基于故障容错的电流检测方法及交流电机伺服控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及交流电机驱动控制领域，特别地，设及一种用于交流电机的基于故障 容错的电流检测方法及交流电机伺服控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着电力电子技术、微控制器技术、电机制造工艺的发展及新材料的涌 现，W交流电机为执行机构的伺服系统获得了长足的进步，并逐步取代传统液压和直流系 统成为伺服系统的主流。交流伺服系统按执行元件可分为感应电机和永磁同步电机，其中 永磁同步电机因其结构简单、体积小、效率高、控制精度高、可靠性好等优点获得了越来越 多的科研人员的青睐，并广泛应用在诸如机器人，航空航天、激光加工等要求高精度、高可 靠性的场合。
[0003] 交流永磁同步电机伺服系统按驱动方式可分为两类：正弦波驱动和方波驱动。其 中正弦波驱动的控制性能较方波驱动相比更为优越，能够实现高精度定位、宽调速范围及 快速的动态响应，但相比于方波驱动而言，正弦波控制算法更为复杂，且需要连续的位置和 相电流信号作为闭环控制的反馈。传统的交流永磁同步电机伺服系统中通常采用与电机同 轴连接的光电编码器或旋转变压器作为位置传感器，对于相电流的检测通常是在相绕组端 安装两个电流传感器分别检测两相电流值，根据基尔霍夫电流定律计算得到第=相的电流 值。若其中任何一个电流传感器发生故障，则无法获得全部的S相绕组电流，导致电流闭环 控制算法失效。若要完成传感器的故障容错功能，只能加倍传感器的使用数量，不仅会带来 成本的上升，也会使系统的体积增大，因此，在不增加电流传感器使用数量的前提下，研究 如何完成传感器的故障容错控制具有重要的工程意义。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种基于故障容错的电流检测方法及交流电机伺服控制方法，W解 决现有的交流电机绕组的相电流检测无故障容错或者因故障容错导致的传感器数量多及 结构复杂、成本高的技术问题。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种基于故障容错的电流检测方法，用于交流电机 的相电流检测，交流电机连接有用于提供=相交流电的=相全桥逆变电路，=相全桥逆变 电路设有A相、B相、C相引出线，A相、B相、C相引出线分别与交流电机的S相绕组输入端 连接W供电，电流检测方法包括：在=相全桥逆变电路中安装两个电流传感器，每个电流传 感器均同时检测两条线路的电流值，其中，一个电流传感器检测的两条线路分别为；A、B相 上桥臂的连接线，B、C相下桥臂的连接线；另一个电流传感器检测的两条线路分别为；A、B 相下桥臂的连接线，B、C相上桥臂的连接线；控制S相全桥逆变电路中功率管的导通或截 止，根据同一时刻两个电流传感器检测的电流值或者不同时刻同一电流传感器检测的电流 值及基尔霍夫电流定律得到=相绕组的电流值。
[0007] 进一步地，本发明基于故障容错的电流检测方法中，同一时刻两个电流传感器检 测的电流值为=个上桥臂的功率管同时导通或者=个下桥臂的功率管同时导通的时段内 同时采样两个电流传感器得到的电流值.
[000引不同时刻同一电流传感器检测的电流值包括；S个上桥臂的功率管同时导通时、S个下桥臂的功率管同时导通时分别采集的电流值。
[0009] 进一步地，本发明基于故障容错的电流检测方法还包括；对电流传感器是否故障 进行检测的步骤，包括：
[0010] =个上桥臂的功率管同时导通时，同时采集两个电流传感器的电流值；
[0011] S个下桥臂的功率管同时导通时，同时采集两个电流传感器的电流值；
[0012] 将两个电流传感器检测的电流值进行比对，确认是否出现故障。
[0013] 进一步地，本发明基于故障容错的电流检测方法还包括；在两个电流传感器中的 一个出现故障时，通过在=个上桥臂的功率管同时导通时及=个下桥臂的功率管同时导通 时分别采集正常工作的电流传感器的电流值，并根据基尔霍夫电流定律得到=相绕组的电 流值。
[0014] 进一步地，本发明基于故障容错的电流检测方法还包括：
[0015] 对电流传感器的直流偏置误差进行校正的步骤，包括：
[0016] 采集其中任何一个电流传感器分别在=个上桥臂的功率管同时导通时、=个下桥 臂的功率管同时导通时的电流值，即得到ib+i。和i。的值，其中，ib为B相电流值，i。为C 相电流值，若此电流传感器存在的直流偏置误差为a,则采集到的值应分别为ib+it+a和 ic+a，将二者作差即可得到B相电流的准确值ib，对于采集到的a通过陷波滤波器消除 其直流量a，进而得到准确的C相电流值i。。
[0017] 进一步地，通过引入陷波滤波器对采集到的C相电流进行直流偏置误差a的滤 除，包括：
[001引建立陷波滤波器的传递函数Gf(S):
【主权项】
