感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測方法，包括：通過矢量控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已有的電流傳感器和速度傳感器分別測出三相電流和轉(zhuǎn)速；再通過坐標(biāo)變換計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸電流和q軸電流；將正常工作時(shí)的初始角代替故障時(shí)的初始角來重構(gòu)a相電流相位角，將重構(gòu)的電流相位角劃分為六個(gè)階段；將檢測的d軸、q軸電流與給定的d軸、q軸電流進(jìn)行比較，獲得電流偏差Eid和Eiq；對(duì)偏差Eid進(jìn)行連續(xù)累加求和，檢測是否發(fā)生開路故障；對(duì)偏差Eiq進(jìn)行連續(xù)累加求和，獲得偏差的跳變階段，根據(jù)故障診斷表定位故障功率管。本發(fā)明適用于矢量控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中逆變器任意單管和任意兩管開路故障的診斷。
【專利說明】感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于在線檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功率 管開路故障的在線檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 以電壓源逆變器為主體的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在航空航天、軍事、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣 泛應(yīng)用，而整個(gè)系統(tǒng)中逆變器的功率器件是很容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，其可靠性直接影 響到整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。為了提高系統(tǒng)的可靠性，容錯(cuò)控制策略常被應(yīng)用到功率變換單 元中，實(shí)時(shí)容錯(cuò)控制的前提是對(duì)功率器件中的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的檢測、定位和隔離。
[0003] 電壓源逆變器應(yīng)用的廣泛性和脆弱性使得其故障檢測具有更重要的意義。在眾多 針對(duì)逆變器功率管開路故障檢測的專利和文獻(xiàn)中，其方法大致分為兩類：一類是根據(jù)逆變 器后端負(fù)載電流來實(shí)現(xiàn)開路故障的檢測，這類方法至少需要采樣四分之一個(gè)電流周期的電 流波形，檢測速度慢，而且不適用于采用電流閉環(huán)控制策略的系統(tǒng)中；另一類是檢測逆變器 系統(tǒng)中某部分的電壓值，并與理想中的電壓相比較，根據(jù)電壓誤差獲取功率管開路故障信 息，這類方法檢測速度快，不受電流閉環(huán)策略影響，但需要額外的電壓傳感器，增加了硬件 成本和復(fù)雜度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功 率管開路故障的在線檢測方法，能夠?qū)崟r(shí)檢測出任意一個(gè)或兩個(gè)功率管發(fā)生開路故障的情 況，并精確定位相應(yīng)的故障功率管，而且還能檢測和定位二次故障的功率管。本發(fā)明適用于 采用電流閉環(huán)矢量控制策略的系統(tǒng)中，且不需要額外的電壓傳感器，避免了額外的硬件成 本和復(fù)雜度。
[0005] 本發(fā)明提供一種感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測方法，包括以 下步驟：
[0006] 步驟1通過感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已有的電流傳感器和速度傳感器分別檢測三相 電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)所述三相電流將一個(gè)電流周期劃分為6個(gè)階段S1?S6,再通過坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸電流和q軸電流；
[0007] 步驟2通過將正常工作時(shí)的初始角代替故障時(shí)的初始角來重構(gòu)a相電流相位角， 并對(duì)所述6個(gè)階段S1?S6的劃分進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的6個(gè)階段Stgl?Stg6 ;
[0008] 步驟3分別將所述d軸電流和所述q軸電流與給定的d軸電流和q軸電流進(jìn)行比 較，獲得電流偏差E id和Eiq ;
