电励磁双凸极电机驱动系统中电流传感器的故障诊断方法

技术领域

本申请涉及电励磁双凸极电机领域，尤其是一种电励磁双凸极电机驱动系统中电流传感器的故障诊断方法。

背景技术

电励磁双凸极电机是一种具有双凸极结构和定子集中励磁的磁阻电机，具有结构简单、控制灵活、容错性能好的优点，在航空、风力等领域具有广泛应用前景。

电励磁双凸极电机在运行过程中通常需要进行电流检测，因此电励磁双凸极电机中一般都会引入电流传感器。但是电流传感器在潮湿、过热、粉尘和振动等恶劣工作环境中容易发生故障，电流传感器故障会增加电励磁双凸极电机的转矩脉动，甚至在电流闭环控制的作用下，电流迅速上升，会进一步恶化电励磁双凸极电机驱动系统的性能。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种电励磁双凸极电机驱动系统中电流传感器的故障诊断方法，本申请的技术方案如下：

一种电励磁双凸极电机驱动系统中电流传感器的故障诊断方法，该故障诊断方法包括：

在故障发生扇区检测到电励磁双凸极电机归一化后的三相电流之和不为0时，确定电励磁双凸极电机驱动系统中存在电流传感器故障；

在第一扇区内根据第一扇区检测参数进行故障诊断，得到故障诊断结果并完成故障诊断或者进入第二扇区；第一扇区检测参数包括在第一扇区内处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流；

当在第一扇区内未完成故障诊断时，在第二扇区内根据第二扇区检测参数进行故障诊断，得到故障诊断结果并完成故障诊断或者进入第三扇区；第二扇区检测参数包括在第二扇区内续流的电枢绕组的续流状态以及处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流；

当在第二扇区内未完成故障诊断时，在第三扇区内根据第三扇区检测参数进行故障诊断，得到故障诊断结果并完成故障诊断；第三扇区检测参数包括在第三扇区内续流的电枢绕组的续流状态以及处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流；

其中，故障发生扇区、第一扇区、第二扇区和第三扇区是连续的四个扇区，故障诊断结果指示发生故障的电流传感器及其发生的故障类型。

其进一步的技术方案为，根据第一扇区检测参数进行故障诊断的方法包括：

分别确定第一扇区内处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流在第一扇区内的积分值ζ和σ；

当ζ＝0或σ＝0时，根据ζ和σ得到故障诊断结果并完成故障诊断；

当ζ≠0且σ≠0时，在第一扇区内未得到故障诊断结果并进入第二扇区进行故障诊断。

其进一步的技术方案为，根据ζ和σ得到故障诊断结果的方法包括：

当ζ＝0时，确定积分值ζ对应的电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障；

当σ＝0时，确定积分值σ对应的电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障。

其进一步的技术方案为，在第二扇区内根据第二扇区检测参数进行故障诊断的方法包括：

检测第二扇区内续流的电枢绕组是否续流到零；

当第二扇区内续流的电枢绕组未续流到零时，确定续流的电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障；

当第二扇区内续流的电枢绕组续流到零时，根据第二扇区内处于工作状态的第一电枢绕组的归一化后的相电流的绝对值与处于工作状态的第二电枢绕组的归一化后的相电流的绝对值的比值k的取值进行故障诊断；第一电枢绕组是故障发生扇区内续流的电枢绕组。

其进一步的技术方案为，在第二扇区根据比值k的取值进行故障诊断的方法包括：

当k＝0时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障；

当k＝1时，确定第二扇区内续流的电枢绕组的电流传感器发生增益变化故障；

否则，确定第二电枢绕组的电流传感器存在电流传感器故障，或者第一电枢绕组的电流传感器在故障发生扇区的换相区间发生电流传感器故障，并进入第三扇区进行故障诊断。

其进一步的技术方案为，当k取值不变且k≠0以及k≠1时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生增益变化故障，或者，第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生增益变化故障；

当k取值不断变化时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障，或者，第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生零点偏移故障。

其进一步的技术方案为，在第三扇区内根据第三扇区检测参数进行故障诊断的方法包括：

检测第三扇区内续流的电枢绕组是否续流到零；

当第三扇区内续流的电枢绕组未续流到零时，确定续流的电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障；

