一种永磁同步电机电流传感器容错控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种永磁同步电机电流传感器的容错控制方法，属于电机控制领域。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机W其高效性、高转矩惯量比、高能量密度、体积小、重量轻等诸多优 点得到了广泛关注，特别是永磁材料的飞速发展使得永磁同步电机有了更加广阔的应用前 景。近些年来，永磁同步电机广泛用于风力发电、数控机床、车载混合动力系统、航空航天和 高性能精确伺服系统等各种场合，有效的提升了能源利用率，减小了设备占用空间。矢量控 制是永磁同步电机调速系统应用的最为广泛的控制方式之一，其为双闭环的控制结构，内 环为电流环，外环为转速环，电流环的响应速度非常快，需要可靠的电流信号作为支撑，转 速环则可用来有效的调节输出转矩，矢量控制又可分为id = 〇、最大转矩电流比、单位功率 因数、弱磁四种运行方式，其中id = 〇运行方式简单易行，运行稳定，本发明所述方法就是在 该运行方式之下进行的。
[0003] 在实际的工业控制系统尤其是高性能调速场合中，电流传感器是重要的的采集电 流信号的元件，在复杂的自然环境如高低溫、粉尘、雨水与电磁环境如EMI、过电压、过电流 下易发生软故障，即精度受到影响或发生间歇性的断线，运将会直接影响到永磁同步电机 的调速性能，严重时可能导致设备损坏，甚至危害操作人员安全。因此，电流传感器的容错 控制方法一直是电机控制领域的研究热点，现有技术的电流传感器容错控制方法一般采用 观测器或直流母线电流来重构出故障相电流，但前者动态性能较差，且严重依赖电机参数， 后者需要对逆变器非线性因素进行补偿和解决最小采样时间的问题。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明从电机的动态响应和不依赖电机参数的角度 入手，提出一种能迅速而准确的判断出故障电流传感器，并选择出合适的电流值完成电流 闭环的容错控制方法。
[0005] 为了达到上述目的，提供一种永磁同步电机电流传感器容错控制方法，具体包括 W下步骤：
[0006] 步骤(1):首先根据电机的同步转速得到帕克变换所需的角度：
[0007] 0 = Jc〇dt，
[000引 ω:同步转速
[0009] Θ:转子磁链角度
[0010]步骤(2):根据已知的d-q轴给定值与电流传感器采集的ia、ibW及不同轴 定向的克拉克、帕克坐标变换方程可得到八个电流值，分别为：ia、ie、ia'、ie'、ia*、ie*、 iaest*、igest*;
[001。 ia:定子a相轴线与克拉克变换后的α相轴线重合时α相电流 [0012] ie:定子a相轴线与克拉克变换后的α相轴线重合时时姑流
[0013] ia' ：定子村目轴线与克拉克变换后的α相轴线重合时α相电流
[0014] ie' ：定子b相轴线与克拉克变换后的α相轴线重合时β相电流
[001引?α*:定子a相轴线与帕克反变换后的α相轴线重合时α相电流 [0016] ie*:定子a相轴线与帕克反变换后的α相轴线重合时β相电流
[0017] iaest*:定子村目轴线与帕克反变换后的α相轴线重合时α相电流
[0018] ipest*:定子b相轴线与帕克反变换后的α相轴线重合时β相电流
[0019] 步骤(3):根据步骤（1)(2)所得到的电流值进行逻辑判断，确定是否有电流传感器 发生故障；
[0020] 步骤(4):根据步骤(1)(2)(3)的结果来进行逻辑判断选择出合适的电流值完成电 流闭环。
[0021] 优选地，所述步骤(3)具体包括W下步骤：
[0022] 步骤(31):将步骤(2)中所得到的ia*与ia做差，其差值输入滞环比较器，此处滞环 比较器输出值记为X，当差值大于所设定的安全阔值k时，X输出常数1，表明a相电流传感器 发生故障，反之，输出0,表明a相电流传感器状态正常；
[002；3]步骤他）：将步骤(2)中所得到的iaest*与ia'做差，其差值输入滞环比较器，此处滞 环比较器输出值记为Z，通过步骤(31)中相同的方式来判断b相电流传感器是否故障。
