一种基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其是一种基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法。

背景技术：

1、准确反馈电感电流的电流传感器是实现dc-dc控制器恒流控制的前提，工程应用中电流传感器易受到外界干扰、接插件焊接不良、寿命耐久等因素的影响而发生故障。电流传感器故障一般会导致电感电流的采样值偏离真实值，严重的情况下会导致电流传感器的功能丧失，电流的采样值保持为0。

2、电流传感器发生故障后，若dc-dc控制器依旧按照正常的逻辑控制电感电流，那么极有可能会导致mos管pwm控制信号的占空比突然增大、mos管的电流骤增、mos管爆炸的风险增加，故障诊断技术是避免以上问题发生的行之有效的策略。

3、现有dc-dc控制器电流传感器的故障诊断一般采用设置故障阈值的方式，当获取到的电流采样值高于或低于某一故障阈值时则判定传感器出现故障，该方法存在三点不足：第一，设置阈值会降低电流传感器量程的利用率，同时会使dc-dc控制器的工况受到限制；第二，无法检测出电流传感器供电异常导致的电流采样不准的故障；第三，无法检测出电流传感器故障程度较轻的故障。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的诊断精度低、应用条件受限等问题，本发明的目的在于提供一种能够提高电流传感器供电异常和采样故障等方面故障的诊断准确率，并在检测到故障后采取停机保护措施，提高dc-dc控制器系统的安全性的基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法，该方法包括下列顺序的步骤：

3、(1)根据dc-dc控制器boost拓扑电路建立电感电流il的滑模观测器，并使用滑模观测器估计电感电流il，得到电感电流的估计值

4、(2)对电感电流的估计值进行低通滤波处理，得到观测电流滤波值

5、(3)设定故障条件阈值，若电感的采样电流ils与观测电流滤波值的差值超过故障条件阈值，则判定电流传感器发生故障。

6、所述步骤(1)具体是指：

7、dc-dc控制器的mos管q导通时，dc-dc控制器boost拓扑电路的微分方程表示为：

8、

9、dc-dc控制器的mos管q断开时，dc-dc控制器boost拓扑电路的微分方程表示为：

10、

11、由式(1)×d加上式(2)×(1－d)得到dc-dc控制器在mos管q通断周期的微分方程为：

12、

13、式中，l、c、r分别为电感、电容和输出等效电阻，u1、u2、d分别为输入电源uin的输入电压、输出电源uo的输出电压、mos管q的占空比，0<d<1；

14、据式(4)设计电感电流il的滑模观测器为：

15、

16、

17、式中，是dc-dc控制器输出电压的估计，是dc-dc控制器电感电流的估计，h为滑模增益，sat()为饱和函数；

18、式(5)减去式(4)得到：

19、

20、其中，为输出电压的估计误差；为电感电流的估计误差；

21、由式(7)可知，当收敛到0时，也收敛到0，即此时

22、

23、在步骤(1)中，所述dc-dc控制器boost拓扑电路包括输入电源uin、输出电源uo、电感l、电容c、输出等效电阻r、二极管vd、mos管q和电流传感器a；输入电源uin、电感l、电流传感器a、二极管vd、输出等效电阻r和输出电源uo依次串联组成串联回路，输入电源uin的正极与电感l的一端相连，电感l的另一端与节点a相连，电流传感器a套设在电感l与节点a之间的线路上，节点a与二极管vd的阳极相连，二极管vd的阴极与输出等效电阻r的一端相连，输出等效电阻r的另一端与输出电源uo的正极相连，mos管q的栅极接控制器输出的pwm控制信号，mos管q的漏极接节点a，mos管q的源极接输入电源uin的负极，电容c的一端接节点b，节点b位于二极管vd和输出等效电阻r之间，电容c的一端接输出电源uo的负极，电路中电感电流为il。

24、所述步骤(3)具体是指：故障条件阈值设置为：

25、

26、其中，k为故障比例系数，b为故障偏移系数，k、b均大于0；

27、当电感的采样电流ils与观测电流滤波值满足：

28、

29、则判定电流传感器发生故障。

30、由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：第一，本发明能够提高电流传感器供电异常和采样故障等方面故障的诊断准确率，以便检测到故障后采取停机保护措施，提高dc-dc控制器系统的安全性；第二，本方法简单、参数少、计算量小，实现成本较低；第三，本发明具备诊断电流传感器故障程度的能力，并且容易设置故障条件阈值。

技术特征：

1.一种基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

2.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法，其特征在于：所述步骤(1)具体是指：

3.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述dc-dc控制器boost拓扑电路包括输入电源uin、输出电源uo、电感l、电容c、输出等效电阻r、二极管vd、mos管q和电流传感器a；输入电源uin、电感l、电流传感器a、二极管vd、输出等效电阻r和输出电源uo依次串联组成串联回路，输入电源uin的正极与电感l的一端相连，电感l的另一端与节点a相连，电流传感器a套设在电感l与节点a之间的线路上，节点a与二极管vd的阳极相连，二极管vd的阴极与输出等效电阻r的一端相连，输出等效电阻r的另一端与输出电源uo的正极相连，mos管q的栅极接控制器输出的pwm控制信号，mos管q的漏极接节点a，mos管q的源极接输入电源uin的负极，电容c的一端接节点b，节点b位于二极管vd和输出等效电阻r之间，电容c的一端接输出电源uo的负极，电路中电感电流为il。

4.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指：故障条件阈值设置为：

技术总结
本发明涉及一种基于滑模观测器的电流传感器故障诊断方法，包括：根据DC‑DC控制器Boost拓扑电路建立电感电流的滑模观测器，并使用滑模观测器估计电感电流，得到电感电流的估计值；对电感电流的估计值进行低通滤波处理，得到观测电流滤波值；设定故障条件阈值，若电感的采样电流与观测电流滤波值的差值超过故障条件阈值，则判定电流传感器发生故障。本发明能够提高电流传感器供电异常和采样故障等方面故障的诊断准确率，以便检测到故障后采取停机保护措施，提高DC‑DC控制器系统的安全性；本方法简单、参数少、计算量小，实现成本较低；本发明具备诊断电流传感器故障程度的能力，并且容易设置故障条件阈值。

技术研发人员：刘昌金,董启山,梅营,向礼
受保护的技术使用者：致瞻科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7