一种电机相电流预测与诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种电机相电流预测与诊断方法，该方法包括相电流过零检测、相电流预测和相电流故障诊断三部分。在检测到过零时刻时，计算任意一相电流下一采样时刻的电流预测值和其他两相本采样时刻的电流预测值，然后利用各相电流采样值与电流预测值之间的偏差对电流传感器进行故障诊断，并对传感器信号的准确度和可信性进行检查。本发明专利技术能够实时检测到传感器故障，在传感器故障情况下，利用预测值代替检测值输入到矢量控制系统中，保证了电机控制正常运行，同时，利用相电流预测功能实现了电流传感器工作状态监控和相互校验，提高了电机控制系统的安全性、可靠性和耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种电机相电流预测与诊断方法
本专利技术属于电机控制
，涉及一种相电流预测与诊断方法。
技术介绍
目前的电机控制装置具有逆变器设备和电机矢量控制部分。电动机一般是三相交流电机。逆变器设备通过保险丝和继电器与动力电池或与驱动车辆的其他类型电源相连。在逆变器设备和电动机之间设有电流传感器用于检测三相电流Iu、Iv、Iw。在电动机上装有检测电机位置的传感器。电机矢量控制部分使用矢量控制，通过坐标变换后获得直交轴电流，从而达到类似直流电机的磁链和转矩解耦的控制效果。一般情况下，由于整车空间有限，逆变器体积都相对较小而且电流传感器与开关器件(如IGBT)安装在同一壳体内，在工作过程中由于开关器件的频繁开关，将产生很大的电磁干扰，致使输出信号有较大的零点漂移并且耦合了噪声信号，会导致控制精度下降甚至失效。另外，在车用情况下，为保证安全可靠需要对电流传感器信号的可信性进行检查，在传感器出现故障时能够及时被检测到然后进行故障处理。因此，电流检测的准确度和可信性变得非常重要，它直接影响电机的控制性能以及系统的安全性、可靠性、耐久性。中国专利公报公开了“一种永磁同步电机无传感器控制算法”(申请号：201110413831.8，公开日：)。该方法通过估算电流补偿步骤、估算反电势滤波步骤和角速度计算步骤，对电流进行循环补偿，通过估算公式获得电机转子位置，从而控制电机。这种电机控制装置存在一个缺点就是，估算公式中用到的电机本体参数如永磁同步电机绕组电阻、绕组电感是随着温度及电机相电流不断变化的物理量，该方法并未提到对以上参数进行有效的补偿，从而影响角度估算精度及有效性，将降低电机控制精度及可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可实现电机的控制，同时能够识别电流传感器的零偏并对电流传感器故障状态进行检查和相互校验的电机相电流预测与诊断方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的电机相电流预测与诊断方法包括相电流过零检测、相电流预测和相电流故障诊断三部分，下述对各个部分进行描述，第一部分相电流过零检测包括如下步骤：步骤一：判断电流幅值是否大于设定的C值，若是则转步骤三，否则转步骤二；步骤二：将预测完成标志位FLG_est置0，然后结束程序；步骤三：判断本采样时刻的任一相A相电流采样值Ia是否大于等于零，若是则转步骤四，否则转步骤五；步骤四：判断上一采样时刻的A相电流采样值Ia(0)是否小于零，若是则转步骤六，否则转步骤五；步骤五：令Ia(0)＝Ia，然后结束程序；步骤六：将预测完成标志位FLG_est置1,此时刻为第一时刻，因此将n赋值为1，然后结束程序；第二部分相电流预测部分包括如下步骤：步骤一：判断FLG_est是否为1，若是则转步骤二，否则结束程序；步骤二：计算任意一相A相电流下一采样时刻T(n+1)A相电流预测值Ia(n+1)est和其余两相B、C相本采样时刻T(n)的预测值Ib(n)est和Ic(n)est，然后令n＝n+1，结束程序；第三部分相电流故障诊断部分包括如下步骤：步骤一：判断FLG_est是否为1，若是则转步骤二，否则结束程序；步骤二：分别计算A相第n+1采样时刻T(n+1)的A相电流采样值Ia(n+1)与预测值Ia(n+1)est的差值ΔIa(n+1)以及B、C两相第n采样时刻T(n)的B、C两相电流采样值Ib(n)，Ic(