数E_x小于第一故障诊断计数阈值T1，则计算采样相电流和计算相电流偏差绝对值∑ΔC_m＝|I_x-i_X|,(m＝1、2……n)；

若所述偏差绝对值小于第二电流故障诊断阈值TH2，则第二故障诊断计数F_x(x＝1、2……n)减少₎第三预设值，直至第二故障诊断计数F_x(x＝1、2……n)减少为零；

若所述偏差绝对值大于等于第二电流故障诊断阈值TH2，则第二故障诊断计数增加第四预设值；

若第二故障诊断计数F_x大于等于第二故障诊断计数阈值T2，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若第二故障诊断计数F_x小于第二故障诊断计数阈值T2，则对每相电流偏差做积分累加；

若每预设时长T3内所述积分累加大于等于第三电流故障诊断阈值TH3，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

若每预设时长T3内所述积分累加小于第三电流故障诊断阈值TH3，电机相电流正常。

其中，第一预设值小于第二预设值。进一步优选，100A＝B，A表示第一预设值，B表示第二预设值，例如A＝1，B＝100。

其中，第三预设值小于第四预设值。进一步优选，2C＝D，C表示第三预设值，D表示第四预设值，例如C＝1，D＝2。

本发明提供一种利用所述相电流计算模块的相电流故障诊断***第一实施例，包括：

本发明提供一种利用所述相电流计算模块的相电流故障诊断***第二实施例，包括：

所述第一规则包括：若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数器减少第一预设值，直至第一故障诊断计数减少为零，若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；

所述第一规则包括：若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数器减少第一预设值，直至第一故障诊断计数减少为零；

若采样相电流和计算相电流方向相反，且两者偏差大于等于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数器增加第二预设值，若第一故障诊断计数大于等于第一故障诊断计数阈值，则记录故障信息，切断电流使电机进入故障安全模式；

本发明提供一种利用所述相电流计算模块的相电流故障诊断***第三实施例，包括：

若第二故障诊断计数小于第二故障诊断计数阈值，则对每相电流偏差做积分累加；

其中，第一预设值小于第二预设值。进一步优选，100A＝B，A表示第一预设值，B表示第二预设值。

其中，第三预设值小于第四预设值。进一步优选，2C＝D，C表示第三预设值，D表示第四预设值。

以六相永磁同步电机为例，进一步说明本发明的相电流故障诊断***；

电机六相电压采样电路，参考图3所示。电阻参数分别为：R₁₁＝R₂₁＝R₃₁＝R₄₁＝R₅₁＝R₆₁＝39000Ω，R₁₂＝R₂₂＝R₃₂＝R₄₂＝R₅₂＝R₆₂＝30000Ω，R₁₃＝R₂₃＝R₃₃＝R₄₃＝R₅₃＝R₆₃＝4700Ω。电容参数为：C₁＝C₂＝C₃＝C₄＝C₅＝C₆＝1×10^-8F。VBUS＝12V。图3可以采样得到相线PWM高电平电压：V_In1、V_In2、V_In3、V_In4、V_In5、V_In6。

电机相线PWM捕获电路，参考图4所示。电阻参数分别为：R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝100000Ω，R₀＝4700Ω。二极管D₁、D₂、D₃为肖特基二极管。VCC＝5V。图4可以捕获得到三相PWM高电平时间：T_Pwm1、T_Pwm2、T_Pwm3、T_Pwm4、T_Pwm5、T_Pwm6，以及三相PWM周期：t_On1、t_On2、t_On3、t_On4、t_On5、t_On6。

根据式(6)可以计算出三相电压：U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆。

电机电角速度ω_e和电机电角度θ可由电机转子位置传感器反馈。已知电机额定相电流为80A，相电阻R_s＝0.017Ω，相位差

相电感L_s与相电流i_x(x＝1、2、3、4、5、6)关系如表1。

相电流(i<sub>x</sub>)，单位：A	0	20	40	60	80
						相电感(L<sub>s</sub>)，单位：H	7.5×10<sup>-5</sup>	7.21×10<sup>-5</sup>	7.07×10<sup>-5</sup>	6.87×10<sup>-5</sup>	6.54×10<sup>-5</sup>

