永磁同步電機開關(guān)霍爾位置傳感器故障判斷及定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機位置傳感器故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種永磁同步電機開關(guān) 霍爾位置傳感器故障判斷及定位方法。
【背景技術(shù)】 陽〇〇引永磁同步電機由于具有體積小、效率高、功率密度大W及調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，在航 空航天、電動汽車驅(qū)動、數(shù)控機床W及家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在高性能的驅(qū)動 系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)高精度、高動態(tài)性能的速度和轉(zhuǎn)矩控制，通常采用磁場定向矢量控制。在 傳統(tǒng)的矢量控制中，往往需要通過位置傳感器來獲取轉(zhuǎn)子位置，W此來實現(xiàn)精確的磁場定 向。相比于旋轉(zhuǎn)變壓器和光電碼盤，開關(guān)霍爾位置傳感器由于具有成本低廉、體積小、安裝 方便等優(yōu)點，近年來得到了廣泛地應(yīng)用。
[0003] 如說明書附圖中圖2-a所示，一般將S路開關(guān)霍爾位置傳感器化、化、化均勻?qū)ΨQ 地安裝在相隔120°電角度的圓周上。如圖2-b~圖2-C所示，當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)時，霍爾輸出信 號是=個相隔120°的方波，每個方波有180°的有效角度，運樣就可W把360°的電角度 分為6個扇區(qū)，每個扇區(qū)60°電角度，當(dāng)霍爾組合信號每跳變一次說明轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60°電角 度。在正弦波驅(qū)動永磁同步電機控制上，一般采用零階泰勒級數(shù)法和一階泰勒級數(shù)法來估 算電機轉(zhuǎn)子的實際位置，進而獲得精度較高的控制效果。而當(dāng)開關(guān)霍爾位置傳感器出現(xiàn)故 障時，故障路開關(guān)霍爾傳感器輸出數(shù)字信號恒為0或1，電機控制器也將會接收到錯誤的位 置信號，導(dǎo)致其發(fā)出不正確的電壓矢量，進而帶來一系列的嚴(yán)重后果，如：電機發(fā)熱短路，控 制器過流保護，轉(zhuǎn)軸磨損斷裂，嚴(yán)重的甚至?xí)购蠹夁B接傳動機構(gòu)擁痕，最終導(dǎo)致整個驅(qū)動 系統(tǒng)崩潰。因此，對開關(guān)霍爾位置傳感器的故障進行及時準(zhǔn)確地判斷和定位具有十分重要 的價值。
[0004] 中國專利201310312121. 5通過判斷檢測到的霍爾狀態(tài)中是否含有0矢量來進行 故障檢測，并同過分析檢測到的霍爾狀態(tài)量來定位其中的故障路霍爾傳感器，但該方法需 要在電機旋轉(zhuǎn)結(jié)束后才可對霍爾狀態(tài)進行綜合判斷，不可實時檢測，并且只可診斷出單路 和雙路兩種霍爾故障狀態(tài)，對其他故障態(tài)的檢測并沒有給予說明，因此，該方法缺乏實際操 作性。中國專利201310395718. 0公開了一種永磁同步電機霍爾傳感器故障診斷方法，該專 利同時采用=種方法來進行故障診斷，并且引入了一種故障確認(rèn)方法。但該方法并沒有具 體給出轉(zhuǎn)子在某一區(qū)域走過電角度最小值和最大值的取值方法，另外，對于故障確認(rèn)方法， 若發(fā)生雙路霍爾故障且n取值較大，則確認(rèn)時間過長，且該故障確認(rèn)方法不適用于確認(rèn)S 路霍爾故障及傳感器電源故障，因此，該專利所提方法實用性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所設(shè)及到的缺陷，提供一種永磁同 步電機開關(guān)霍爾位置傳感器故障判斷及定位方法，用于快速準(zhǔn)確地判斷并定位出發(fā)生故障 的開關(guān)霍爾傳感器。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0007] 永磁同步電機開關(guān)霍爾位置傳感器故障判斷及定位方法，包括W下步驟：
