Bldc位置傳感器的故障診斷方法、容錯控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種車用無刷直流電機(jī)位置傳感器的故障診斷方法、容錯控制方法及容錯控制系統(tǒng)。兩種方法均按電機(jī)起步階段和正常調(diào)速階段進(jìn)行。在起步階段，根據(jù)位置傳感器信號跳變判斷轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)而判斷位置傳感器的故障狀態(tài)，并依此選擇電機(jī)啟動方式。在正常調(diào)速階段，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置值，與位置傳感器信號進(jìn)行比較判斷故障狀態(tài)，并依此校驗(yàn)轉(zhuǎn)子位置及電機(jī)轉(zhuǎn)速。容錯控制模塊包括兩兩連接的轉(zhuǎn)子位置觀測單元、位置傳感器故障診斷單元以及容錯控制單元。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確判斷位置傳感器的故障狀態(tài)，在傳感器故障狀態(tài)下，采用容錯控制方法，能夠維持電機(jī)正常啟動和調(diào)速控制，有效解決突發(fā)的傳感器故障造成的不安全性或其他損害。
【專利說明】BLDC位置傳感器的故障診斷方法、容錯控制方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車用無刷直流電動機(jī)(BLDC)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車用無刷直流電機(jī)的控制方法和控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相比有刷直流電機(jī)系統(tǒng)，無刷直流電機(jī)系統(tǒng)在效率、耐久性、安全性等方面具有很大優(yōu)勢。它們結(jié)構(gòu)上的不同之處在于，無刷直流電機(jī)需要安裝獲取轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器，一般是霍爾傳感器。然而霍爾器件在濕熱等惡劣條件下容易失效，不能正確地給出轉(zhuǎn)子位置信號，從而使無刷直流電機(jī)不能正常運(yùn)行。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，需要對電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施一定的控制方案，使得電機(jī)在霍爾元件失效的情況下也能正常運(yùn)行，這就涉及到容錯控制策略。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中提出過雙?？刂品椒?，即當(dāng)霍爾傳感器發(fā)生故障的時(shí)候自動切換電源，以對抗霍爾傳感器的失效。但是，這種方法使正在運(yùn)行的電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)電流急速下降，造成巨大的轉(zhuǎn)矩脈動。因此，能夠綜合有位置傳感器控制方案啟動控制的高效性及無位置傳感器控制方案在位置傳感器發(fā)生故障時(shí)仍能維持電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的容錯控制技術(shù)具有極大的研究價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效解決無刷直流電機(jī)由于霍爾傳感器故障不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況，以保證系統(tǒng)安全性和可靠性的車用無刷直流電機(jī)位置傳感器的故障診斷方法，基于故障診斷的容錯控制方法及其控制系統(tǒng)。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法，包括以下步驟:
[0007](I)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，并與轉(zhuǎn)速閾值進(jìn)行比較；其中，所述轉(zhuǎn)速閾值為設(shè)定值，為起步階段電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限值；
[0008](2)若所述電機(jī)轉(zhuǎn)速小于所述轉(zhuǎn)速閾值，則電機(jī)處于起步階段，采用起步階段故障診斷方法對位置傳感器的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷；否則，電機(jī)處于正常調(diào)速階段，采用正常調(diào)速階段故障診斷方法對位置傳感器的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷。
[0009]所述步驟(2)中起步階段故障診斷方法包括以下步驟:
[0010](211)檢測位置傳感器信號跳變及位置傳感器信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置Θ L,并在位置傳感器信號跳變時(shí)開始計(jì)時(shí)t ；