表1

式(4)以及图1中离散周期T_s＝0.0002s。

根据式(2)即图1可计算出电机三相电流：i₁、i₂、i₃、i₄、i₅、i₆。

电子控制器通过相电流采样电路采样电机三相电流，即采样电流：I₁、I₂、I₃、I₄、I₅、I₆。

根据本发明的电机相电流估算方法得到电机三相估算电流，即估算电流：i₁、i₂、i₃、i₄、i₅、i₆。

图5的诊断阈值分别为：TH1＝40A，TH2＝20A，TH3＝100A·s；T1＝2000，T2＝48，T3＝10s。

参考图5所示流程，即可实现六相永磁同步电机相电流冗余校验诊断。

这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

在除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种相电流计算方法，其用于多相永磁同步电机，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取电机的采样相电流；

S2，获取电机相线PWM高电平电压、高电平时间和PWM周期；

S3，计算电机相电压，采用以下公式；

S4，获取电机角度和电角速度；

S5，计算获得电机的计算相电流，采用以下公式；

i_N表示相电流，U_N表示相电压，ω_e表示电角速度，θ表示电气角度，ψ_f表示转子磁链，R_s表示电机相电阻，L_s表示电机等效相电感,G_N(s)表示传递函数，s表示拉普拉斯变换的复变量。

2.如权利要求1所述的相电流计算方法，其特征在于：实施步骤S1时，采用分时采样重构或计算获取电机的采样相电压。

3.一种相电流计算模块，其用于多相永磁同步电机，其特征在于，包括：

计算模块，其利用参数获取模块获取的电机参数计算电机的计算相电流；

采用下述公式计算电机相电压；

采用下述公式计算获得电机的计算相电流；

4.如权利要求3所述的相电流计算模块，其特征在于：参数获取模块采用分时采样重构或计算获取电机的采样相电压。

5.一种利用权利要求1所述相电流计算方法的相电流故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数减少第一预设值；若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；

6.如权利要求5所述的相电流故障诊断方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若所述偏差绝对值小于第二电流故障诊断阈值，则第二故障诊断计数减少第三预设值；

7.如权利要求6所述的相电流故障诊断方法，其特征在于，还包括以下步骤：

8.如权利要求5所述的相电流故障诊断方法，其特征在于：第一预设值小于第二预设值。

9.如权利要求5所述的相电流故障诊断方法，其特征在于：100A＝B，A表示第一预设值，B表示第二预设值。

10.如权利要求6所述的相电流故障诊断方法，其特征在于：第三预设值小于第四预设值。

11.如权利要求6所述的相电流故障诊断方法，其特征在于：2C＝D，C表示第三预设值，D表示第四预设值。

12.一种利用权利要求3所述相电流计算模块的相电流故障诊断***，其特征在于，包括：

相电流计算模块，其适用于获取电机的采样相电流，并计算电机的计算相电流，采用以下公式；

i_N表示相电流，U_N表示相电压，ω_e表示电角速度，θ表示电气角度，ψ_f表示转子磁链，R_s表示电机相电阻，L_s表示电机等效相电感,G_N(s)表示传递函数，s表示拉普拉斯变换的复变量；

13.如权利要求12所述的相电流故障诊断***，其特征在于，所述第一规则包括：

若采样相电流和计算相电流方向相同，且两者偏差小于第一电流故障诊断阈值，则第一故障诊断计数器减少第一预设值，若第一故障诊断计数小于第一故障诊断计数阈值，则判断采样相电流正常；

14.如权利要求13所述的相电流故障诊断***，其特征在于，所述第一规则还包括：

若所述偏差绝对值小于第二电流故障诊断阈值，则第二故障诊断计数器减少第三预设值；

若所述偏差绝对值大于等于第二电流故障诊断阈值，则第二故障诊断计数器增加第四预设值；

15.如权利要求14所述的相电流故障诊断***，其特征在于，所述第一规则还包括：

16.如权利要求13所述的相电流故障诊断***，其特征在于：第一预设值小于第二预设值。

17.如权利要求13所述的相电流故障诊断***，其特征在于：100A＝B，A表示第一预设值，B表示第二预设值。

18.如权利要求14所述的相电流故障诊断***，其特征在于：第三预设值小于第四预设值。

19.如权利要求14所述的相电流故障诊断***，其特征在于：2C＝D，C表示第三预设值，D表示第四预设值。