三相电流零漂故障检测的方法、电机控制器及驱动系统与流程

1.本技术涉及电机控制技术领域，特别涉及三相电流零漂故障检测的方法、电机控制器及驱动系统。


背景技术：

2.纯电动汽车，其动力来源于驱动电机，驱动电机通过电机控制器对其实施控制，将动力电机的电能转化为机械能来实现车辆的运动。对于车辆的驱动系统，为保电机根据整车需求输出动力电机控制器需要通过一定的逻辑实现驱动电机的闭环控制，而要实现这一目的则首先需要能够对电机的三相电流实时采集。另一方面，由于电机的三相电流对于电机控制的意义重大，以纯电动汽车中所广泛采用的永磁同步电机为例，其最大转矩电流比控制、弱磁控制、电流限制等众多功能逻辑均依赖于电机三相电流的有效检测，因此需要针对电机的三相电流检测设计完备、可靠的故障机制，从而保证故障状态下整车的安全性。
3.目前纯电动汽车电机控制中广泛采用的三相电流故障检测是在电机控制器关管，电机转速为0的状态下进行检测的，此时采集电机的三相电流，通过该状态下电流的大小进行故障判断，当解析出的相电流不在0a附近并超出一定阀值后触发故障。这种方法由于简便易行得到的广泛应用，但是基于该方法的条件限制，只有在车辆低压上电的初始化阶段检测条件才能够得到满足(电机控制器关管、电机0转速)，即车辆静止时，这样一来将会限制该故障机制的覆盖程度，在车辆行车过程中无法检测。
4.对于相电流零漂故障，判断故障与否的核心在于：当电机的三相电流真实值为0时，根据电流传感器的反馈信号计算出三相电流的实际解析值，理想状态下该解析值也应该为0，但由于电流传感器的期间误差，电流实际解析值不会严格为0，而是在0值附近的一个合理范围内，该合理范围取决于电流传感器精度以及信号采样精度，当解析值超过合理阀值则判断发生0漂故障。传统的故障检测方法正是基于这一原理实现故障的检测，当车辆在正常行驶状态下，电机的三相电流呈正弦波变化，由于不满足了电流真实值为0的条件，因此无法采用传统方法进行故障的检测。


技术实现要素：

5.本技术实施例要达到的技术目的是提供一种三相电流零漂故障检测的方法、电机控制器及驱动系统，用以解决车辆在正常行驶状态下，无法采用当前传统的故障检测方法进行故障检测的问题。
6.为解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种三相电流零漂故障检测的方法，包括：
7.获取当前控制周期内电机的目标波动系数以及相电流采样电路检测到的三相电流值；
8.当确定目标波动系数未超出预设波动范围时，根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值；
9.将目标三相电流值中每一相的电流绝对值与预设故障阈值进行比较，得到比较结果；
10.当比较结果表示目标相的电流绝对值大于预设故障阈值，且持续时间大于预设时长时，确定目标相存在零漂故障，其中，目标相为v相、u相或w相。
11.优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，获取当前控制周期内电机的目标波动系数，包括：
12.获取电机在当前控制周期内的输出扭矩值和扭矩命令值；
13.根据预设的波动系数算法以及输出扭矩值和扭矩命令值确定目标波动系数。
14.具体地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，波动系数算法为：
[0015][0016]
其中，k
t
(n)为目标波动系数；
[0017]
k为正实数；
[0018]
tq为输出扭矩值；
[0019]
tc为扭矩命令值。
[0020]
具体地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值，包括：
[0021]
获取预先对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理，确定的可由电机控制器运算的第一预设算法；
[0022]
将三相电流值代入第一预设算法中进行运算，得到目标三相电流值。
[0023]
优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理，确定可由电机控制器运算的第一预设算法，包括：
[0024]
获取输出信号关于控制周期的一阶导数和二阶导数；
[0025]
将一阶导数和二阶导数代入传递函数，得到第二预设算法；
[0026]
将第二预设算法中的时域离散信号转变为序列信号，得到第一预设算法。
[0027]
优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，二阶低通滤波器的截止频率小于预设频率阈值。
[0028]
优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，预设故障阈值为检测三相电流值的电流传感器的误差的两倍。
[0029]
本技术的另一实施例还提供了一种电机控制器，包括：
[0030]
第一处理模块，用于获取当前控制周期电机的目标波动系数以及相电流采样电路检测到的三相电流值；
[0031]
第二处理模块，用于当确定目标波动系数未超出预设波动范围时，根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值；