[0009] 步驟4對(duì)所述電流偏差Eid進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的故障判定閾 值K d，則將邏輯變量b〇〇lEid置1，如果在連續(xù)采樣周期內(nèi)檢測到所述邏輯變量b 〇〇lEid為1， 則對(duì)所述邏輯變量boolEid連續(xù)為1的次數(shù)counterl進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)所述計(jì)數(shù)counterl達(dá)到 或者超過計(jì)數(shù)閾值C0UNT1時(shí)，故障發(fā)生標(biāo)志f lagFault發(fā)生跳變，則判斷所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生開路故障；
[0010] 步驟5對(duì)所述電流偏差Eiq進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的故障判定閾 值Mf邏輯變量b〇〇lEi(1置1，然后對(duì)所述邏輯變量b〇〇lE i(1為1的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)所 述邏輯變量b〇〇lEi(1跳變?yōu)楦邥r(shí)所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所在的所述優(yōu)化后的階段，以及所 述邏輯變量b 〇〇lEi(1跳變?yōu)榈蜁r(shí)所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所在的所述優(yōu)化后的階段判定開路 故障的功率管。
[0011] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0012] (1)成本低，本發(fā)明適用于采用矢量控制策略的系統(tǒng)中，不需要額外的電壓傳感 器。
[0013] (2)檢測精度高，速度快，實(shí)時(shí)性好。本發(fā)明能夠在線有效實(shí)時(shí)地檢測出任意一個(gè) 或任意兩個(gè)功率管開路故障和二次故障。
[0014] (3)魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)。負(fù)載變化，速度變化等動(dòng)態(tài)過程不會(huì)影響本發(fā)明的 診斷結(jié)果，且該方案對(duì)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)不敏感，抗噪聲能力強(qiáng)。
[0015] (4)實(shí)現(xiàn)簡單，本發(fā)明可以作為一個(gè)子程序模塊嵌入控制程序中，不影響和修改控 制程序。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明適用的感應(yīng)電機(jī)矢量控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其基本結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明逆變器功率管輸出周期性電流劃分示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明故障診斷流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0020] 圖1所示為本發(fā)明適用的感應(yīng)電機(jī)矢量控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其基本結(jié)構(gòu)圖。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 由6個(gè)IGBT管（T1?T6)組成，每個(gè)IGBT管配置著一個(gè)續(xù)流二極管（D1?D6)。IGBT管 的輸入側(cè)是經(jīng)過整流得到的直流電壓Vd。（由兩個(gè)端電壓都為^的濾波電容串聯(lián)而成），輸 出端連接感應(yīng)電機(jī)（頂)，功率管輸出端a、b、c分別連接三相感應(yīng)電機(jī)a、b、c端，驅(qū)動(dòng)電路 的反饋環(huán)節(jié)由兩個(gè)電流傳感器和一個(gè)速度傳感器構(gòu)成，反饋信號(hào)進(jìn)入矢量控制算法，輸出 驅(qū)動(dòng)功率管開通關(guān)斷的門極信號(hào)。本發(fā)明實(shí)施例為研究對(duì)象為6個(gè)IGBT管的開路故障的 在線檢測方法。
