[发明专利]基于交错分析的电机驱动系统电流传感器异常检测方法

说明书

本发明公开基于交错分析的电机驱动系统电流传感器异常检测方法，包括如下步骤：步骤1：构造两个独立的插入了可调节变量g的EKF；步骤2：将i_am作为矫正输入变量输入EKF1得到i_be，将i_bm作为矫正输入变量输入EKF2得到i_ae；步骤3：通过交错STFT电流分析得出两相异常标志量m_a、m_b；步骤4：根据两相电流传感器的异常标志量，判别电流传感器是否发生异常，若发生异常，计算位置标志量，并以此定位异常传感器。本发明不需要额外的硬件支持，仅使用伺服驱动系统自带的传感器输出信号即可进行异常检测；受外界噪声干扰影响小，当驱动系统处于不同工况下都能够有效诊断异常，不易发生误诊；能够快速有效定位具体异常传感器，有利于及时隔离并处理异常传感器。

技术领域

本发明属于电流传感器异常检测领域，具体涉及一种基于交错分析的电机驱动系统电流传感器异常检测方法。

背景技术

随着现在科技的不断发展，电机驱动系统被广泛应用于国防、交通、航空、工业制造等需要高精度的伺服控制领域。为了提高电机驱动系统的动静态控制性能，一般需采用电流传感器对电机定子电流(电磁转矩)进行闭环控制，对于三相电机驱动系统，由于定子三相绕组呈对称分布，仅需要采用两个电流传感器即可准确获得实时的三相定子电流。

但当电流传感器异常工作时，不准确的三相定子电流作为电流环反馈，会使电机的转矩控制性能显著下降，导致电机转速出现明显波动。当电流传感器发生严重故障时会导致电机失速、过流跳闸甚至电机驱动系统烧毁等严重后果。

为避免电流传感器异常所引起的控制性能下降，国内外许多学者提出了各种电流传感器异常检测方案。现经过总结和研究将传感器异常检测方法分为如下三类：基于模型、信号以及知识的方法。基于知识与信号的异常检测需要结合健康系统的先验知识，公开号为CN104296513A(永磁同步电机控制系统电流传感器故障诊断及处理方法)和CN109633436A(一种轮毂电机电流传感器故障诊断与重构的控制方法)的两篇专利文件中使用三相电流和为零作为检测依据；CN112394312A(三相电机驱动系统电流传感器故障诊断方法)使用三相电流两两进行dq变换进行检测；CN103248307B(感应电机调速系统的电流传感器故障诊断方法)使用三相电流观测电机磁链进行电流传感器异常检测，但在许多场合电机驱动系统仅安装两相电流传感器，这些检测方法将会失效。

CN110726962A(一种永磁直线电机电流传感器增益故障诊断方法)与CN110794302A(一种永磁直线电机电流传感器零漂故障诊断方法)中，电流传感器发生零漂与增益漂移后的信号特性被用于检测异常，但如果电流传感器发生其他类型的异常，这种检测方法的性能会下降甚至失效。CN104793161A(电机驱动系统电流传感器故障诊断方法)中电机驱动系统中电流的正弦性被作为检测依据，这种方法在驱动系统处于动态时无法使用。基于模型的电流传感器异常检测方法在电机控制系统中的应用更为广泛。

基于模型的检测方法需要使用电机的数学模型构建观测器观测电机定子电流，通过比较观测器观测得到的定子电流与电流传感器采集得到的定子电流进行电流传感器的异常检测，最常见的方法为使用观测定子电流与采集定子电流作残差作为异常标志量(Twoactive fault-tolerant control schemes of induction-motor drive in EV or HEV，IEEE Transactions on Vehicular Technology，2014)，CN107450041A(用于同步电机的电流传感器故障诊断方法、装置及变频器)中也采用了类似的方法，若异常标志量超出设定阈值，则认为传感器处于异常状态。但当电流传感器受到噪声影响，或者电机工况变化时，基于残差作为异常标志量的方法容易造成误诊，并且难以准确定位到异常传感器。因此，研究一种不易误诊并且能够准确定位异常电流传感器的检测方法是符合当今时代需要的。

针对上述提出的问题，现提出一种基于交错分析的电机驱动系统电流传感器异常检测方法。

发明内容