[0011](212)等待位置傳感器信號再次跳變，并檢測此時(shí)位置傳感器信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置ΘΝ;
[0012](213)若位置傳感器信號未發(fā)生跳變且所述時(shí)間t大于或者等于時(shí)間閾值T時(shí)，則位置傳感器全部故障；其中，所述時(shí)間閾值T為設(shè)定值，為位置傳感器跳變間隔時(shí)間的上限值；[0013]若位置傳感器信號發(fā)生跳變且所述時(shí)間t小于所述時(shí)間閾值T，則計(jì)算(Θ -θ N)的值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷位置傳感器的故障狀態(tài)；
[0014]優(yōu)選的，所述步驟(213)中根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷位置傳感器的故障狀態(tài)包括:
[0015](a)若計(jì)算結(jié)果為Ji /3或者-5 π /3，則三相位置傳感器均正常；
[0016](b)若計(jì)算結(jié)果為2 π /3或者-4 π /3，則一個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常；
[0017](c)若計(jì)算結(jié)果為π或者_(dá)π，則兩個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外一個(gè)位置傳感器正?；蛘咭粋€(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟(b)中，當(dāng)電機(jī)為正轉(zhuǎn)時(shí)，包括以下情況:
[0019]若ΘΝ等于π/2或者3 π/2，則A相位置傳感器出現(xiàn)故障，B、C相位置傳感器正常；
[0020]若θ Ν等于Ji /6或者7 π /6，則B相位置傳感器出現(xiàn)故障，Α、B相位置傳感器正常；
[0021]若θ Ν等于5 π /6或者11 π /6，則C相位置傳感器出現(xiàn)故障，A、C相位置傳感器正
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[0022]所述步驟(b)中，當(dāng)電機(jī)為反轉(zhuǎn)時(shí)，包括以下情況:
[0023]若θ N等于11 Ji /6或者5 π /6，則A相位置傳感器出現(xiàn)故障，B、C相位置傳感器正常；
[0024]若θ N等于3 π /2或者π /2，則B相位置傳感器出現(xiàn)故障，A、C相位置傳感器正常；
[0025]若ΘΝ等于7π/6或者π/6，則C相位置傳感器出現(xiàn)故障，Α、Β相位置傳感器正常。
[0026]優(yōu)選的，所述步驟(C)還包括:繼續(xù)等待位置傳感器信號發(fā)生跳變，并檢測此時(shí)位置傳感器所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置9,;計(jì)算(0%)的值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定具體的位置傳感器故障狀態(tài)，包括:
[0027]若(Θ F- θ N)等于/3或者-5 π /3，并且θ N等于Ji /6或者7 π /6，則A相位置傳感器故障，B、C相位置傳感器正常；
[0028]若(Θ「ΘΝ)等于/3或者-5 π/3，并且θ Ν等于5 π/6或者11 π/6，則B相傳感器故障，A、C相位置傳感器正常；
[0029]若(Θ F- θ N)等于/3或者-5 π /3，并且θ N等于Ji /2或者3 π /2，則C相傳感器故障，Α、B相位置傳感器正常；
[0030]若(Θ F- θ Ν)等于Ji或者-Ji ,并且θ Ν不等于/6和7 π /6,則B、C兩相傳感器故障，A相位置傳感器正常；
[0031]若(Θ F- θ N)等于Ji或者-Ji ,并且θ N不等于5 π /6和11 π /6,則A、C兩相傳感器故障，B相位置傳感器正常；
[0032]若(Θ F- θ N)等于Ji或者-Ji，并且θ N不等于Ji /2和3 /2,則A、B兩相傳感器故障，C相位置傳感器正常。
[0033]所述步驟(2)中正常調(diào)速階段故障診斷方法包括以下步驟:
[0034](221)讀取上一時(shí)刻位置傳感器的故障狀態(tài)，并確定位置傳感器信號組合次序表；采用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，得到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量；所述位置傳感器信號組合次序表表示的是三相位置傳感器均正常時(shí)的位置傳感器信號組合的次序規(guī)律；
[0035](222)檢測位置傳感器信號，當(dāng)所述位置傳感器信號組合為所述位置傳感器信號組合次序表中的一項(xiàng)且與所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量一致時(shí)，啟動普通診斷模式；否則，啟動緊急診斷模式；
[0036](223)更新位置傳感器的故障狀態(tài)。
[0037]所述步驟(222)中普通診斷模式的步驟為:
[0038](a)根據(jù)所述位置傳感器信號組合，查所述位置傳感器信號組合次序表，預(yù)測下一次跳變后所述位置傳感器信號組合；