[0024] 根据步骤(31)(32)中所述，可W得到电流传感器工作状态与X、Z值的一一对应关 系，运种关系如表1中所示： 表1传感器工作状态与X、Z值的关系
[0025] 优选地，所述步骤(4)具体包括W下步骤：
[0026] 步骤(41):将步骤(2)中所得到的ie*与ie做差，其差值输入滞环比较器，此处滞环 比较器输出值记为Y;
[0027] 步骤(42):将步骤(41)中得到的Y值输入一多路选通开关作为判断输出电流的条 件，当Y值为常数1时，选择ie*作为多路选通开关的输出，反之，当Y输出常数0时，选择ie为输 出；
[0028] 步骤(43):将步骤(31)中得到的X值输入一多路选通开关作为判断输出电流的条 件，当X值输出常数1时，选择ia'作为多路选通开关的输出，反之，当X输出常数加寸，选择ia为 输出，经过上述步骤后，可确定出一相电流传感器故障时完成闭环控制的α相电流；
[0029] 步骤(44):将步骤(31)中得到的X值输入另一多路选通开关作为判断输出电流的 条件，当X值为1时输出iPest*，反之，当X为常数0时，选择步骤(42)中得到的电流值作为输 出，根据此步骤便得到了一相电流传感器故障时完成闭环控制的β相电流；
[0030] 步骤(45):将步骤(31)中得到的X值作为选择运算角度的判断条件，当X值为1时， 选择120 -Θ为运算角度，当X为加寸，选择Θ为运算角度；
[0031] 步骤(46):根据步骤(43)(44)中最终得到的电流与步骤(45)中得到的角度经帕克 坐标变换得到闭环控制的d、q轴电流idi与i qi;
[0032] 步骤(47):通过ia*、ie*与步骤（1)中所得角度θ由帕克坐标变换得到闭环电流id2 与 iq2;
[0033] 步骤(48):将步骤(31)与（32)中得到的X与Z值的和输入一多路选通开关作为判断 输出电流的条件，当该和为常数2时，说明两相电流传感器均发生故障，此时选择id2与iq2为 闭环电流，当该和为常数1或0时，选择idi与iqi为闭环电流。
[0034] 总体而言，与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0035] 从动态响应和不依赖电机参数的角度入手，通过坐标变换所得到的八个电流值进 行简单的逻辑判断，得到电流传感器的工作状态之后选择出合适的电流值完成电流闭环， 判断迅速准确，不需要构建观测器，不必考虑直流母线电压的最小采样时间问题，仅需要在 任意两相上装设电流传感器即可，节约硬件成本和空间。通过在软件算法上的创新保障了 永磁电机矢量控制系统运行的连续性。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明中带有电流传感器容错方法的电机矢量控制系统整体的控制框图。
[0037] 图2为本发明中计算电流值时所用到的坐标系及对应的电流值。
[0038] 图3为a相电流传感器状态逻辑判断方法及β相电流的选取。
[0039] 图4为b相电流传感器状态逻辑判断方法。
[0040] 图5为两相电流传感器状态逻辑判断方法及电流取值。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的控制结构、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图，对本发 明进一步详细说明。
[0042] 图1所示为本发明所述的控制方法总的原理框图，该控制方法基于矢量控制的基 础之上，具体包括:转速与iq的PI调节器环节、id的PI调节器环节、帕克坐标反变换(d q/αβ 坐标变换）、Svpwm调制、逆变器、永磁同步电机、电流传感器、克拉克坐标变换(a b/αβ坐标 变换）、电流计算环节、容错算法环节。
[0043] 本发明提出了一种永磁同步电机电流传感器容错控制方法，具体包括W下步骤：
[0044] 步骤(1):首先根据电机的同步转速得到帕克变换所需的角度：
[0045] 目= Jc〇dt，
[0046] ω:同步转速
[0047] Θ:转子磁链角度
[004引步骤(2):根据已知的d-q轴给定值与电流传感器采集的ia、ib和不同轴定 向的克拉克与帕克坐标变换方程得到八个电流值；
[0049] 其中不同轴定向的坐标系与所对应的电流值