n)与预测值Ib(n)est，Ic(n)est的差值ΔIb(n)，ΔIc(n)的值；步骤三：判断差值ΔIa(n+1)，ΔIb(n)和ΔIc(n)是否在预定的范围内，若是则将故障诊断标志位FLG_A_ERR，FLG_B_ERR和FLG_C_ERR清零，将A、B和C相电流采样值Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)输出到电机矢量控制系统；否则将故障诊断标志位FLG_A_ERR，FLG_B_ERR和FLG_C_ERR分别置1，将A、B和C相电流预测值Ia(n+1)est、Ib(n)est和Ic(n)est作为真实电流值赋值给Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)，然后将Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)输出到电机矢量控制系统，结束程序；返回相电流过零检测部分进行下一采样时刻相电流过零检测、相电流预测和电流故障诊断，如此循环完成电机相电流预测与诊断。所述第二部分相电流预测部分步骤二中，根据下述公式计算下一采样时刻T(n+1)的A相电流预测值Ia(n+1)est和B、C两相本采样时刻T(n)的预测值Ib(n)est和Ic(n)est。Ia(n+1)est＝Issin(ω×T×(n+1))(1)其中，ω电机角速度，T为采样周期，Is为本采样时刻T(n)的相电流峰值；id为直轴电流，iq为交轴电流，利用本采样时刻T(n)的ABC三相电流采样值Ia(n)、Ib(n)和Ic(n)经过Clark和Park变换得到。A相电流采样值通过下述方法得到：在电机相电流为零情况下，读取电流传感器输出信号进行采集并进行多次数字平均后即为相电流偏移量；然后将A相电流传感器采集的电流值减去相电流偏移量得到任意采样时刻T(n)的A相电流采样值Ia(n)；所述的相电流过零检测部分中，还可以将采样时刻T(n)时的各相电流采样值相加，如果在预定的范围内，则不输出故障代码；否则，输出故障代码，使电机停止工作。本专利技术在检测到过零时刻时，利用各相电流检测值与电流预测值之间的偏差对电流传感器信号的准确度和可信性进行检查，能够及时检测到传感器故障以便进行安全处理，在实现对电流传感器工作状态进行检查和相互校验外，还实现了对电机的可靠控制，提高了电机控制系统的安全性、可靠性和耐久性；本专利技术的优点是，首先，在不增加额外硬件的条件下，根据三相电流电角度相差120°的物理特性，利用软件对三相电流电流进行预测，对传感器的工作状态进行检查，实现了三相电流传感器之间的相互校验，能够在第一时间检测到传感器故障并上报故障码，因此，不但节约了成本而且提高了可靠性；其次，通过对电机相电流的准确预测，可以在传感器故障的情况下，利用预测值代替检测值，输出到电机矢量控制系统中，为电机系统提供“跛行回家”控制功能，从而保证系统不会突然停机，同时也保护了与电机相连接的高压系统稳定性和机械系统平顺性；最后，为了保证检测的精度和可信性，从系统角度进行了设计，当电流幅值大于预定值的情况下才启动预测功能，目的是保证过零点检测的精度，因为幅值越大，过零点附近采样值的斜率或者差值越大；在整个工作过程中，还对三相电流和进行校验，如果在预定的范围内，则表示电流传感器无故障，保证了在电流幅值很小的情况下也可以进行故障诊断，另外，在电流幅值很小的情况下，即使出现电流传感器故障，但是其影响也相对较小，在可接受的范围内。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是电机控制装置结构框图。图2是本专利技术的电机相电流预测与诊断方法整体流程图。