[0039](b)若所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量的跳變與所述位置傳感器信號組合的跳變不一致，則位置傳感器發(fā)生故障；否則位置傳感器正常。
[0040]優(yōu)選的，所述步驟(b)中，所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量的跳變與所述位置傳感器信號組合的跳變不一致判斷出位置傳感器出現(xiàn)故障包括兩種情況:
[0041]在未檢測到所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量跳變的情況下，檢測到所述位置傳感器信號組合跳變，但是新的位置傳感器信號組合與所述位置傳感器信號組合的預(yù)測組合不一致，則出現(xiàn)不一致的相的位置傳感器發(fā)生故障；
[0042]當(dāng)檢測到所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量跳變而同相的所述位置傳感器信號尚未跳變，則此同相的位置傳感器發(fā)生故障。
[0043]所述步驟(222)中緊急診斷模式的步驟為:
[0044](a)等待所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量出現(xiàn)一次跳變；
[0045](b)所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量出現(xiàn)跳變后，對比此時(shí)的位置傳感器信號組合與轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量，若有不同，則對應(yīng)相的位置傳感器發(fā)生故障；否則，位置傳感器正常。
[0046]—種基于上述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法的容錯控制方法，包括以下步驟:
[0047](I)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，并比較所述電機(jī)轉(zhuǎn)速與所述轉(zhuǎn)速閾值的大??；
[0048](2)當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速小于所述轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，判斷處于起步階段，采取所述起步階段故障診斷方法對位置傳感器進(jìn)行故障診斷，并根據(jù)故障診斷結(jié)果進(jìn)行起步階段容錯控制；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速大于或者等于所述轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，判斷處于正常調(diào)速階段，采取所述正常調(diào)速階段故障診斷方法對位置傳感器進(jìn)行故障診斷，并根據(jù)故障診斷結(jié)果進(jìn)行正常調(diào)速階段容錯控制。
[0049]所述步驟(2)中起步階段容錯控制為:
[0050](211)當(dāng)故障診斷結(jié)果表明所述位置傳感器全部正常時(shí)，采用自啟動方式啟動電機(jī)；
[0051](212)當(dāng)故障診斷結(jié)果表明一個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常時(shí)，采用自啟動方式啟動電機(jī)；
[0052](213)當(dāng)故障診斷結(jié)果表明兩個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外一個(gè)位置傳感器正常或者三個(gè)位置傳感器全部故障時(shí)，采用無位置傳感器啟動方式啟動電機(jī)；優(yōu)選的，所述步驟
(213)中的無位置傳感器啟動方式為電感啟動方式。
[0053]優(yōu)選的，所述步驟(2)中正常調(diào)速階段容錯控制為:
[0054](221)對發(fā)生故障的位置傳感器，轉(zhuǎn)子位置信號采取利用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算的所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量；對于未發(fā)生故障的位子傳感器，轉(zhuǎn)子位置信號采用所述位置傳感器的信號；
[0055](222)采用所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并與離散轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較；當(dāng)所述采用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與所述離散轉(zhuǎn)速相差在額定的百分比范圍時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用所述離散轉(zhuǎn)速；否則，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用所述利用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