[0032]
第三处理模块，用于将目标三相电流值中每一相的电流绝对值与预设故障阈值进行比较，得到比较结果；
[0033]
第四处理模块，用于当比较结果表示目标相的电流绝对值大于预设故障阈值，且持续时间大于预设时长时，确定目标相存在零漂故障，其中，目标相为v相、u相或w相。
[0034]
优选地，如上所述的电机控制器，第一处理模块，包括：
[0035]
第一处理子模块，用于获取电机在当前控制周期内的输出扭矩值和扭矩命令值；
[0036]
第二处理子模块，用于根据预设的波动系数算法以及输出扭矩值和扭矩命令值确定目标波动系数。
[0037]
具体地，如上所述的电机控制器，波动系数算法为：
[0038][0039]
其中，k
t
(n)为目标波动系数；
[0040]
k为正实数；
[0041]
tq为输出扭矩值；
[0042]
tc为扭矩命令值。
[0043]
具体地，如上所述的电机控制器，第二处理模块，包括：
[0044]
第三处理子模块，用于获取预先对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理，确定的可由电机控制器运算的第一预设算法；
[0045]
第四处理子模块，用于将三相电流值代入第一预设算法中进行运算，得到目标三相电流值。
[0046]
优选地，如上所述的电机控制器，包括：
[0047]
第五处理模块，用于获取输出信号关于控制周期的一阶导数和二阶导数；
[0048]
第六处理模块，用于将一阶导数和二阶导数代入传递函数，得到第二预设算法；
[0049]
第七处理模块，用于将第二预设算法中的时域离散信号转变为序列信号，得到第一预设算法。
[0050]
优选地，如上所述的电机控制器，二阶低通滤波器的截止频率小于预设频率阈值。
[0051]
优选地，如上所述的电机控制器，预设故障阈值为检测三相电流值的电流传感器的误差的两倍。
[0052]
本技术的再一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的三相电流零漂故障检测的方法的步骤。
[0053]
本技术的又一实施例还提供了一种驱动系统，包括：电机以及如上所述的电机控制器，其中，电机与电机控制器通信连接。
[0054]
与现有技术相比，本技术实施例提供的三相电流零漂故障检测的方法、电机控制器及驱动系统，至少具有以下有益效果：
[0055]
通过对电机输出扭矩的波动状态进行判断，以避免在误差较大的情况下出现故障误报，同时对经过二阶低通滤波后的目标三相电流值进行预设故障阈值和持续时长的判断，保证能在车辆正常行驶模式下进行三相电流值故障检测，并保证三相电流值故障检测的准确性，填补了当前无法在车辆正常行驶模式下进行三相电流值故障检测的技术空白。
附图说明
[0056]
图1为本技术的三相电流零漂故障检测的方法的流程示意图之一；
[0057]
图2为本技术的三相电流零漂故障检测的方法的流程示意图之二；
[0058]
图3为本技术的三相电流零漂故障检测的方法的流程示意图之三；
[0059]
图4为本技术的三相电流零漂故障检测的方法的流程示意图之四；
[0060]
图5为本技术的电机控制器的结构示意图。
具体实施方式
[0061]
为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本技术的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本技术的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
[0062]
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
[0063]
在本技术的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0064]
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0065]
在本技术所提供的实施例中，应理解，“与a相应的b”表示b与a相关联，根据a可以确定b。但还应理解，根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其它信息确定b。
[0066]
参见图1，本技术的一实施例提供了一种三相电流零漂故障检测的方法，包括：
[0067]
步骤s101，获取当前控制周期内电机的目标波动系数以及相电流采样电路检测到的三相电流值；
[0068]
步骤s102，当确定目标波动系数未超出预设波动范围时，根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值；
[0069]
步骤s103，将目标三相电流值中每一相的电流绝对值与预设故障阈值进行比较，得到比较结果；
[0070]
步骤s104，当比较结果表示目标相的电流绝对值大于预设故障阈值，且持续时间大于预设时长时，确定目标相存在零漂故障，其中，目标相为v相、u相或w相。
[0071]