[0008]步驟1)，所述永磁同步電機的=路開關(guān)霍爾輸出信號中只要有一路輸出信號發(fā)生 跳變即觸發(fā)中斷，將此刻每一路開關(guān)霍爾輸出信號分別存儲在化llx[i]中，同時，記錄相 鄰兩次開關(guān)霍爾信號跳變之間的時間t。；
[0009] 其中，義=曰，6，(3，1=0~5，化11義山為長度為6的一維數(shù)組；
[0010] t"=m\，n為計數(shù)變量，代表開關(guān)霍爾信號跳變的次數(shù)；N為相鄰兩次開關(guān)霍爾信 號跳變獲得的脈沖數(shù)；L是主中斷周期時長；
[0011] 步驟2)，若所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)子在當(dāng)前霍爾狀態(tài)的停留時間大于預(yù)設(shè)的時 間闊值t。。，。、，記錄所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)子在當(dāng)前霍爾狀態(tài)的停留時間tm，若其滿足關(guān)系 則判斷發(fā)生3路開關(guān)霍爾傳感器故障或傳感器電源故障，將故障標(biāo)志位error_flag賦值為3 ; 陽01引其中，tm=NT,;k為預(yù)先設(shè)定的大于1的整數(shù)；
[001引步驟3)，若所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)子在預(yù)設(shè)的時間闊值t。。。,內(nèi)進行開關(guān)霍爾信號 跳變，計數(shù)變量n累加1;
[0014] 步驟4)，當(dāng)計數(shù)變量n值累加至5時為1個故障判斷檢測周期，將計數(shù)變量n賦值 為0 ; 陽015] 步驟5)，若數(shù)組化llx[j]中的每一個元素均滿足關(guān)系化llx[j]聲化llx[j+3]， 將故障標(biāo)志位erroLflag賦值為0 ;
[0016] 其中，j= 〇 ~2;
[0017] 步驟6)，若數(shù)組化1lx[j]中存在一組元素滿足關(guān)系化1lx[j]=化1lx[j+3]，繼 續(xù)運行u個故障判斷檢測周期，若都為同一組元素滿足關(guān)系化llx[j]=化llx[j+3]，則判 斷發(fā)生單路開關(guān)霍爾傳感器故障，將故障標(biāo)志位error_flag賦值為1，并將化1lx定位為故 障路霍爾；
[001引其中，U為預(yù)先設(shè)定的整數(shù)；
[0019] 步驟7)，若數(shù)組化llx[j]中存在兩組元素滿足關(guān)系化llx[j]=化llx[j+3]，繼 續(xù)運行1個故障判斷檢測周期，并記錄電機轉(zhuǎn)子在此故障判斷檢測周期所經(jīng)歷的時間，將 其存儲在Time[j]中，若滿足關(guān)系2*Time[0]〈Time[1]且2*Time[0]〈Time巧]，則判斷發(fā)生 雙路開關(guān)霍爾傳感器故障，將故障標(biāo)志位error_flag賦值為2,并將化1lx定位為故障路霍 爾；
[0020] 其中，Time[0]為電機轉(zhuǎn)子在最后一個正常狀態(tài)經(jīng)歷一個故障判斷檢測周期的時 間，Time[l]和Time[2]分別為發(fā)生故障后電機轉(zhuǎn)子經(jīng)過連續(xù)兩個故障判斷檢測周期的時 間；
[0021] 步驟8)，將故障狀態(tài)及故障路開關(guān)霍爾反饋給控制器。
[0022] 作為本發(fā)明永磁同步電機開關(guān)霍爾位置傳感器故障判斷及定位方法進一步的優(yōu) 化方案，所述在預(yù)設(shè)的時間闊值t。。。、通過W下方式得到：
[0023]首先采集轉(zhuǎn)子經(jīng)過上一霍爾狀態(tài)的時間t。1，然后根據(jù)W下公式計算得到t。。。、： CN105115416A 說明書 3/6頁
[00對其中，J為系統(tǒng)機械轉(zhuǎn)動慣量，Lmi。為電機輸出反向最大電磁轉(zhuǎn)矩，l\m。,為電機所 帶最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