[0056]其中，所述額定的百分比范圍為設(shè)定值，所述離散轉(zhuǎn)速為利用位置傳感器信號計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速。
[0057]優(yōu)選的，所述額定的百分比范圍為[_5%，+5%]。
[0058]一種實(shí)現(xiàn)上述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的容錯控制方法的容錯控制模塊，包括轉(zhuǎn)子位置觀測單元、位置傳感器故障診斷單元以及容錯控制單元；其中，所述轉(zhuǎn)子位置觀測單元與所述位置傳感器故障診斷單元連接，采用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置信息以及電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，并發(fā)送給所述位置傳感器故障診斷單元；所述位置傳感器故障診斷單元與所述位置傳感器連接，接收所述位置傳感器的信號，并接收所述轉(zhuǎn)子位置觀測單元發(fā)送的轉(zhuǎn)子位置信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，比較所述接收的信息，判斷位置傳感器的故障狀態(tài)，同時(shí)將所述故障狀態(tài)發(fā)送給所述容錯控制單元；所述容錯控制單元控制所述轉(zhuǎn)子位置觀測單元及所述位置傳感器故障診斷單元的任務(wù)調(diào)度，接收所述位置傳感器故障診斷單元發(fā)送的所述故障狀態(tài)，并根據(jù)所述故障狀態(tài)控制電機(jī)運(yùn)行。
[0059]所述位置傳感器故障診斷單元包括起步階段故障診斷部分以及正常調(diào)速階段故障診斷部分；所述起步階段故障診斷部分在電機(jī)處于起步階段時(shí)進(jìn)行位置傳感器的故障診斷，所述正常調(diào)速階段故障診斷部分在電機(jī)處于正常調(diào)速階段時(shí)進(jìn)行位置傳感器的故障診斷。
[0060]所述容錯控制模塊包括起步控制部分以及調(diào)速控制部分；所述起步控制部分在電機(jī)處于起步階段時(shí)對電機(jī)的啟動方式進(jìn)行容錯控制，即根據(jù)位置傳感器的故障診斷結(jié)果選擇電機(jī)的啟動方式；所述調(diào)速控制部分在電機(jī)進(jìn)入正常調(diào)速階段后進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)，之后再進(jìn)行基于位置估計(jì)的調(diào)速控制。
[0061]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出了一種車用無刷直流電機(jī)位置傳感器故障診斷方法，基于該故障診斷方法的容錯控制方法及其控制系統(tǒng)，綜合了有位置傳感器控制方案啟動控制的高效性和無位置傳感器控制方案在位置傳感器發(fā)生故障時(shí)仍能維持電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確判斷位置傳感器的故障狀態(tài)，在傳感器故障狀態(tài)下，采用容錯控制方法，能夠維持電機(jī)正常啟動和調(diào)速控制，有效解決突發(fā)的傳感器故障造成的不安全性或其他損害。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0062]圖1本發(fā)明實(shí)施例中車用無刷直流電機(jī)三個(gè)位置傳感器的信號圖；
[0063]圖2本發(fā)明實(shí)施例中正常調(diào)速階段位置傳感器的故障診斷方法的流程圖；
[0064]圖3本發(fā)明實(shí)施例中無刷直流電機(jī)位置傳感器容錯控制方法的流程圖；
[0065]圖4本發(fā)明實(shí)施例中無刷直流電機(jī)位置傳感器容錯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖5本發(fā)明實(shí)施例中無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0067]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0068]本發(fā)明提出了一種車用無刷直流電機(jī)位置傳感器的故障診斷方法、基于位置傳感器故障診斷的容錯控制方法及其容錯控制系統(tǒng)，該故障診斷方法檢測無刷直流電機(jī)位置傳感器的故障狀態(tài)，容錯控制方法根據(jù)位置傳感器的故障狀態(tài)對電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行容錯控制，以避免位置傳感器的故障對電機(jī)運(yùn)行造成不利影響。
[0069]一般地，無刷直流電機(jī)(BLDC)有三個(gè)霍爾傳感器作為位置傳感器并從中獲取轉(zhuǎn)子位置信息。根據(jù)控制過程的特殊性，無刷直流電機(jī)控制過程包括啟動控制和正常調(diào)速控制。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于一定轉(zhuǎn)速閥值時(shí)，電機(jī)由啟動控制進(jìn)入正常調(diào)速控制過程。本發(fā)明中位置傳感器的故障診斷也分這兩個(gè)階段區(qū)別進(jìn)行。
