基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法及交流電機(jī)伺服控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，特別地，設(shè)及一種用于交流電機(jī)的基于故障 容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法及交流電機(jī)伺服控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電力電子技術(shù)、微控制器技術(shù)、電機(jī)制造工藝的發(fā)展及新材料的涌 現(xiàn)，W交流電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)獲得了長足的進(jìn)步，并逐步取代傳統(tǒng)液壓和直流系 統(tǒng)成為伺服系統(tǒng)的主流。交流伺服系統(tǒng)按執(zhí)行元件可分為感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)，其中 永磁同步電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、控制精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)獲得了越來越 多的科研人員的青睞，并廣泛應(yīng)用在諸如機(jī)器人，航空航天、激光加工等要求高精度、高可 靠性的場(chǎng)合。
[0003] 交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)按驅(qū)動(dòng)方式可分為兩類：正弦波驅(qū)動(dòng)和方波驅(qū)動(dòng)。其 中正弦波驅(qū)動(dòng)的控制性能較方波驅(qū)動(dòng)相比更為優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度定位、寬調(diào)速范圍及 快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，但相比于方波驅(qū)動(dòng)而言，正弦波控制算法更為復(fù)雜，且需要連續(xù)的位置和 相電流信號(hào)作為閉環(huán)控制的反饋。傳統(tǒng)的交流永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)中通常采用與電機(jī)同 軸連接的光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置傳感器，對(duì)于相電流的檢測(cè)通常是在相繞組端 安裝兩個(gè)電流傳感器分別檢測(cè)兩相電流值，根據(jù)基爾霍夫電流定律計(jì)算得到第=相的電流 值。若其中任何一個(gè)電流傳感器發(fā)生故障，則無法獲得全部的S相繞組電流，導(dǎo)致電流閉環(huán) 控制算法失效。若要完成傳感器的故障容錯(cuò)功能，只能加倍傳感器的使用數(shù)量，不僅會(huì)帶來 成本的上升，也會(huì)使系統(tǒng)的體積增大，因此，在不增加電流傳感器使用數(shù)量的前提下，研究 如何完成傳感器的故障容錯(cuò)控制具有重要的工程意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法及交流電機(jī)伺服控制方法，W解 決現(xiàn)有的交流電機(jī)繞組的相電流檢測(cè)無故障容錯(cuò)或者因故障容錯(cuò)導(dǎo)致的傳感器數(shù)量多及 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，用于交流電機(jī) 的相電流檢測(cè)，交流電機(jī)連接有用于提供=相交流電的=相全橋逆變電路，=相全橋逆變 電路設(shè)有A相、B相、C相引出線，A相、B相、C相引出線分別與交流電機(jī)的S相繞組輸入端 連接W供電，電流檢測(cè)方法包括：在=相全橋逆變電路中安裝兩個(gè)電流傳感器，每個(gè)電流傳 感器均同時(shí)檢測(cè)兩條線路的電流值，其中，一個(gè)電流傳感器檢測(cè)的兩條線路分別為；A、B相 上橋臂的連接線，B、C相下橋臂的連接線；另一個(gè)電流傳感器檢測(cè)的兩條線路分別為；A、B 相下橋臂的連接線，B、C相上橋臂的連接線；控制S相全橋逆變電路中功率管的導(dǎo)通或截 止，根據(jù)同一時(shí)刻兩個(gè)電流傳感器檢測(cè)的電流值或者不同時(shí)刻同一電流傳感器檢測(cè)的電流 值及基爾霍夫電流定律得到=相繞組的電流值。
[0007] 進(jìn)一步地，本發(fā)明基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法中，同一時(shí)刻兩個(gè)電流傳感器檢 測(cè)的電流值為=個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通或者=個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)段內(nèi) 同時(shí)采樣兩個(gè)電流傳感器得到的電流值.
[000引不同時(shí)刻同一電流傳感器檢測(cè)的電流值包括；S個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)、S個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)分別采集的電流值。
[0009] 進(jìn)一步地，本發(fā)明基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法還包括；對(duì)電流傳感器是否故障 進(jìn)行檢測(cè)的步驟，包括：
[0010] =個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)采集兩個(gè)電流傳感器的電流值；
[0011] S個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)采集兩個(gè)電流傳感器的電流值；
[0012] 將兩個(gè)電流傳感器檢測(cè)的電流值進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)是否出現(xiàn)故障。
[0013] 進(jìn)一步地，本發(fā)明基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法還包括；在兩個(gè)電流傳感器中的 一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，通過在=個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)及=個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通 時(shí)分別采集正常工作的電流傳感器的電流值，并根據(jù)基爾霍夫電流定律得到=相繞組的電 流值。
[0014] 進(jìn)一步地，本發(fā)明基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法還包括：
[0015] 對(duì)電流傳感器的直流偏置誤差進(jìn)行校正的步驟，包括：
[0016] 采集其中任何一個(gè)電流傳感器分別在=個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)、=個(gè)下橋 臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)的電流值，即得到ib+i。和i。的值，其中，ib為B相電流值，i。為C 相電流值，若此電流傳感器存在的直流偏置誤差為a,則采集到的值應(yīng)分別為ib+it+a和 ic+a，將二者作差即可得到B相電流的準(zhǔn)確值ib，對(duì)于采集到的a通過陷波濾波器消除 其直流量a，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的C相電流值i。。