当第三扇区内续流的电枢绕组续流到零时，根据第三扇区内处于工作状态的两个电枢绕组的归一化后的相电流的绝对值的比值η的取值进行故障诊断。

其进一步的技术方案为，在第三扇区根据比值η的取值进行故障诊断的方法包括：

当在第二扇区计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1，以及在第三扇区计算得到的η不变且η≠1时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生增益变化故障；

当在第二扇区计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1，以及在第三扇区计算得到的η＝1时，确定第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生增益变化故障。

其进一步的技术方案为，在第三扇区根据比值η的取值进行故障诊断的方法包括：

当在第二扇区计算得到的k取值不断变化，且在第三扇区检测到第三扇区内续流的电枢绕组续流到零时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障；第三扇区内续流的电枢绕组为第一电枢绕组。

其进一步的技术方案为，故障诊断方法还包括：在故障发生扇区检测到电励磁双凸极电机的归一化后的三相电流之和为0时，确定电励磁双凸极电机驱动系统中不存在电流传感器故障。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种电励磁双凸极电机驱动系统中电流传感器的故障诊断方法，可以对电励磁双凸极电机驱动系统中出现的单个电流传感器的故障实现诊断，不仅可以定位到发生故障的电流传感器，还可以诊断出发生的故障类型，弥补了该领域的技术空缺，有利于后续采取适当的容错控制方法，提高电励磁双凸极电机驱动系统的可靠性。该方法对于每个电枢绕组上的电流传感器发生的故障都可以实现诊断，而且对可能出现的信号丢失、增益变化和零点偏移等类型的故障都可以实现诊断，诊断的范围广泛且准确度高，且最多在故障发生扇区之后的第三个扇区内就能得到故障诊断结果，诊断速度也较快。

附图说明

图1是电励磁双凸极电机驱动系统的典型的主功率变换器的拓扑结构图。

图2是电励磁双凸极电机驱动系统的标准角度控制方式的示意图。

图3是本申请一个实施例中的故障诊断方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种电励磁双凸极电机驱动系统中电流传感器的故障诊断方法，该方法针对的电励磁双凸极电机驱动系统的典型的主功率变换器拓扑结构如图1所示，上桥臂功率管T

每相电枢绕组分别连接对应的电流传感器用于进行电流检测，如图1中，电流传感器CS

电励磁双凸极电机驱动系统的标准角度控制方式的示意图如图2所示，其中L

基于电励磁双凸极电机驱动系统通用的这种拓扑结构以及角度控制方法，本申请公开的故障诊断方法包括如下步骤，请参考图3所示的流程图：

步骤1，在电励磁双凸极电机驱动系统运行过程中，在当前扇区内检测是否出现电流传感器故障。

步骤2，当电励磁双凸极电机在当前扇区内的归一化后的三相电流i

步骤3，当电励磁双凸极电机在当前扇区内的归一化后的三相电流i

执行如下步骤以得到故障诊断结果，故障诊断结果指示发生故障的电流传感器及其发生的故障类型，任意一相电枢绕组连接的电流传感器都可能发生故障，且任一电流传感器可能发生的故障类型包括信号丢失故障、增益变化故障和零点偏移故障。

步骤4，在第一扇区内根据第一扇区检测参数进行故障诊断。第一扇区是故障发生扇区紧邻的下一个扇区。比如故障发生扇区为0°-120°扇区，则对应的第一扇区为同一个电周期的120°-240°扇区。再比如故障发生扇区为240°-360°扇区，则对应的第一扇区为下一个电周期的0°-120°扇区。

第一扇区检测参数包括在第一扇区内处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流。

根据第一扇区检测参数进行故障诊断的方法包括：

(1)分别确定第一扇区内处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流在第一扇区内的积分值ζ和σ。

(2)当ζ＝0或σ＝0时，根据ζ和σ得到故障诊断结果并完成故障诊断，确定为0的积分值对应的电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障，得到故障诊断结果并完成故障诊断。

比如，故障发生扇区为0°-120°扇区，则对应的第一扇区为同一个电周期的120°-240°扇区，则第一扇区内处于工作状态的两相电枢绕组分别为B相电枢绕组和A相电枢绕组，当A相电枢绕组的归一化后的相电流在第一扇区内的积分值ζ＝0时，确定A相电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障。当B相电枢绕组的归一化后的相电流在第一扇区内的积分值σ＝0时，确定B相电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障。