图3是相电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机相电流预测与诊断方法，其特征在于包括相电流过零检测、相电流预测和相电流故障诊断三部分； 所述第一部分相电流过零检测包括如下步骤： 步骤一：判断电流幅值是否大于设定的C值，若是则转步骤三，否则转步骤二； 步骤二：将预测完成标志位FLG_est置0，然后结束程序； 步骤三：判断本采样时刻的任一相A相电流采样值Ia是否大于等于零，若是则转步骤四，否则转步骤五； 步骤四：判断上一采样时刻的A相电流采样值Ia(0)是否小于零，若是则转步骤六，否则转步骤五； 步骤五：令Ia(0)＝Ia，然后结束程序； 步骤六：将预测完成标志位FLG_est置1,此时刻为第一时刻，因此将n赋值为1，然后结束程序； 第二部分相电流预测部分包括如下步骤： 步骤一：判断FLG_est是否为1，若是则转步骤二，否则结束程序； 步骤二：计算任一相A相电流下一采样时刻T(n+1)A相电流预测值Ia(n+1)est和其余两相B、C相本采样时刻T(n)的预测值Ib(n)est和Ic(n)est，然后令n＝n+1，结束程序； 第三部分相电流故障诊断部分包括如下步骤： 步骤一：判断FLG_est是否为1，若是则转步骤二，否则结束程序； 步骤二：分别计算A相第n+1采样时刻T(n+1)的A相电流采样值Ia(n+1)与预测值Ia(n+1)est的差值ΔIa(n+1)以及B、C两相第n采样时刻T(n)的B、C两相电流采样值Ib(n)，Ic(n)与预测值Ib(n)est，Ic(n)est的差值ΔIb(n)，ΔIc(n)的值； 步骤三：判断差值ΔIa(n+1)，ΔIb(n)和ΔIc(n)是否在预定的范围内，若是则将 故障诊断标志位FLG_A_ERR，FLG_B_ERR和FLG_C_ERR清零，将A、B和C相电流采样值Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)输出到电机矢量控制系统；否则将故障诊断标志位FLG_A_ERR，FLG_B_ERR和FLG_C_ERR分别置1，将A、B和C相电流预测值Ia(n+1)est、Ib(n)est和Ic(n)est作为真实电流值赋值给Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)，然后将Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)输出到电机矢量控制系统，结束程序； 返回相电流过零检测部分进行下一采样时刻相电流过零检测、相电流预测和电流故障诊断，如此循环完成电机相电流预测与诊断。...

【技术特征摘要】
1.一种电机相电流预测与诊断方法，其特征在于包括相电流过零检测、相电流预测和相电流故障诊断三部分；所述第一部分相电流过零检测包括如下步骤：步骤一：判断电流幅值是否大于设定的C值，若是则转步骤三，否则转步骤二；步骤二：将预测完成标志位FLG_est置0，然后结束程序；步骤三：判断本采样时刻的A相电流采样值Ia是否大于等于零，若是则转步骤四，否则转步骤五；步骤四：判断上一采样时刻的A相电流采样值Ia(0)是否小于零，若是则转步骤六，否则转步骤五；步骤五：令Ia(0)＝Ia，然后结束程序；步骤六：将预测完成标志位FLG_est置1,此时刻为第一时刻，因此将n赋值为1，然后结束程序；第二部分相电流预测部分包括如下步骤：步骤一：判断FLG_est是否为1，若是则转步骤二，否则结束程序；步骤二：计算任一相A相电流下一采样时刻T(n+1)A相电流预测值Ia(n+1)est和其余两相B、C相本采样时刻T(n)的预测值Ib(n)est和Ic(n)est，然后令n＝n+1，结束程序；第三部分相电流故障诊断部分包括如下步骤：步骤一：判断FLG_est是否为1，若是则转步骤二，否则结束程序；步骤二：分别计算A相第n+1采样时刻T(n+1)的A相电流采样值Ia(n+1)与预测值Ia(n+1)est的差值ΔIa(n+1)以及B、C两相第n采样时刻T(n)的B、C两相电流采样值Ib(n)、Ic(n)与预测值Ib(n)est、Ic(n)est的差值ΔIb(n)、ΔIc(n)的值；步骤三：判断差值ΔIa(n+1)、ΔIb(n)和ΔIc(n)是否在预定的范围内，若是则将故障诊断标志位FLG_A_ERR、FLG_B_ERR和FLG_C_ERR清零，将A、B和C相电流采样值Ia(n+1)、Ib(n)和Ic(n)输出到电机矢量控制系统；否则将故障诊断标志位FLG_A_ERR、FLG_B_ERR和FLG_C_ERR分别置1，将A、B和C相电流预测值Ia(...

【专利技术属性】
技术研发人员：文彦东，赵慧超，李帅，常城，杨宝川，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22