[0021] 圖2所示為逆變器功率管輸出周期性電流劃分示意圖。感應(yīng)電機(jī)矢量控制驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)中逆變器運(yùn)行狀態(tài)按照電機(jī)輸出三相電流（ia、ib、ic)的極性關(guān)系分為六個(gè)階段，定義 為S1?S6,按照功率管有效的工作狀態(tài)，每個(gè)階段60°，如圖2所示。在S1?S6各個(gè)階 段，有且僅有三個(gè)功率管產(chǎn)生關(guān)鍵作用，其余功率管的作用可以忽略。在本發(fā)明實(shí)施例中， 關(guān)鍵功率管的對(duì)應(yīng)關(guān)系為 S1(T1，T3, T5)、S2(T1，T5, T6)、S3(T1，T2, T6)、S4(T2, T4, T6)、 55 (Τ2, Τ3, Τ4)、S6 (Τ3, Τ4, Τ5)。當(dāng)功率管發(fā)生故障時(shí)，該功率管對(duì)應(yīng)的階段上的電流波形 會(huì)發(fā)生畸變，而其余的階段上的電流波形則會(huì)保持正常（例如若Τ1單管故障，則S1、S2、S3 階段的電流都會(huì)發(fā)生畸變，若ΤΙ、T2雙管故障，則SI、S2、S3、S4、S5階段的電流都會(huì)發(fā)生畸 變）。因此，只要識(shí)別電流發(fā)生畸變時(shí)系統(tǒng)所在的階段和電流恢復(fù)正常時(shí)系統(tǒng)所在的階段， 就可以實(shí)現(xiàn)故障功率管的診斷和定位。
[0022] 轉(zhuǎn)子定向的同步坐標(biāo)系下，d軸和q軸電流在穩(wěn)態(tài)時(shí)保持不變，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中 會(huì)逐漸達(dá)到穩(wěn)定值。然而，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)d軸和q軸電流會(huì)發(fā)生畸變，而且呈現(xiàn)周期性 變化，該周期與電流周期相同。因此，可以通過檢測d軸和q軸電流的偏差大小來判斷系統(tǒng) 當(dāng)前是否處在故障狀態(tài)。
[0023] 然而，當(dāng)功率管發(fā)生故障時(shí)，三相電流發(fā)生畸變，無法通過三相電流的極性關(guān)系判 斷系統(tǒng)所在階段。由于某一相（例如a相）電流的相位角可以確定系統(tǒng)所在的階段，因此通 過重構(gòu)a相電流的理論相位角來確定系統(tǒng)所在的階段，在本發(fā)明實(shí)施例中分別為S1(0°? 60。），S2(60。?120。），S3(120。?180。），S4(180。?240。），S5(240° ?300。）， 56 (300°?360° )，如圖2所示，S1階段對(duì)應(yīng)a相電流0°?60°，S2階段對(duì)應(yīng)a相電流 60°?120°，以此類推。
[0024] 然而在實(shí)際工作過程中，由于控制器的調(diào)節(jié)作用，通過d軸和q軸電流的偏差來 判斷系統(tǒng)所在的階段存在誤差，因此，對(duì)上述6個(gè)階段的劃分進(jìn)行優(yōu)化處理，分別將上述六 個(gè)階段S1?S6沿著a相電流平移90°，得到新的階段劃分如圖2所示，優(yōu)化后的各階段： Stgl(90° ?150° )，Stg2(150° ?210° )，Stg3(210° ?270° )，Stg4(270° ?330° )， Stg5(330°?30° )，Stg6(30°?90° )。最后通過故障診斷表，如表1所示，根據(jù)功率管 故障時(shí)系統(tǒng)的故障階段的轉(zhuǎn)換來判斷故障功率管。
[0025] 另外，當(dāng)同一橋臂的功率管發(fā)生故障時(shí)（例如圖1中T1、T4同時(shí)發(fā)生開路故障）， 所有階段都存在一個(gè)故障功率管，因此，增加額外變量來判斷故障功率管，計(jì)算公式如下：
[0026] 〇"(/〇= , 2f，，(/i^ |\
[0027] 其中，Dn(k)的值表示η相（n = 1，2, 3分別對(duì)應(yīng)a，b，c三相）的絕對(duì)值平均電流 與另外兩相的比值，Dn值小，則表示η相電流的絕對(duì)值平均值比另外兩相電流的絕對(duì)值平均 電流要小很多，即表示流經(jīng)該相的電流很?。?lt;i n(k)>、〈lijk) |>、<|im(k) |>分別表示平均 電流的估計(jì)值，通過一個(gè)長度為N的滑動(dòng)窗口來計(jì)算：〈(,(〇> = 4 ? (乂乃，其中N = 60/ ^ j=k-N+J ?pTs，其中ω是電機(jī)運(yùn)行速度；p是電機(jī)的極對(duì)數(shù)；1是控制器的采樣周期；腳標(biāo)l，m，n表 示三相（a, b，c)中的某一相，且1尹m尹n ;k表示采樣瞬間。
[0028] 本發(fā)明故障診斷流程具體包括以下步驟：