当在第一扇区内根据第一扇区检测参数进行故障诊断得到故障诊断结果

(3)当ζ≠0且σ≠0时，确定第一扇区内处于工作状态的两相电枢绕组都没有发生信号丢失故障，在这种情况下在第一扇区内未得到故障诊断结果，则进入第二扇区执行如下步骤5继续进行故障诊断。

步骤5，当在第一扇区内未完成故障诊断时，在第二扇区内根据第二扇区检测参数进行故障诊断，第二扇区是第一扇区紧邻的下一个扇区。

第二扇区检测参数包括在第二扇区内续流的电枢绕组的续流状态以及处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流。在第二扇区内根据第二扇区检测参数进行故障诊断的方法包括：

(1)检测第二扇区内续流的电枢绕组是否续流到零。

(2)当第二扇区内续流的电枢绕组未续流到零时，确定续流的电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。

(3)当第二扇区内续流的电枢绕组续流到零时，确定续流的电枢绕组的电流传感器未发生零点偏移故障，则需要进一步进行故障诊断。包括：根据第二扇区内处于工作状态的第一电枢绕组的归一化后的相电流的绝对值与处于工作状态的第二电枢绕组的归一化后的相电流的绝对值的比值k的取值进行故障诊断。这里的第一电枢绕组同时也是故障发生扇区内续流的电枢绕组。

在第二扇区根据比值k的取值进行故障诊断的方法包括：当k＝0时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生信号丢失故障，则得到故障诊断结果并完成故障诊断。当k＝1时，确定第二扇区内续流的电枢绕组的电流传感器发生增益变化故障，则得到故障诊断结果并完成故障诊断。否则，确定第二电枢绕组的电流传感器存在电流传感器故障，或者第一电枢绕组的电流传感器在故障发生扇区的换相区间发生电流传感器故障，也即有多种可能出现的电流传感器故障，并不能准确定位到故障，则在这种情况下，无法在第二扇区得到故障诊断结果，于是需要进入第三扇区按如下步骤6进行故障诊断。

在上述实施例中，对于k＝0和k＝1之外的情况，主要包括如下两种：

(a)当k取值不变且k≠0以及k≠1时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生增益变化故障，或者，第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生增益变化故障。

(b)当k取值不断变化时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障，或者，第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生零点偏移故障。

在一个实例中，故障发生扇区为0°-120°扇区，则对应的第一扇区为同一个电周期的120°-240°扇区，第二扇区为240°-360°扇区。第二扇区中，C相电枢绕组和B相电枢绕组处于工作状态，A相电枢绕组续流，且B相电枢绕组是第一电枢绕组、其在作为故障发生扇区的0°-120°扇区内续流，C相电枢绕组是第二电枢绕组。则首先检测在该扇区中续流的A相电枢绕组是否续流为零。当A相电枢绕组续流为零时，确定A相电枢绕组的电流传感器未发生零点偏移故障。则计算归一化后的i

步骤6，当在第二扇区内未完成故障诊断时，在第三扇区内根据第三扇区检测参数进行故障诊断，得到故障诊断结果并完成故障诊断，第三扇区是第二扇区紧邻的下一个扇区。且由于第一个电周期覆盖三个扇区，因此第三扇区与故障发生扇区实际覆盖相同的电角度区间。

第三扇区检测参数包括在第三扇区内续流的电枢绕组的续流状态以及处于工作状态的两相电枢绕组的归一化后的相电流。在第三扇区内根据第三扇区检测参数进行故障诊断的方法包括：

(1)检测第三扇区内续流的电枢绕组是否续流到零。

(2)当第三扇区内续流的电枢绕组未续流到零时，确定续流的电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。

(3)当在上述第二扇区中进行故障诊断时计算得到的k取值不断变化时，有两种可能出现的传感器故障：第二电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障，或者，第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生零点偏移故障。