[0070]本發(fā)明的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法包括以下步驟:
[0071](I)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，并比較電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速閾值的大??；其中，轉(zhuǎn)速閾值為設(shè)定值，為起步階段電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限值；
[0072](2)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，判斷電機(jī)處于起步階段，采用起步階段故障診斷方法；否則，判斷電機(jī)處于正常調(diào)速階段，采用正常調(diào)速階段故障診斷。
[0073]在起步階段進(jìn)行位置傳感器的故障診斷時(shí)，可以依據(jù)位置傳感器信號來判斷傳感器的故障情況。如表I所示為正轉(zhuǎn)情況下位置傳感器正常時(shí)信號跳變的判斷依據(jù)，圖2所示為反轉(zhuǎn)情況下位置傳感器正常時(shí)信號跳變的判斷依據(jù)。從表I和表2可知位置傳感器信號跳變對應(yīng)著特定的轉(zhuǎn)子位置，這對三位置傳感器而言是獨(dú)立的；同時(shí)，信號跳變對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置是以n/3間隔出現(xiàn)的。因此，根據(jù)信號跳變而報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置，可以判斷位置傳感器的故障狀態(tài)。從而，上述步驟(2)中正常調(diào)速階段故障診斷方法包括如下步驟:
[0074](211)檢測位置傳感器信號跳變及位置傳感器信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置Θ L,并在位置傳感器信號跳變時(shí)開始計(jì)時(shí)t ；
[0075](212)等待位置傳感器信號再次發(fā)生跳變，并檢測此時(shí)位置傳感器信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置ΘΝ;
[0076](213)若位置傳感器信號未發(fā)生跳變且時(shí)間t大于或者等于時(shí)間閾值T時(shí)，則三相位置傳感器全部故障；其中，時(shí)間閾值T為設(shè)定值，為位置傳感器跳變間隔時(shí)間的上限值；若位置傳感器信號發(fā)生跳變且時(shí)間t小于時(shí)間閾值T，則計(jì)算(ΘΝ-Θ J的值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷位置傳感器的故障狀態(tài)。
[0077]上述步驟(213)中:當(dāng)兩者差值為 或者 時(shí)，三相位置傳感器均正常；當(dāng)差值為2 π /3或者-4 π /3時(shí)，某一個(gè)位置傳感器出現(xiàn)故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常，根據(jù)ΘΝ可以確定具體的故障源；當(dāng)差值為或者-π時(shí)，有兩種可能，兩個(gè)位置傳感器出現(xiàn)故障，另外一個(gè)位置傳感器正常和一個(gè)位置傳感器出現(xiàn)故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常，需要根據(jù)下一次信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置Θ F作進(jìn)一步判斷，可以結(jié)合(Θ F- θ N)的值確定具體的位置傳感器故障情況。
[0078]根據(jù)表3，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)且(θ Ν- Θ J的值為2 π /3或者-4 π /3時(shí)，包括以下情況:
[0079]若θ Ν等于Ji /2或者3 π /2，則A相位置傳感器出現(xiàn)故障，B、C相位置傳感器正常；[0080]若θ N等于Ji /6或者7 π /6，則B相位置傳感器出現(xiàn)故障，A、C相位置傳感器正常；
[0081]若θ Ν等于5 π /6或者11 π /6，則C相位置傳感器出現(xiàn)故障，Α、Β相位置傳感器正
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[0082]根據(jù)表4，當(dāng)反轉(zhuǎn)且(θ Ν- Θ J的值為2 π /3或者-4 π /3時(shí)，包括以下情況:
[0083]若θ Ν等于11 Ji /6或者5 π /6，則A相位置傳感器出現(xiàn)故障，B、C相位置傳感器正常；
[0084]若θ N等于3 π /2或者π /2，則B相位置傳感器出現(xiàn)故障，A、C相位置傳感器正常；
[0085]若θ Ν等于7 π /6或者π /6，則C相位置傳感器出現(xiàn)故障，Α、B相位置傳感器正常；
[0086]當(dāng)(ΘΝ-Θ,)的值為或者-Ji時(shí)，包括以下情況:
[0087](I)若(ΘΡ-ΘΝ)等于/3或者-5 π/3，并且θ Ν等于π/6或者7 π/6，則A相位置傳感器故障，B、C兩相位置傳感器正常；