在本技术的一优选实施例中为实现在车辆正常行驶状态下进行故障检测，提供了一种应用于电机控制器的三相电流零漂故障检测的方法，其中，在进行故障检测时，会获取当前控制周期内相电流采样电路检测到的三相电流值，此时若电机输出扭矩剧烈波动，会破坏电机三相电流值的正弦波形，从而导致故障误报，因此还需要获取电机的目标波动系数，并将获取到的目标波动系数与预先确定的预设波动范围进行判断，其中，当目标波动系数未超出预设波动范围时，确定当前电机输出扭矩的波动属于正常的误差范围内，此时可
根据获取到的三相电流值进行后续故障判断的流程；若目标波动系数超出预设波动范围时，可确定当前电机输出扭矩产生剧烈波动，导致误差较大，因此停止故障检测，以避免故障的误报。
[0072]
在根据目标波动系数确定可进行故障判断时，会根据预设的二阶低通滤波器，通过软件滤波的方式对三相电流值进行滤波，将三相电流值中的交流分量进行过滤，仅保留三相电流值的直流分量并记为目标三相电流值，该目标三相电流值即为用于进行故障判断的实际解析值，进而可将目标三相电流值中每一相的电流绝对值与预设故障阈值进行比较，得到比较结果，其中采用电流绝对值进行比较有利于减少预设故障阈值的数量，进而减少计算量，提高效率。根据比较结果确定目标相的电流绝对值大于预设故障阈值，且持续时间大于预设时长时，即可确定目标相存在零漂故障。具体地，目标相可以为三相中的v相、u相或w相。优选地，此处的预设时长优选为电流的波形中的至少一个周期，用以避免对电机的正常运行产生误判，需要说明的是该预设时长优选的还小于或等于200ms，用以避免判断时间过长降低结果的时效性。
[0073]
综上所述，本实施例通过对电机输出扭矩的波动状态进行判断，以避免在误差较大的情况下出现故障误报，同时对经过二阶低通滤波后的目标三相电流值进行预设故障阈值和持续时长的判断，保证能在车辆正常行驶模式下进行三相电流值故障检测，并保证三相电流值故障检测的准确性，填补了当前无法在车辆正常行驶模式下进行三相电流值故障检测的技术空白。
[0074]
参见图2，优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，获取当前控制周期内电机的目标波动系数，包括：
[0075]
步骤s201，获取电机在当前控制周期内的输出扭矩值和扭矩命令值；
[0076]
步骤s202，根据预设的波动系数算法以及输出扭矩值和扭矩命令值确定目标波动系数。
[0077]
在本技术的一具体实施例中，获取当前控制周期内电机的目标波动系数时，会获取电机在当前控制周期内的输出扭矩值和扭矩命令值，进而将其代入预设的波动系数算法中进行运算，得到目标波动系数。优选地，波动系数算法为：
[0078][0079]
其中，k
t
(n)为目标波动系数；
[0080]
k为正实数；
[0081]
tq为输出扭矩值；
[0082]
tc为扭矩命令值。
[0083]
需要说明的是，上述波动系数算法中的k表示大于0的正实数，其中k值的选取根据以下经验确定，即k
×
ts＝1，其中ts表示控制周期，可以看出波动系数k
t
与前k个控制周期内的电机的扭矩命令值tc及电机实际的输出扭矩值tq有关即与tc与tq偏差三次方的绝对值有关，之所以用偏差的三次方而不是二次方是为了更好的筛选出真实的扭矩波动。众所周知，电机的输出扭矩是有一定精度的，这种正常的因为精度问题造成的扭矩波动不会对二阶低通滤波后得到的相电流中的直流分量造成干扰，能够对直流分量造成干扰的为剧烈的扭矩
变化，利用偏差的3次方来计算波动系数能够迅速的识别出这种非正常的剧烈扭矩波动。在电机输出扭矩由于多种因素发生波动时，tq将不能够较好的跟随tc，这样一来计算出的k
t
将会变大，波动越剧烈则k
t
值越大。
[0084]
需要说明的是，上述的预设波动范围的上限值优选为参考扭矩精度和上述波动系数算法中的k值确定。
[0085]
参见图3，具体地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值，包括：
[0086]
步骤s301，获取预先对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理，确定的可由电机控制器运算的第一预设算法；
[0087]
步骤s302，将三相电流值代入第一预设算法中进行运算，得到目标三相电流值。
[0088]
在本技术的一具体实施例中，在根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值时，优选会获取关于二阶低通滤波器且可由电机控制器运算的第一预设算法，该第一预设算法优选为对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理后确定。进而将三相电流值的电流值代入第一预设算法中进行运算，即可得到经过二阶低通滤波后的目标三相电流值。
[0089]
参见图4，优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理，确定可由电机控制器运算的第一预设算法，包括：
[0090]
步骤s401，获取输出信号关于控制周期的一阶导数和二阶导数；
[0091]
步骤s402，将一阶导数和二阶导数代入传递函数，得到第二预设算法；
[0092]
步骤s403，将第二预设算法中的时域离散信号转变为序列信号，得到第一预设算法。
[0093]
在本技术的一具体实施例中，在对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理的过程中，二阶低通滤波器的传递函数：