[0029] 步驟1通過感應(yīng)電機(jī)矢量控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已有的電流傳感器（CT)和速度傳感器 (PG)分別測出三相電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速；再通過坐標(biāo)變換計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系下的兩相電流（d軸電流和q軸電流）；
[0030] 步驟2通過將正常工作時(shí)的a相電流初始角代替故障時(shí)的初始角來重構(gòu)a相電流 相位角，并隨時(shí)判定系統(tǒng)所處于經(jīng)過優(yōu)化后stgl?Stg6中的哪一個(gè)階段，如圖2所示；
[0031] 步驟3將d軸和q軸電流與給定的d軸和q軸電流相減，獲得d軸和q軸的電流 偏差Eiq和Eiq ;
[0032] 步驟4對(duì)電流偏差Eid進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的故障判定閾值 Kd，則將邏輯變量b〇〇lEid置1，如果在連續(xù)采樣周期內(nèi)檢測到該邏輯變量b 〇〇lEid為1，則對(duì) 邏輯變量boolEid連續(xù)為1的次數(shù)counterl進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)該計(jì)數(shù)counterl達(dá)到或者超過 計(jì)數(shù)閾值C0UNT1時(shí)，故障發(fā)生標(biāo)志flagFault發(fā)生跳變（由0到1)，表明系統(tǒng)發(fā)生開路故 障；
[0033] 步驟5同時(shí)對(duì)電流偏差Eiq進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的閾值K,，將 邏輯變量b 〇〇lEi(1置1，然后對(duì)該邏輯變量b〇〇lEi(1為1的次數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)（計(jì)數(shù)的作用 是提高診斷的抗干擾能力），并記錄邏輯變量b 〇〇lEi(1跳變?yōu)楦邥r(shí)系統(tǒng)所在的階段和跳變?yōu)?低時(shí)（電流偏差小于等于給定閾值時(shí)）系統(tǒng)所在的階段，然后根據(jù)故障診斷表（如下表1 所示）確定開路故障功率管。
[0034] 圖3所示為本發(fā)明步驟4與步驟5的詳細(xì)流程圖。
[0035] 為提高本發(fā)明的可靠性和對(duì)噪聲的抗干擾能力，設(shè)計(jì)了一個(gè)累加計(jì)數(shù)的算法，上 述步驟4具體包括以下子步驟 ：
[0036] (4-1)對(duì)電流偏差Eid進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的閾值K d(-般取 d軸電流給定值的1/5到1/3)，則將邏輯變量13〇〇正1(1置1，判定這一個(gè)采樣瞬間存在功率 管故障，否則將邏輯變量b 〇〇lEi(1置0,判定為健康狀態(tài)；
[0037] (4-2)對(duì)該邏輯變量b〇〇lEid進(jìn)行累加求和，如果在連續(xù)采樣周期內(nèi)檢測到該邏輯 變量b 〇〇lEid為1，則對(duì)邏輯變量b〇〇lEid連續(xù)為1的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，記為累加值counterl ;
[0038] (4-3)將上述累加值counterl與計(jì)數(shù)閾值C0UNT1 (C0UNT1取值一般在20左右， 取值太大時(shí)會(huì)影響其對(duì)故障靈敏度，取值太小又容易受到噪聲干擾）進(jìn)行比較，如果前者 大于等于后者，則表示系統(tǒng)存在故障。然后轉(zhuǎn)入系統(tǒng)故障定位算法，給出允許查表的命令信 號(hào)，同時(shí)將故障發(fā)生標(biāo)志flagFault置1，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。
[0039] 如圖3所示，上述步驟5具體包括以下子步驟：
[0040] (5-1)對(duì)電流偏差Eiq進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的故障判定閾值 K,(一般取q軸電流限幅值的1/5到1/3)，判定為故障狀態(tài)，對(duì)應(yīng)邏輯變量b〇〇lEi(1置1，表 示這一個(gè)采樣瞬間存在故障，否則對(duì)應(yīng)邏輯變量b 〇〇lEi(1置0,判定為健康狀態(tài)；
[0041] (5-2)當(dāng)邏輯變量b〇〇lEid或者boolEi,為1的時(shí)候，系統(tǒng)進(jìn)入故障定位的流程，對(duì) 該邏輯變量b 〇〇lEi(1為1的次數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，并且將邏輯變量b〇〇lEi(1由0變?yōu)?或者由 1變?yōu)椹枙r(shí)定義為計(jì)數(shù)算法的邊緣，判斷采樣時(shí)刻是否為邊緣，是則執(zhí)行步驟（5-4)，否則執(zhí) 行步驟（5-3);