[0088](2)若(ΘΡ-ΘΝ)等于 JI/3 或者-5 /3，并且 θ Ν 等于 5 π/6 或者 IIji/6，則 B 相位置傳感器故障，A、C兩相位置傳感器正常；
[0089](3)若(ΘΡ-ΘΝ)等于/3或者-5 π/3，并且θ Ν等于π/2或者3 π/2，則C相位置傳感器故障，Α、B兩相位置傳感器正常；
[0090](4)若(Θ F- θ Ν)等于Ji或者-Ji，并且θ Ν不等于Ji /6和7 /6,則B、C兩相位置傳感器故障，A相位置傳感器正常；
[0091](5)若(0F-0N)等于Ji或者-Ji ,并且θ N不等于5 π /6和11 π /6,則A、C兩相位置傳感器故障，B相位置傳感器正常；
[0092](6)若(Qf-Qn)等于π或者-π，并且θ ν不等于π /2和3 /2,則Α、B兩相位置傳感器故障，C相位置傳感器正常。
[0093]表I正轉(zhuǎn)時(shí)根據(jù)信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置對傳感器故障的具體判別
[0094]
【權(quán)利要求】
1.一種車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，并與轉(zhuǎn)速閾值進(jìn)行比較；其中，所述轉(zhuǎn)速閾值為設(shè)定值，為起步階段電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限值； (2)若所述電機(jī)轉(zhuǎn)速小于所述轉(zhuǎn)速閾值，則電機(jī)處于起步階段，采用起步階段故障診斷方法對位置傳感器的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷；否則，電機(jī)處于正常調(diào)速階段，采用正常調(diào)速階段故障診斷方法對位置傳感器的故障狀態(tài)進(jìn)行診斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法，其特征在于:所述步驟(2)中起步階段故障診斷方法包括以下步驟: (211)檢測位置傳感器信號跳變及位置傳感器信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置Θ?并在位置傳感器信號跳變時(shí)開始計(jì)時(shí)t ； (212)等待位置傳感器信 號再次跳變，并檢測此時(shí)位置傳感器信號跳變所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置0 N ； (213)若位置傳感器信號未發(fā)生跳變且所述時(shí)間t大于或者等于時(shí)間閾值T時(shí)，則位置傳感器全部故障；其中，所述時(shí)間閾值T為設(shè)定值，為位置傳感器跳變間隔時(shí)間的上限值； 若位置傳感器信號發(fā)生跳變且所述時(shí)間t小于所述時(shí)間閾值T，則計(jì)算(Θ L- Θ N)的值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷位置傳感器的故障狀態(tài)； 優(yōu)選的，所述步驟(213)中根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷位置傳感器的故障狀態(tài)包括: Ca)若計(jì)算結(jié)果為π /3或者-5 π /3，則三相位置傳感器均正常； (b)若計(jì)算結(jié)果為2π /3或者-4 π /3，則一個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常； (c)若計(jì)算結(jié)果為π或者-η，則兩個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外一個(gè)位置傳感器正?；蛘咭粋€(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常； 優(yōu)選的，所述步驟(b)中，當(dāng)電機(jī)為正轉(zhuǎn)時(shí)，包括以下情況: 若θ N等于Ji /2或者3 π /2，則A相位置傳感器出現(xiàn)故障，B、C相位置傳感器正常； 若θ Ν等于/6或者7 π /6，則B相位置傳感器出現(xiàn)故障，Α、B相位置傳感器正常； 若θ Ν等于5 π /6或者11 π /6，則C相位置傳感器出現(xiàn)故障，A、C相位置傳感器正常； 所述步驟(b)中，當(dāng)電機(jī)為反轉(zhuǎn)時(shí)，包括以下情況: 若θ N等于11 Ji /6或者5 π /6，則A相位置傳感器出現(xiàn)故障，B、C相位置傳感器正常； 若θ Ν等于3 π /2或者π /2，則B相位置傳感器出現(xiàn)故障，A、C相位置傳感器正常； 若θ Ν等于7 π /6或者π /6，則C相位置傳感器出現(xiàn)故障，Α、B相位置傳感器正常；優(yōu)選的，所述步驟(c)還包括:繼續(xù)等待位置傳感器信號發(fā)生跳變，并檢測此時(shí)位置傳感器所報(bào)告的轉(zhuǎn)子位置9-計(jì)算(0-0,)的值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定具體的位置傳感器故障狀態(tài)，包括: 若(eF-eN)等于n/3或者-5-1/3，并且ΘΝ等于π/6或者7 π/6，則A相位置傳感器故障，B、C相位置傳感器正常； 若(ΘΡ_ΘΝ)等于η/3或者-5 π/3，并且θ Ν等于5 π/6或者11π/6，則B相傳感器故障，A、C相位置傳感器正常；若(ΘΡ_ΘΝ)等于η/3或者-5 π/3，并且ΘΝ等于π/2或者3 π/2，則C相傳感器故障，Α、B相位置傳感器正常； 若(ΘΡ-ΘΝ)等于π或者-Ji，并且ΘΝ不等于π/6和7π/6，則B、C兩相傳感器故障，A相位置傳感器正常； 若(Qf_%)等于π或者_(dá) π，并且θ N不等于5 π /6和11 π /6,則A、C兩相傳感器故障，B相位置傳感器正常； 若(ΘΡ-ΘΝ)等于η或者并且ΘΝ不等于π/2和3π/2，則Α、Β兩相傳感器故障，C相位置傳感器正常。