一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了一種霍爾位置傳感器故障診斷方法，具體涉及一種永磁同步電機(jī)霍 爾位置傳感器故障診斷方法，屬于的霍爾位置傳感器故障診斷的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)由于具有高功率、高效率以及低速大轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)，在工業(yè)、交通以及 家電領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在永磁同步電機(jī)控制策略中，矢量控制是最常用的控 制策略之一，該策略在控制過(guò)程中為了防止轉(zhuǎn)子的失步需要對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)。目前對(duì) 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)的方法大致可以分為兩類(lèi):有位置傳感器法和無(wú)位置傳感 器法。有位置傳感器法是應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器等高精度傳感器對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)， 此類(lèi)方法得到的轉(zhuǎn)子位置精度較高，但是傳感器的使用往往會(huì)增加系統(tǒng)的體積以及成本。 而無(wú)位置傳感器雖然不會(huì)增加系統(tǒng)的體積以及成本，但是位置估算的方法一般比較復(fù)雜， 勢(shì)必會(huì)增加系統(tǒng)的計(jì)算壓力，并且無(wú)傳感器方法一般會(huì)具有較差的起動(dòng)機(jī)低速性能。而在 一些特定的應(yīng)用背景中如電動(dòng)汽車(chē)，其經(jīng)常行駛在高溫、潮濕以及振動(dòng)比較強(qiáng)的工況下，這 會(huì)限制上述高精度傳感器的使用，同時(shí)汽車(chē)在城市中行駛時(shí)又會(huì)經(jīng)常的起動(dòng)停止，這則會(huì) 妨礙無(wú)傳感器的使用范圍。因此，霍爾傳感器在一些特殊的環(huán)境中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。
[0003] 霍爾位置傳感器是一種價(jià)格低廉，壽命長(zhǎng)，工作溫度范圍廣的低精度位置傳感器。 該傳感器是由3個(gè)開(kāi)關(guān)型霍爾元件組成，均勻的安裝在電角度為120°的圓周上，隨著電機(jī)的 轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)霍爾元件會(huì)輸出不同的高低電平，將整個(gè)360°電周期分為6個(gè)60°的扇區(qū)。在每個(gè) 扇區(qū)開(kāi)始的時(shí)候，可以對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行精確的檢測(cè)，但是在扇區(qū)之間則需要通過(guò)一定的估 算方法來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子位置。在利用該傳感器進(jìn)行位置估算時(shí)，條件是3個(gè)霍爾元件均是正常 的，但在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于溫度、濕度等工作環(huán)境的變化，會(huì)導(dǎo)致霍爾元件發(fā)生故障，故 障后霍爾元件輸出狀態(tài)始終為〇或1。在霍爾發(fā)生故障之后，如果還按照原先的方法進(jìn)行位 置估算，控制器會(huì)得到錯(cuò)誤的位置信號(hào)，之后會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的電壓信號(hào)，輕則導(dǎo)致電流過(guò)大， 控制器保護(hù)，重則導(dǎo)致控制器失控，電機(jī)燒壞。
[0004]目前已有一些中國(guó)專(zhuān)利提出了霍爾傳感器故障診斷的方法。申請(qǐng)?zhí)枮?201310312121.5的發(fā)明專(zhuān)利提出的故障診斷方法通過(guò)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是否出現(xiàn)了所有正 常的狀態(tài)來(lái)判斷，但該方法未給出故障霍爾元件定位的具體方法，并且該方法不能在電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)；申請(qǐng)?zhí)枮?01310395718.0的發(fā)明專(zhuān)利給出的方法是通過(guò)判 斷霍爾順序是否正確以及在某扇區(qū)內(nèi)走過(guò)的電角度是否在最大與最小值范圍內(nèi)來(lái)確認(rèn)故 障是否出現(xiàn)，但該方法沒(méi)有具體給出最大最小值的選取方法，并且當(dāng)參數(shù)選擇不合適時(shí)，適 用性比較差；申請(qǐng)?zhí)枮?01510533218.8的發(fā)明專(zhuān)利給出了一種詳細(xì)的霍爾位置傳感器故障 診斷方法以及其判斷過(guò)程中閥值時(shí)間的計(jì)算過(guò)程，該方法相對(duì)于上兩種方法更全面、詳細(xì)， 但該方法實(shí)施性有待提高并且閥值時(shí)間的計(jì)算過(guò)程相對(duì)較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述【背景技術(shù)】的不足，提供了一種永磁同步電 機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法，實(shí)現(xiàn)了霍爾傳感器故障類(lèi)型的快速診斷以及故障霍爾元 件的準(zhǔn)確定位，解決了現(xiàn)有霍爾傳感器故障診斷方法適用性較差、計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜、不能 在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案： 一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法，霍爾位置傳感器包括逆時(shí)針排列的 霍爾元件A、霍爾元件B、霍爾元件C，霍爾元件A、霍爾元件B、霍爾元件C將360°電周期劃分為 6個(gè)60°的扇區(qū)， 故障診斷方法包括如下步驟： l、 