[0042] (5-3)如果沒有發(fā)生開路故障，根據(jù)實(shí)時(shí)的d軸電流id、q軸電流i,，以及公式 & = arctanf，計(jì)算出Θ。，用計(jì)算出的Θ。就可以確定發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)所處的階段（無故 Id 障時(shí)，計(jì)算出的Θ。就等于a相電流重構(gòu)相位角）；
[0043] (5-4)當(dāng)發(fā)生開路故障時(shí)，上述步驟計(jì)算（5-3)的初始角度Θ。將不再保持恒定， 同時(shí)電流矢量旋轉(zhuǎn)角度也不再是在0°到360°內(nèi)連續(xù)變化，此刻用該角度確定運(yùn)行系統(tǒng) 所處階段時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。為了避免這種錯(cuò)誤發(fā)生，通過重構(gòu)a相電流來確定計(jì)算初始角度 Θ。。由速度傳感器計(jì)算出Θ = cot，最后根據(jù)所確定的初始角度和已經(jīng)計(jì)算的Θ，按照公 式δ = Θ c+Θ求出角度δ。由d軸電流id、q軸電流iq與電流矢量is之間的關(guān)系（即 電流矢量i s的模的平方等于d軸電流id、q軸電流的平方和），計(jì)算出電流矢量is，再由 公式ia = |1| cos 5計(jì)算出a相電流ia，與理論上的a相電流進(jìn)行對(duì)比，判斷是否發(fā)生畸變。 無故障時(shí)，a相電流波形為正弦曲線，而故障后，a相電流不再為正弦波，而是一條不規(guī)則曲 線,稱此種情形為畸變；
[0044] (5-5)計(jì)算畸變a相電流重構(gòu)相位角，將上面計(jì)算的Θ。加上90°即可得到a相 電流重構(gòu)相位角。若故障發(fā)生標(biāo)志flagFault置1，則根據(jù)畸變的a相電流重構(gòu)角查詢故障 診斷表（表1)獲得定位故障功率管，并且給出功率管的故障類型。
[0045] 表1為本發(fā)明實(shí)施例的故障診斷表，錯(cuò)誤標(biāo)志為0時(shí)表示系統(tǒng)健康，錯(cuò)誤標(biāo)志為1 時(shí)表示功率管存在開路故障，錯(cuò)誤階段Stg5 - Stg2表示a相重構(gòu)電流畸變從Stg5到Stg2， 附加診斷特征量D是針對(duì)同橋臂開路故障的，錯(cuò)誤類型0?21是對(duì)開路故障的編號(hào)，最后 一項(xiàng)給出了錯(cuò)誤類型對(duì)應(yīng)的故障功率管。例如，第2行單管故障，則電流在Stg5、Stg6、Stgl 階段發(fā)生畸變，無需附加特征量，故障報(bào)錯(cuò)類型為1，故障功率管為T1。第14行雙管故障，則 電流在Stg5、Stg6、Stgl、Stg2、Stg3階段發(fā)生畸變，無需附加特征量，故障報(bào)錯(cuò)類型為13， 故障功率管為ΤΙ、T2。第20行同橋臂雙管故障，則電流在整個(gè)周期六個(gè)階段都發(fā)生畸變， 這時(shí)候需要附加特征量Dp D2、D3，當(dāng)Di < D2且Di < D3，則判定為ΤΙ、T4開路故障，故障報(bào) 錯(cuò)類型為19。
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測方法，其特征在于，包括： 步驟1通過感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中已有的電流傳感器和速度傳感器分別檢測三相電流 和電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)所述三相電流將一個(gè)電流周期劃分為6個(gè)階段S1?S6,再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d軸電流和q軸電流； 步驟2通過將正常工作時(shí)的初始角代替故障時(shí)的初始角來重構(gòu)a相電流相位角，并對(duì) 所述6個(gè)階段S1?S6的劃分進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的6個(gè)階段Stgl?Stg6 ; 步驟3分別將所述d軸電流和所述q軸電流與給定的d軸電流和q軸電流進(jìn)行比較， 獲得電流偏差Eid和Eiq ; 步驟4對(duì)所述電流偏差Eid進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的故障判定閾值 Kd，則將邏輯變量b〇〇lEid置1，如果在連續(xù)采樣周期內(nèi)檢測到所述邏輯變量b 〇〇lEid為1，則 對(duì)所述邏輯變量boolEid連續(xù)為1的次數(shù)counterl進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)所述計(jì)數(shù)counterl達(dá)到或 