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法，其特征在于:所述步驟(2)中正常調(diào)速階段故障診斷方法包括以下步驟: (221)讀取上一時(shí)刻位置傳感器的故障狀態(tài)，并確定位置傳感器信號組合次序表；采用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，得到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量；所述位置傳感器信號組合次序表表示的是三相位置傳感器均正常時(shí)的位置傳感器信號組合的次序規(guī)律； (222)檢測位置傳感器信號，當(dāng)所述位置傳感器信號組合為所述位置傳感器信號組合次序表中的一項(xiàng)且與所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量一致時(shí)，啟動普通診斷模式；否則，啟動緊急診斷模式； (223)更新位置傳感器的故障狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法，其特征在于:所述步驟(222)中普通診斷模式的步驟為: Ca)根據(jù)所述位置傳感器 信號組合，查所述位置傳感器信號組合次序表，預(yù)測下一次跳變后所述位置傳感器信號組合； (b)若所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量的跳變與所述位置傳感器信號組合的跳變不一致，則位置傳感器發(fā)生故障；否則位置傳感器正常； 優(yōu)選的，所述步驟(b)中，所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量的跳變與所述位置傳感器信號組合的跳變不一致判斷出位置傳感器出現(xiàn)故障包括兩種情況: 在未檢測到所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量跳變的情況下，檢測到所述位置傳感器信號組合跳變，但是新的位置傳感器信號組合與所述位置傳感器信號組合的預(yù)測組合不一致，則出現(xiàn)不一致的相的位置傳感器發(fā)生故障； 當(dāng)檢測到所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量跳變而同相的所述位置傳感器信號尚未跳變，則此同相的位置傳感器發(fā)生故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法，其特征在于:所述步驟(222)中緊急診斷模式的步驟為: Ca)等待所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量出現(xiàn)一次跳變； (b)所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量出現(xiàn)跳變后，對比此時(shí)的位置傳感器信號組合與轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量，若有不同，則對應(yīng)相的位置傳感器發(fā)生故障；否則，位置傳感器正常。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的故障診斷方法的容錯控制方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速，并比較所述電機(jī)轉(zhuǎn)速與所述轉(zhuǎn)速閾值的大??； (2)當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速小于所述轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，判斷處于起步階段，采取所述起步階段故障診斷方法對位置傳感器進(jìn)行故障診斷，并根據(jù)故障診斷結(jié)果進(jìn)行起步階段容錯控制；當(dāng)所述電機(jī)轉(zhuǎn)速大于或者等于所述轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，判斷處于正常調(diào)速階段，采取所述正常調(diào)速階段故障診斷方法對位置傳感器進(jìn)行故障診斷，并根據(jù)故障診斷結(jié)果進(jìn)行正常調(diào)速階段容錯控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的容錯控制方法，其特征在于:所述步驟(2)中起步階段容錯控制為: (211)當(dāng)故障診斷結(jié)果表明所述位置傳感器全部正常時(shí)，采用自啟動方式啟動電機(jī)； (212)當(dāng)故障診斷結(jié)果表明一個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外兩個(gè)位置傳感器正常時(shí)，采用自啟動方式啟動電機(jī)； (213)當(dāng)故障診斷結(jié)果表明兩個(gè)位置傳感器發(fā)生故障，另外一個(gè)位置傳感器正?