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专利号: 2018114302931
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种轮毂电机电流传感器故障诊断与重构的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)根据电流传感器的三种主要故障类型建立轮毂电机转速闭环控制下传感器故障时输出电流ix的表达式;2)通过电流传感器测量三相电流ia,ib,ic;3)利用相电流幅值对电流进行标幺化处理,得到标幺化的相电流ixN;4)通过构造故障检测变量W、U的表达式对电流传感器进行故障检测;5)构造传感器故障处理的优先级,并且通过构造故障诊断变量Rx、Sx的表达式确定传感器故障的位置;6)按照故障处理优先级以及传感器故障的位置,通过计算重新构造电流输出值;7)完成传感器电流故障诊断以及故障电流重构后,将重构的电流与正常的传感器输出电流共同输出作为电流闭环控制的反馈电流,实现电机的正常运行;

三种主要故障类型包括:故障1为传感器测量的突然失灵造成测量信号丢失;故障2为传感器测量值与真实值存在恒定误差;故障3为传感器测量值与真实值的偏差随时间发生变化;

当x相电流传感器发生故障时,传感器相电流输出值会发生变化,包括电流幅值和相角的变化,此时x相电流传感器输出电流表达式为:ix=(1+A)Imsin(ωt+φx)+B                    (1‑1)其中,A为漂移偏差系数,B为固定偏差,Im为电流幅值,ω为电气角频率,φx为x相电流传感器输出电流的初始相位角;

若无故障发生,则A=0,B=0;当故障1发生时,则A=‑1,B=0;当故障2发生时,则A=0,B≠0,当故障3发生时,则A≠0,B=0;

所述步骤6)的具体过程为:

为了计算重构电流的表达式,假设故障均发生在a相;

当确定传感器发生故障1时,电机的输入电流通过传感器测得,通过步骤5)的故障诊断确定故障的位置,利用另外正常的两相电流传感器电流值相加得到重构的相电流值,作为电流闭环控制中的反馈电流,即

i'a=‑(ib+ic)                          (1‑10)当确定传感器发生故障2时,通过步骤5的故障诊断确定故障传感器的位置,按照设置的步长迭代计算电流固定偏差,利用故障传感器的电流输出值与固定偏差作差得到校正的电流值,并计算诊断变量|Sx|,判断其是否小于门限值,若变量小于门限值,则完成电流重构,重构的电流输出作为电流闭环控制中的反馈电流,若变量大于门限值,继续迭代计算固定偏差,直至校正的电流能够使诊断变量小于门限值,此时电流固定偏差得到消除,即i′a=ia‑istep·sign(Sa)                  (1‑11)其中,istep为每次迭代的电流补偿值,sign为符号函数,i'a为a相电流修正值;

当确定a相传感器发生故障3时,通过步骤5的故障诊断确定故障传感器的位置,然后计算存在偏差电流的漂移偏差系数A,利用故障传感器的电流输出值除以漂移偏差系数得到重构的电流值,此时满足:

漂移误差系数A的符号由三相电流之和d以及转子位置信息θ确定,若d(2kπ+π/2)值为正,则漂移误差系数A的符号为正号,反之则为负号,漂移误差系数A值为:通过传感器电流与电流增益的比值计算重构的输出电流为:

2.根据权利要求1所述的一种轮毂电机电流传感器故障诊断与重构的控制方法,其特征在于,构造的检测变量表达式为:

d=ia+ib+ic                       (1‑5)其中,T为输出电流波形周期,ia、ib、ic分别为a、b、c三相电流,iaN、ibN、icN分别为a、b、c三相标幺化电流,W为三相标幺化电流和绝对值的均值,U为三相电流和绝对值的均值;

若没有传感器故障时,检测变量W、U值均为0,考虑到负载转矩及转速的变化,设置变量W、U门限值CW、CU,当满足W>CW或U>CU,即可判断电流传感器发生故障。

3.根据权利要求1所述的一种轮毂电机电流传感器故障诊断与重构的控制方法,其特征在于,构造传感器故障处理的优先级为故障1、故障2、故障3,首先判断传感器是否存在故障,若判断存在故障,则先判断是否为故障1,若为故障1,按照故障1的电流重构模型进行电流的重构计算;若判断不是故障1,则判断是否为故障2,若为故障2,按照故障2的电流重构模型进行电流的重构计算;若判断不是故障2,则为故障3,按照故障3的电流重构模型进行电流的重构计算。

4.根据权利要求3所述的一种轮毂电机电流传感器故障诊断与重构的控制方法,其特征在于,故障诊断变量Rx、Sx的表达式为:其中,Rx为x相电流绝对值的均值,Sx为x相电流的均值;

若传感器没有故障发生,可得Rx=0.64,Sx=0,当检测到存在故障时,按照优先级首先判断是否发生故障1;

令Fx=0.64‑Rx                          (1‑8)其中,Fx为x相电流传感器发生故障1的标志;

当x相传感器没有发生故障1时,定位变量Rx=0.64,Fx=0;当x相传感器发生故障1时,定位变量Rx=0,Fx=0.64,考虑到负载转矩及转速的变化,设置变量Fx门限值CF,当判断发生故障且满足Fx>CF,即可确定x相传感器发生故障1;

若判断发生故障且排除故障1,则按照优先级判断是否发生故障2;

当x相传感器没有发生故障2时,Sx=0;当x相传感器发生故障2时,Sx≠0,考虑到负载转矩及转速的变化,设置变量Sx门限值CS,当满足|Sx|>CS,可确定x相传感器发生故障2;

当检测到电流传感器故障存在,且排除故障1、2时,可确定传感器故障为故障3;通过三相电流之和d以及转子位置信息θ确定故障位置的诊断;

若d(kπ)=0,则a相传感器故障,若d(kπ+2π/3)=0,则b相传感器故障,若d(kπ‑2π/3)=

0,则c相传感器故障。