者超過計(jì)數(shù)閾值C0UNT1時(shí)，故障發(fā)生標(biāo)志flagFault發(fā)生跳變，則判斷所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)發(fā)生開路故障； 步驟5對(duì)所述電流偏差Eiq進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于預(yù)設(shè)的故障判定閾值 K,，將邏輯變量b〇〇lEi(1置1，然后對(duì)所述邏輯變量b〇〇lE i(1為1的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)所述邏 輯變量b〇〇lEi(1跳變?yōu)楦邥r(shí)所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所在的所述優(yōu)化后的階段，以及所述邏 輯變量b 〇〇lEi(1跳變?yōu)榈蜁r(shí)所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所在的所述優(yōu)化后的階段判定開路故障 的功率管。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟1中劃分的所述6個(gè)階段，每個(gè) 階段均為60°。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，將所述6個(gè)階段S1? S6中的每一個(gè)平移90°得到所述優(yōu)化后的6個(gè)階段Stgl?Stg6。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)同一橋臂的功率管發(fā)生故障時(shí)，增加額外 變量來判斷故障功率管，計(jì)算公式如下： "終〈_|〉+〈剛〉 其中，Dn(k)的值表示η相的絕對(duì)值平均電流與另外兩相的比值，其中η = 1，2， 3分別對(duì)應(yīng)a, b，c三相；<in(k)>、〈 | ijk) | >、〈 | im(k) | >分別表示平均電流的估計(jì)值， J k ￠(,(6)) = : Σ z,,(./_)，N = 60/c〇pTs, ω表示電機(jī)運(yùn)行速度，p表示電機(jī)的極對(duì)數(shù)，Ts表示 ^ j=k-N+l 控制器的采樣周期；1，m，η表示所述三相a, b，c中的某一相，且1尹m尹n ;k表示采樣瞬 間。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟5中根據(jù)所述邏輯變量b〇〇lEi(1 發(fā)生跳變時(shí)所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所在的所述優(yōu)化后的階段判定開路故障的功率管具體 為： 若a相電流不發(fā)生畸變，則判定沒有功率管發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg5 - Stg2,則判定功率管T1發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tgl - Stg4,則判定功率管T2發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg3 - Stg6,則判定功率管T3發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg2 - Stg5,則判定功率管Τ4發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg4 - Stgl，則判定功率管T5發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg6 - Stg3,則判定功率管T6發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg4 - Stg2,則判定功率管ΤΙ、T5發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg5 - Stg3,則判定功率管ΤΙ、T6發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tgl - Stg5,則判定功率管T2、T4發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg6 - Stg4,則判定功率管T2、T6發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg2 - Stg6,則判定功率管T3、T4發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg3 - Stgl，則判定功率管T3、T5發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg5 - Stg4,則判定功率管ΤΙ、T2發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tgl - Stg6,則判定功率管T2、T3發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg3 - Stg2,則判定功率管ΤΙ、T3發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg2 - Stgl，則判定功率管T4、T5發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg4 - Stg3,則判定功率管T5、T6發(fā)生開路故障； 若所述a相電流發(fā)生畸變?cè)赟tg6 - Stg5,則判定功率管T4、T6發(fā)生開路故障； 若Di < D2且Di < D3，則判定功率管ΤΙ、T4發(fā)生開路故障； 若D2 < Di且D2 < D3，則判定功率管T2、T5發(fā)生開路故障； 若D3 < Di且D3 < D2，則判定功率管T3、T6發(fā)生開路故障。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟4具體包括以下子步驟： (4-1)對(duì)所述電流偏差Eid進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于所述故障判定閾值K d， 則將所述邏輯變量b〇〇lEid置1，判定這一個(gè)采樣瞬間存在功率管故障，否則將所述邏輯變 量b〇〇lEi(1置0,判定為健康狀態(tài)； (4-2)對(duì)所述邏輯變量b〇〇lEid進(jìn)行累加求和，如果在連續(xù)采樣周期內(nèi)檢測到所述邏輯 變量boolEid為1，則對(duì)所述邏輯變量boolEid連續(xù)為1的次數(shù)counterl進(jìn)行計(jì)數(shù)； (4-3)將所述計(jì)數(shù)counterl與所述計(jì)數(shù)閾值C0UNT1進(jìn)行比較，當(dāng)所述計(jì)數(shù)counterl 達(dá)到或者超過所述計(jì)數(shù)閾值C0UNT1時(shí)，將所述故障發(fā)生標(biāo)志flagFault置1，表明所述感應(yīng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生開路故障。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟5具體包括以下子步驟： (5-1)對(duì)所述電流偏差Eiq進(jìn)行累加求和，如果累加的結(jié)果大于所述故障判定閾值K,， 判定為故障狀態(tài)，所述邏輯變量b〇〇lEi(1置1，表示這一個(gè)采樣瞬間存在故障，否則所述邏輯 變量b 〇〇lEi(1置0,判定為健康狀態(tài)； (5-2)對(duì)所述邏輯變量b〇〇lEi(1為1的次數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，將所述邏輯變量b〇〇lE i(1跳 變?yōu)楦呋蛘咛優(yōu)榈蜁r(shí)定義為計(jì)數(shù)算法的邊緣，判斷采樣時(shí)刻是否為所述邊緣，是則執(zhí)行 步驟（5-4)，否則執(zhí)行步驟（5-3); (5-3)根據(jù)實(shí)時(shí)的d軸電流id、q軸電流i,，利用公式軋=arctanh計(jì)算出初始角度 lei (5-4)通過重構(gòu)a相電流來確定計(jì)算初始角度Θ。，由速度傳感器計(jì)算出θ = cot,最 后根據(jù)所確定的初始角度Θ。和已經(jīng)計(jì)算的Θ，按照公式δ = ec+θ求出角度δ，根據(jù)d 軸電流id、q軸電流與計(jì)算出電流矢量is，再由公式ia = is CC)Sd計(jì)算出a相電流ia，與 理論上的a相電流進(jìn)行對(duì)比，判斷是否發(fā)生畸變； (5-5)將計(jì)算的所述初始角度Θ。加上90°即可得到a相電流重構(gòu)相位角，若所述故 障發(fā)生標(biāo)志flagFault置1，則根據(jù)畸變的a相電流重構(gòu)角確定發(fā)生故障時(shí)所述感應(yīng)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)所在的所述優(yōu)化后的階段判定開路故障的功率管。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK104122479SQ201410367826
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】趙金, 張江漢, 羅慧 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)