初始化霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)信息后運(yùn)行電機(jī)； Π 、檢測(cè)各霍爾兀件的輸出狀態(tài)彳目息，以霍爾兀件A的輸出狀態(tài)為最尚位，以霍爾兀件C 的輸出狀態(tài)為最低位，對(duì)各霍爾元件輸出狀態(tài)進(jìn)行二進(jìn)制編碼得到記錄各扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感 器輸出綜合狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)組，并存儲(chǔ)各扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 據(jù)； m、 排除三個(gè)霍爾元件均故障的情形： 當(dāng)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)在閥值時(shí)間或閥值角度內(nèi)發(fā)生跳變時(shí)，進(jìn)入步驟IV繼續(xù)診 斷故障類(lèi)型， 否則，霍爾傳感器向控制器反饋錯(cuò)誤信號(hào)，控制器控制永磁同步電機(jī)停機(jī)； IV、排除兩個(gè)霍爾元件故障的情形： 當(dāng)在整個(gè)電周期內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)多于兩種時(shí)，進(jìn)入步驟v繼續(xù)診斷故障類(lèi) 型， 否則，判定有兩個(gè)霍爾元件故障并由相鄰兩扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的十 進(jìn)制數(shù)據(jù)定位故障的霍爾元件，霍爾傳感器反饋包括故障霍爾元件個(gè)數(shù)和位置的故障類(lèi)型 信息至控制器； v、排除一個(gè)霍爾元件故障的情形： 當(dāng)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)不含零矢量時(shí)，判定霍爾元件無(wú)故障并返回步驟π， 否則，判定有一個(gè)霍爾元件故障并由零矢量之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)定位 故障的霍爾元件，霍爾傳感器反饋包括故障霍爾元件個(gè)數(shù)和位置的故障類(lèi)型信息至控制 器。
[0007] 作為所述一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法非進(jìn)一步優(yōu)化方案，步 驟IV中所述由相鄰兩扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)定位故障的霍爾 元件，具體為： 當(dāng)相鄰兩扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值為4時(shí)，判 定霍爾元件A無(wú)故障，霍爾元件B和霍爾元件C均故障； 當(dāng)相鄰兩扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值為2時(shí)，判 定霍爾元件B無(wú)故障，霍爾元件A和霍爾元件C均故障； 當(dāng)相鄰兩扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值為1時(shí)，判 定霍爾元件C無(wú)故障，霍爾元件A和霍爾元件B均故障。
[0008] 進(jìn)一步的，所述一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法的步驟V中，由 零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)定位故障的霍爾元件，具體為在逆時(shí)針轉(zhuǎn) 過(guò)扇區(qū)的情況下： 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為010或101時(shí)，判定霍爾元件A為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為001或110時(shí)，判定霍爾元件B為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為100或oil時(shí)，判定霍爾元件C為 故障霍爾元件。
[0009]進(jìn)一步的，所述一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法的步驟V中，由 零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)定位故障的霍爾元件，具體為在順時(shí)針轉(zhuǎn) 過(guò)扇區(qū)的情況下： 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為001或110時(shí)，判定霍爾元件A為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為100或oil時(shí)，判定霍爾元件B為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個(gè)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為010或101時(shí)，判定霍爾元件C為 故障霍爾元件。
[0010]再進(jìn)一步的，所述一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法的步驟m中， 閥值時(shí)間在永磁同步電機(jī)未啟動(dòng)時(shí)根據(jù)最小速度計(jì)算，閥值時(shí)間在永磁同步電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) 后根據(jù)轉(zhuǎn)過(guò)上一扇區(qū)的平均速度計(jì)算;閥值角度為60°與一角度余量之和。
[0011] 作為所述一種永磁同步電機(jī)霍爾位置傳感器故障診斷方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步 驟I中所述初始化霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)信息的方法為:選取六個(gè)霍爾元件正常工作情 況以外的綜合狀態(tài)信息為霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)信息的初始值，所述六個(gè)霍爾元