当第三扇区内确定续流的电枢绕组续流到零时，可以确定第三扇区内续流的电枢绕组未发生零点偏移故障。基于电励磁双凸极电机驱动系统的工作过程，上述第二扇区中的第一电枢绕组既是故障发生扇区中续流的电枢绕组、也是第三扇区内续流的电枢绕组，因此当第三扇区内续流的电枢绕组续流到零时，实际可以确定上述第一电枢绕组未发生零点偏移故障。则结合在第二扇区的两种可能的诊断结果与第三扇区内得到的第一电枢绕组未发生零点偏移故障的结论，可以直接确定第二电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。

(4)当在上述第二扇区中进行故障诊断时计算得到的k取值不变且k≠0以及k≠1时，当第三扇区内确定续流的电枢绕组续流到零时，可以确定第三扇区内续流的电枢绕组、也即第一电枢绕组未发生零点偏移故障，仍然无法得到故障诊断结果，进一步计算第二扇区内处于工作状态的两个电枢绕组的归一化后的相电流的绝对值的比值η的取值进行故障诊断。包括：

(a)当在第二扇区计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1，以及在第三扇区计算得到的η不变且η≠1时，确定第二电枢绕组的电流传感器发生增益变化故障，得到故障诊断结果并完成故障诊断。

(b)当在第二扇区计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1，以及在第三扇区计算得到的η＝1时，确定第一电枢绕组在故障发生扇区的换相区间发生增益变化故障，得到故障诊断结果并完成故障诊断。

基于本申请提供的故障诊断方法，以如下三个实施例分别说明当在不同的扇区出现电流传感器故障的诊断过程：

(一)、实施例一，在0°-120°扇区内检测到归一化后的三相电流之和不为0，则故障发生扇区为0°-120°扇区，第一扇区为同一个电周期内的120°-240°扇区，第二扇区为同一个电周期内的240°-360°扇区，第三扇区为下一个电周期内的0°-120°扇区。

在120°-240°扇区内，当归一化后的i

在240°-360°扇区内，检测A相电枢绕组是否续流到零，当未续流到零时，确定A相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当续流到零时，确定A相电枢绕组的电流传感器不存在零点偏移故障。计算归一化后的i

在下一个电周期内的0°-120°扇区内，检测B相电枢绕组是否续流到零，当未续流到零时，确定B相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当续流到零时，确定B相电枢绕组未发生零点偏移故障。则当240°-360°扇区内计算得到的k取值不断变化时，确定C相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当240°-360°扇区内计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1时，进一步计算归一化后的i

(二)、实施例二，在120°-240°扇区内检测到归一化后的三相电流之和不为0，则故障发生扇区为120°-240°扇区，第一扇区为同一个电周期内的240°-360°扇区，第二扇区为下一个电周期内的0°-120°扇区，第三扇区为下一个电周期内的120°-240°扇区。

在240°-360°扇区内，当归一化后的i

在下一个电周期内的0°-120°扇区内，检测B相电枢绕组是否续流到零，当未续流到零时，确定B相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当续流到零时，确定B相电枢绕组的电流传感器不存在零点偏移故障。计算归一化后的i

在下一个电周期内的120°-240°扇区内，检测C相电枢绕组是否续流到零，当未续流到零时，确定C相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当续流到零时，确定C相电枢绕组未发生零点偏移故障。则当0°-120°扇区内计算得到的k取值不断变化时，确定A相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当0°-120°扇区内计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1时，进一步计算归一化后的i

(三)、实施例三，在240°-360°扇区内检测到归一化后的三相电流之和不为0，则故障发生扇区为240°-360°扇区，第一扇区为下一个电周期内的0°-120°扇区，第二扇区为下一个电周期内的120°-240°扇区，第三扇区为下一个电周期内的240°-360°扇区。

在下一个电周期内的0°-120°扇区内，当归一化后的i

在下一个电周期内的120°-240°扇区内，检测C相电枢绕组是否续流到零，当未续流到零时，确定C相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当续流到零时，确定C相电枢绕组的电流传感器不存在零点偏移故障。计算归一化后的i

在下一个电周期内的240°-360°扇区内，检测A相电枢绕组是否续流到零，当未续流到零时，确定A相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当续流到零时，确定A相电枢绕组未发生零点偏移故障。则当120°-240°扇区内计算得到的k取值不断变化时，确定B相电枢绕组的电流传感器发生零点偏移故障。当120°-240°扇区内计算得到的k取值不变且k≠0、k≠1时，进一步计算归一化后的i

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。