；蛘呷齻€(gè)位置傳感器全部故障時(shí)，采用無位置傳感器啟動方式啟動電機(jī)；優(yōu)選的，所述步驟(213)中的無位置傳感器啟動方式為電感啟動方式； 優(yōu)選的，所述 步驟(2)中正常調(diào)速階段容錯控制為: (221)對發(fā)生故障的位置傳感器，轉(zhuǎn)子位置信號采取利用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算的所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)量；對于未發(fā)生故障的位子傳感器，轉(zhuǎn)子位置信號采用所述位置傳感器的信號; (222)采用所述轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，并與離散轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較；當(dāng)所述采用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與所述離散轉(zhuǎn)速相差在額定的百分比范圍時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用所述離散轉(zhuǎn)速；否則，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速采用所述利用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 其中，所述額定的百分比范圍為設(shè)定值，所述離散轉(zhuǎn)速為利用位置傳感器信號計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速； 優(yōu)選的，所述額定的百分比范圍為[_5%，+5%]。
8.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求6所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的容錯控制方法的容錯控制模塊，其特征在于:包括轉(zhuǎn)子位置觀測單元、位置傳感器故障診斷單元以及容錯控制單元； 其中，所述轉(zhuǎn)子位置觀測單元與所述位置傳感器故障診斷單元連接，采用轉(zhuǎn)子位置估計(jì)技術(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置信息以及電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，并發(fā)送給所述位置傳感器故障診斷單元； 所述位置傳感器故障診斷單元與所述位置傳感器連接，接收所述位置傳感器的信號，并接收所述轉(zhuǎn)子位置觀測單元發(fā)送的轉(zhuǎn)子位置信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，比較所述接收的信息，判斷位置傳感器的故障狀態(tài)，同時(shí)將所述故障狀態(tài)發(fā)送給所述容錯控制單元； 所述容錯控制單元控制所述轉(zhuǎn)子位置觀測單元及所述位置傳感器故障診斷單元的任務(wù)調(diào)度，接收所述位置傳感器故障診斷單元發(fā)送的所述故障狀態(tài)，并根據(jù)所述故障狀態(tài)控制電機(jī)運(yùn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的容錯控制方法的容錯控制模塊，其特征在于:所述位置傳感器故障診斷單元包括起步階段故障診斷部分以及正常調(diào)速階段故障診斷部分； 所述起步階段故障診斷部分在電機(jī)處于起步階段時(shí)進(jìn)行位置傳感器的故障診斷，所述正常調(diào)速階段故障診斷部分在電機(jī)處于正常調(diào)速階段時(shí)進(jìn)行位置傳感器的故障診斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車用無刷直流電機(jī)的位置傳感器的容錯控制方法的容錯控制模塊，其特征在于:所述容錯控制模塊包括起步控制部分以及調(diào)速控制部分； 所述起步控制部分在電機(jī)處于起步階段時(shí)對電機(jī)的啟動方式進(jìn)行容錯控制，即根據(jù)位置傳感器的故障診斷結(jié)果選擇電機(jī)的啟動方式；所述調(diào)速控制部分在電機(jī)進(jìn)入正常調(diào)速階段時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的.校驗(yàn)，之后再進(jìn)行基于位置估計(jì)的調(diào)速控制。
【文檔編號】G01D18/00GK103438920SQ201310374110
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】周蘇, 王明強(qiáng), 賈雯杰, 鐘繼隆, 章桐, 吳全, 王東君 申請人:同濟(jì)大學(xué), 廣東廣順新能源動力科技有限公司