[0094][0095]
其中，g(s)表示输入信号；
[0096]
s表示输出信号的导数；
[0097]
ω表示自然角频率；
[0098]
ξ表示阻尼系数。
[0099]
自然角频率ω和阻尼系数ξ由技术人员预先确定。
[0100]
根据微分的定义对输出信号求导可得其一阶导数为：
[0101][0102]
二阶导数为：
[0103][0104]
其中，ts为控制周期，将连续量t分段，令t＝kts，k＝0，1，2，
…
则可将微分方程化为近似离散行驶，将上述表达式代入到时域微分方程中，根据上述的传递函数，当ts小于一定值时，近似认为以下等式成立：
[0105]
对其进行整理即可得到第二预设算法：
[0106]
y[(k 2)ts]＝ω2t
s2
x(kts) (2-2ξω)y[(k 1)ts] (2ξωt
s-ω2t
s2-1)y(kts)
[0107]
通过略去输入输出信号中的ts，将第二预设算法中的时域离散信号转变为序列信号，即可得到可由电机控制器运算的第一预设算法：
[0108]
y(n)＝ω2t
s2
x(n-2) (2-2ξω)y[n-1] (2ξωt
s-ω2t
s2-1)y(n-2)
[0109]
其中，n＝(k 2)ts，y(n)即为所求的当前控制周期内经二阶低通滤波后得到的目标三相电流值，包括：v相电流值、u相电流值和w相电流值。
[0110]
优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，二阶低通滤波器的截止频率小于预设频率阈值。
[0111]
在本技术的一优选实施例中，为有效保留三相电流的直流分量，需要对二阶低通滤波器的截止频率进行限定，使得截止频率小于预设频率阈值，优选地预设频率阈值为5hz。此外，需要说明的是截止频率与传递函数中的自然角频率ω和阻尼系数ξ相关，通过对自然角频率ω和阻尼系数ξ进行限定即可限定该截止频率。
[0112]
优选地，如上所述的三相电流零漂故障检测的方法，预设故障阈值为检测三相电流值的电流传感器的误差的两倍。
[0113]
参见图5，本技术的另一实施例还提供了一种电机控制器，包括：
[0114]
第一处理模块501，用于获取当前控制周期电机的目标波动系数以及相电流采样电路检测到的三相电流值；
[0115]
第二处理模块502，用于当确定目标波动系数未超出预设波动范围时，根据预设的二阶低通滤波器对三相电流值进行滤波，得到目标三相电流值；
[0116]
第三处理模块503，用于将目标三相电流值中每一相的电流绝对值与预设故障阈值进行比较，得到比较结果；
[0117]
第四处理模块504，用于当比较结果表示目标相的电流绝对值大于预设故障阈值，且持续时间大于预设时长时，确定目标相存在零漂故障，其中，目标相为v相、u相或w相。
[0118]
优选地，如上所述的电机控制器，第一处理模块，包括：
[0119]
第一处理子模块，用于获取电机在当前控制周期内的输出扭矩值和扭矩命令值；
[0120]
第二处理子模块，用于根据预设的波动系数算法以及输出扭矩值和扭矩命令值确定目标波动系数。
[0121]
具体地，如上所述的电机控制器，波动系数算法为：
[0122][0123]
其中，k
t
(n)为目标波动系数；
[0124]
k为正实数；
[0125]
tq为输出扭矩值；
[0126]
tc为扭矩命令值。
[0127]
具体地，如上所述的电机控制器，第二处理模块，包括：
[0128]
第三处理子模块，用于获取预先对二阶低通滤波器的传递函数进行离散化处理，确定的可由电机控制器运算的第一预设算法；
[0129]
第四处理子模块，用于将三相电流值代入第一预设算法中进行运算，得到目标三相电流值。
[0130]
优选地，如上所述的电机控制器，包括：
[0131]
第五处理模块，用于获取输出信号关于控制周期的一阶导数和二阶导数；
[0132]
第六处理模块，用于将一阶导数和二阶导数代入传递函数，得到第二预设算法；
[0133]
第七处理模块，用于将第二预设算法中的时域离散信号转变为序列信号，得到第一预设算法。
[0134]
优选地，如上所述的电机控制器，二阶低通滤波器的截止频率小于预设频率阈值。
[0135]
优选地，如上所述的电机控制器，预设故障阈值为检测三相电流值的电流传感器的误差的两倍。
[0136]
本技术的电机控制器的实施例是与上述应用于电机控制器的三相电流零漂故障检测的方法的实施例对应的电机控制器，上述方法实施例中的所有实现手段均适用于该电机控制器的实施例中，也能达到相同的技术效果。
[0137]
本技术的再一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的三相电流零漂故障检测的方法的步骤。
[0138]
本技术的又一实施例还提供了一种驱动系统，包括：电机以及如上所述的电机控制器；
[0139]
其中，电机与电机控制器通信连接。
[0140]
此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
[0141]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
[0142]
以上所述是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。