[0017] 進(jìn)一步地，通過引入陷波濾波器對(duì)采集到的C相電流進(jìn)行直流偏置誤差a的濾 除，包括：
[001引建立陷波濾波器的傳遞函數(shù)Gf(S):
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，用于交流電機(jī)（10)的相電流檢測(cè)，所述交流 電機(jī)（10)連接有用于提供三相交流電的三相全橋逆變電路（20)，所述三相全橋逆變電路 (20)設(shè)有A相、B相、C相引出線，所述A相、B相、C相引出線分別與所述交流電機(jī)（10)的 三相繞組輸入端連接以供電，其特征在于，所述電流檢測(cè)方法包括： 在所述三相全橋逆變電路（20)中安裝兩個(gè)電流傳感器（30)，每個(gè)所述電流傳感器 (30)均同時(shí)檢測(cè)兩條線路的電流值，其中，一個(gè)所述電流傳感器（30)檢測(cè)的兩條線路分別 為：A、B相上橋臂的連接線，B、C相下橋臂的連接線；另一個(gè)所述電流傳感器（30)檢測(cè)的兩 條線路分別為：A、B相下橋臂的連接線，B、C相上橋臂的連接線； 控制所述三相全橋逆變電路（20)中功率管的導(dǎo)通或截止，根據(jù)同一時(shí)刻兩個(gè)所述電 流傳感器（30)檢測(cè)的電流值或者不同時(shí)刻同一所述電流傳感器（30)檢測(cè)的電流值及基爾 霍夫電流定律得到三相繞組的電流值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于， 同一時(shí)刻兩個(gè)所述電流傳感器（30)檢測(cè)的電流值為三個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通或 者三個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)段內(nèi)同時(shí)采樣兩個(gè)所述電流傳感器（30)得到的電流 值； 不同時(shí)刻同一所述電流傳感器（30)檢測(cè)的電流值包括： 三個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)、三個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)分別采集的電流 值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于，還包括： 對(duì)所述電流傳感器（30)是否故障進(jìn)行檢測(cè)的步驟，包括： 三個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)采集兩個(gè)所述電流傳感器（30)的電流值； 三個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)采集兩個(gè)所述電流傳感器（30)的電流值； 將兩個(gè)所述電流傳感器（30)檢測(cè)的電流值進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)是否出現(xiàn)故障。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于，還包括： 在兩個(gè)所述電流傳感器（30)中的一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，通過在三個(gè)上橋臂的功率管同時(shí) 導(dǎo)通時(shí)及三個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)分別采集正常工作的所述電流傳感器（30)的電 流值，并根據(jù)基爾霍夫電流定律得到三相繞組的電流值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于，還包括： 對(duì)所述電流傳感器（30)的直流偏置誤差進(jìn)行校正的步驟，包括： 采集其中任何一個(gè)所述電流傳感器（30)分別在三個(gè)上橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)、三 個(gè)下橋臂的功率管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)的電流值，即得到ib+i。和i。的值，其中，ib為B相電流值， i。為C相電流值，若此電流傳感器（30)存在的直流偏置誤差為α，則采集到的值應(yīng)分別為 ib+ie+a和ie+a，將二者作差即可得到B相電流的準(zhǔn)確值i b，對(duì)于采集到的ie+a通過陷波 濾波器消除其直流量a，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的C相電流值i。。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于， 通過引入陷波濾波器對(duì)采集到的C相電流進(jìn)行直流偏置誤差a的濾除，包括： 建立陷波濾波器的傳遞函數(shù)Gf (s)，
其中，為電機(jī)軸端的角速度，ζ "和ζ d分別為分子和分母的阻尼系數(shù)，需滿足 〇〈en〈ed〈i; 將c相電流的采集值iJa引入到陷波濾波器中，則輸出得到其高頻噪聲及低頻直流 分量，再用采集到的c相電流值與其作差，即得到c相電流的準(zhǔn)確值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于， 所述電流傳感器（30)為電氣隔離型傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法，其特征在于， 所述電流傳感器（30)包括但不限于霍爾效應(yīng)傳感器或者電流互感器。
9. 一種交流電機(jī)伺服控制方法，采用正弦波驅(qū)動(dòng)的伺服控制方法，其特征在于，通過如 權(quán)利要求1至8任一所述的電流檢測(cè)方法檢測(cè)所述交流電機(jī)（10)的相電流信號(hào)作為閉環(huán) 控制的反饋信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于故障容錯(cuò)的電流檢測(cè)方法及交流電機(jī)伺服控制方法，該電流檢測(cè)方法包括：在三相全橋逆變電路中安裝兩個(gè)電流傳感器，每個(gè)電流傳感器均同時(shí)檢測(cè)兩條線路的電流值，其中，一個(gè)傳感器檢測(cè)的兩條線路分別為：A、B相上橋臂的連接線，B、C相下橋臂的連接線；另一個(gè)傳感器檢測(cè)的兩條線路分別為：A、B相下橋臂的連接線，B、C相上橋臂的連接線；控制三相全橋逆變電路中功率管的導(dǎo)通或截止，根據(jù)同一時(shí)刻兩個(gè)電流傳感器檢測(cè)的電流值或者不同時(shí)刻同一電流傳感器檢測(cè)的電流值及基爾霍夫電流定律得到三相繞組的電流值。本發(fā)明能夠在不增加硬件電路成本的前提下，完成交流電機(jī)繞組相電流檢測(cè)的故障容錯(cuò)控制，結(jié)構(gòu)簡單，且節(jié)省成本。
【IPC分類】H02P6-08, H02K11-00, G01R19-00
【公開號(hào)】CN104836489
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510237180
【發(fā)明人】李云輝, 李丙玉, 王曉東
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日