[00%] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0027] 1.本發(fā)明可W快速準(zhǔn)確的對開關(guān)霍爾位置傳感器的故障進行判斷，并對=種故障 狀態(tài)進行清晰地分類，充分降低開關(guān)霍爾位置傳感器故障對系統(tǒng)運行帶來的影響；
[0028] 2.利用一個故障判斷檢測周期內(nèi)各路開關(guān)霍爾傳感器輸出信號的邏輯關(guān)系，可 W快速精確地定位出具體的故障路開關(guān)霍爾位置傳感器，有利于在故障發(fā)生后對其進行維 修；
[0029] 3.利用=種方法，分別對初步判斷的=種故障狀態(tài)進行多次確認(rèn)，及時排除由于 電機正反轉(zhuǎn)切換W及電磁干擾造成的誤判斷現(xiàn)象，充分提高電機驅(qū)動系統(tǒng)的魯棒性；
[0030] 4.該方法無需?？诘挠布娐?，只需軟件就能實現(xiàn)，簡單實用，且成本低廉。
【附圖說明】
[0031]圖1為開關(guān)霍爾位置傳感器故障判斷定位方法W及故障誤判斷排除方法示意圖；
[0032] 圖2-a為S開關(guān)霍爾位置傳感器安裝示意圖；
[0033] 圖2-b為正常運行時S開關(guān)霍爾位置區(qū)間圖；
[0034] 圖2-C為正常運行時=開關(guān)霍爾位置傳感器各路輸出信號示意圖；
[0035] 圖3-a為A路開關(guān)霍爾故障且輸出恒為"1"時S開關(guān)霍爾位置區(qū)間圖；
[0036] 圖3-b為A路開關(guān)霍爾故障且輸出恒為"1"時各路開關(guān)霍爾輸出信號示意圖；
[0037] 圖4-a為A、C路開關(guān)霍爾故障且輸出都恒為"1"時S開關(guān)霍爾位置區(qū)間圖； 陽03引圖4-b為A、C路開關(guān)霍爾故障且輸出都恒為"1"時各路開關(guān)霍爾輸出信號示意 圖；
[0039] 圖5-a為發(fā)生S路開關(guān)霍爾傳感器或電源發(fā)生故障時S開關(guān)霍爾位置區(qū)間圖；
[0040] 圖5-b為發(fā)生=路開關(guān)霍爾傳感器或電源故障時各路開關(guān)霍爾輸出信號示意圖；
[0041] 圖6-a為電機正反轉(zhuǎn)切換時S開關(guān)霍爾位置傳感器各路輸出信號示意圖；
[0042] 圖6-b為C路開關(guān)霍爾受電磁干擾時各路=開關(guān)霍爾位置傳感器輸出信號示意 圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明：
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明提出一種永磁同步電機開關(guān)霍爾位置傳感器故障判斷及定位 方法，具體步驟為：
[0045] 第一步，初始化各變量，如圖2-曰、圖2-b和2-C所示，在電機正常運行過程中，轉(zhuǎn)子 每轉(zhuǎn)動一個電周期，各開關(guān)霍爾位置傳感器會連續(xù)輸出一定規(guī)律的6種狀態(tài)量，因此，定義 S個長度為6的一維數(shù)組化lla[6]，化1化[6]和化11c[6]，分別用來存儲3路開關(guān)霍爾傳 感器的輸出量，另外，定義計數(shù)變量n，定義變量t。為電機轉(zhuǎn)子經(jīng)過某一霍爾狀態(tài)的時間，定 義一個長度為3的一維數(shù)組Time巧]，用來記錄電機轉(zhuǎn)子經(jīng)歷的連續(xù)S個故障判斷檢測周 期的時間；定義故障標(biāo)志位error_flag,當(dāng)控制器上電時，對所有變量進行初始化，并且初 值均賦為0 ;
[0046] 第二步，電機接收到控制器輸出信號后轉(zhuǎn)動，采用邊沿捕獲中斷，當(dāng)3路開關(guān)霍爾 傳感器中任何一路輸出信號發(fā)生變化則觸發(fā)數(shù)字信號處理器中斷，將此時開關(guān)霍爾傳感器 的輸出量分別存儲在數(shù)組化11曰、化1化和化11c中，同時，將計數(shù)變量n值累加1。另外，在 數(shù)字處理忍片中開啟2個定時器分別用來記錄電機轉(zhuǎn)子經(jīng)過某一霍爾狀態(tài)的時間t。^及 電機轉(zhuǎn)子經(jīng)過一個故障判斷檢測周期的時間Time,可分別表示為t"=NJ,，Time=NzL;
[0047