1. 一种基于故障容错的电流检测方法，用于交流电机（10)的相电流检测，所述交流 电机（10)连接有用于提供三相交流电的三相全桥逆变电路（20)，所述三相全桥逆变电路 (20)设有A相、B相、C相引出线，所述A相、B相、C相引出线分别与所述交流电机（10)的 三相绕组输入端连接以供电，其特征在于，所述电流检测方法包括： 在所述三相全桥逆变电路（20)中安装两个电流传感器（30)，每个所述电流传感器 (30)均同时检测两条线路的电流值，其中，一个所述电流传感器（30)检测的两条线路分别 为：A、B相上桥臂的连接线，B、C相下桥臂的连接线；另一个所述电流传感器（30)检测的两 条线路分别为：A、B相下桥臂的连接线，B、C相上桥臂的连接线； 控制所述三相全桥逆变电路（20)中功率管的导通或截止，根据同一时刻两个所述电 流传感器（30)检测的电流值或者不同时刻同一所述电流传感器（30)检测的电流值及基尔 霍夫电流定律得到三相绕组的电流值。
2. 根据权利要求1所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于， 同一时刻两个所述电流传感器（30)检测的电流值为三个上桥臂的功率管同时导通或 者三个下桥臂的功率管同时导通的时段内同时采样两个所述电流传感器（30)得到的电流 值； 不同时刻同一所述电流传感器（30)检测的电流值包括： 三个上桥臂的功率管同时导通时、三个下桥臂的功率管同时导通时分别采集的电流 值。
3. 根据权利要求1所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于，还包括： 对所述电流传感器（30)是否故障进行检测的步骤，包括： 三个上桥臂的功率管同时导通时，同时采集两个所述电流传感器（30)的电流值； 三个下桥臂的功率管同时导通时，同时采集两个所述电流传感器（30)的电流值； 将两个所述电流传感器（30)检测的电流值进行比对，确认是否出现故障。
4. 根据权利要求3所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于，还包括： 在两个所述电流传感器（30)中的一个出现故障时，通过在三个上桥臂的功率管同时 导通时及三个下桥臂的功率管同时导通时分别采集正常工作的所述电流传感器（30)的电 流值，并根据基尔霍夫电流定律得到三相绕组的电流值。
5. 根据权利要求1所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于，还包括： 对所述电流传感器（30)的直流偏置误差进行校正的步骤，包括： 采集其中任何一个所述电流传感器（30)分别在三个上桥臂的功率管同时导通时、三 个下桥臂的功率管同时导通时的电流值，即得到ib+i。和i。的值，其中，ib为B相电流值， i。为C相电流值，若此电流传感器（30)存在的直流偏置误差为α，则采集到的值应分别为 ib+ie+a和ie+a，将二者作差即可得到B相电流的准确值i b，对于采集到的ie+a通过陷波 滤波器消除其直流量a，进而得到准确的C相电流值i。。
6. 根据权利要求5所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于， 通过引入陷波滤波器对采集到的C相电流进行直流偏置误差a的滤除，包括： 建立陷波滤波器的传递函数Gf (s)，
其中，为电机轴端的角速度，ζ "和ζ d分别为分子和分母的阻尼系数，需满足 〇〈en〈ed〈i; 将c相电流的采集值iJa引入到陷波滤波器中，则输出得到其高频噪声及低频直流 分量，再用采集到的c相电流值与其作差，即得到c相电流的准确值。
7. 根据权利要求1至6任一所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于， 所述电流传感器（30)为电气隔离型传感器。
8. 根据权利要求7所述的基于故障容错的电流检测方法，其特征在于， 所述电流传感器（30)包括但不限于霍尔效应传感器或者电流互感器。
9. 一种交流电机伺服控制方法，采用正弦波驱动的伺服控制方法，其特征在于，通过如 权利要求1至8任一所述的电流检测方法检测所述交流电机（10)的相电流信号作为闭环 控制的反馈信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于故障容错的电流检测方法及交流电机伺服控制方法，该电流检测方法包括：在三相全桥逆变电路中安装两个电流传感器，每个电流传感器均同时检测两条线路的电流值，其中，一个传感器检测的两条线路分别为：A、B相上桥臂的连接线，B、C相下桥臂的连接线；另一个传感器检测的两条线路分别为：A、B相下桥臂的连接线，B、C相上桥臂的连接线；控制三相全桥逆变电路中功率管的导通或截止，根据同一时刻两个电流传感器检测的电流值或者不同时刻同一电流传感器检测的电流值及基尔霍夫电流定律得到三相绕组的电流值。本发明能够在不增加硬件电路成本的前提下，完成交流电机绕组相电流检测的故障容错控制，结构简单，且节省成本。
【IPC分类】H02P6-08, H02K11-00, G01R19-00
【公开号】CN104836489
【申请号】CN201510237180
【发明人】李云辉, 李丙玉, 王晓东
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月12日