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，在工業(yè)、交通以及 家電領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(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，該策略在控制過程中為了防止轉(zhuǎn)子的失步需要對轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測。目前對 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測的方法大致可以分為兩類:有位置傳感器法和無位置傳感 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位置進(jìn)行檢測， 此類方法得到的轉(zhuǎn)子位置精度較高，但是傳感器的使用往往會增加系統(tǒng)的體積以及成本。 而無位置傳感器雖然不會增加系統(tǒng)的體積以及成本，但是位置估算的方法一般比較復(fù)雜， 勢必會增加系統(tǒng)的計算壓力，并且無傳感器方法一般會具有較差的起動機(jī)低速性能。而在 一些特定的應(yīng)用背景中如電動汽車，其經(jīng)常行駛在高溫、潮濕以及振動比較強(qiáng)的工況下，這 會限制上述高精度傳感器的使用，同時汽車在城市中行駛時又會經(jīng)常的起動停止，這則會 妨礙無傳感器的使用范圍。因此，霍爾傳感器在一些特殊的環(huán)境中得到了越來越多的應(yīng)用。
[0003] 霍爾位置傳感器是一種價格低廉，壽命長，工作溫度范圍廣的低精度位置傳感器。 該傳感器是由3個開關(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)動每個霍爾元件會輸出不同的高低電平，將整個360°電周期分為6個60°的扇區(qū)。在每個 扇區(qū)開始的時候，可以對轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行精確的檢測，但是在扇區(qū)之間則需要通過一定的估 算方法來計算轉(zhuǎn)子位置。在利用該傳感器進(jìn)行位置估算時，條件是3個霍爾元件均是正常 的，但在電機(jī)運行過程中，由于溫度、濕度等工作環(huán)境的變化，會導(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，控制器會得到錯誤的位置信號，之后會發(fā)出錯誤的電壓信號，輕則導(dǎo)致電流過大， 控制器保護(hù)，重則導(dǎo)致控制器失控，電機(jī)燒壞。
[0004]目前已有一些中國專利提出了霍爾傳感器故障診斷的方法。申請?zhí)枮?201310312121.5的發(fā)明專利提出的故障診斷方法通過判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動時是否出現(xiàn)了所有正 常的狀態(tài)來判斷，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)動過程中實時進(jìn)行故障檢測；申請?zhí)枮?01310395718.0的發(fā)明專利給出的方法是通過判 斷霍爾順序是否正確以及在某扇區(qū)內(nèi)走過的電角度是否在最大與最小值范圍內(nèi)來確認(rèn)故 障是否出現(xiàn)，但該方法沒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，適 用性比較差；申請?zhí)枮?01510533218.8的發(fā)明專利給出了一種詳細(xì)的霍爾位置傳感器故障 診斷方法以及其判斷過程中閥值時間的計算過程，該方法相對于上兩種方法更全面、詳細(xì)， 但該方法實施性有待提高并且閥值時間的計算過程相對較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【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，實現(xiàn)了霍爾傳感器故障類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、計算過程相對復(fù)雜、不能 在電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中實時進(jìn)行故障檢測的技術(shù)問題。
[0006] 本發(fā)明為實現(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)信息后運行電機(jī)； Π 、檢測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，并存儲各扇區(qū)內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 據(jù)； m、 排除三個霍爾元件均故障的情形： 當(dāng)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)在閥值時間或閥值角度內(nèi)發(fā)生跳變時，進(jìn)入步驟IV繼續(xù)診 斷故障類型， 否則，霍爾傳感器向控制器反饋錯誤信號，控制器控制永磁同步電機(jī)停機(jī)； IV、排除兩個霍爾元件故障的情形： 當(dāng)在整個電周期內(nèi)霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)多于兩種時，進(jìn)入步驟v繼續(xù)診斷故障類 型， 否則，判定有兩個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數(shù)和位置的故障類型 信息至控制器； v、排除一個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，判定霍爾元件無故障并返回步驟π， 否則，判定有一個霍爾元件故障并由零矢量之后的一個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數(shù)和位置的故障類型信息至控制 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)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)之差的絕對值為4時，判 定霍爾元件A無故障，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)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)之差的絕對值為2時，判 定霍爾元件B無故障，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)對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)之差的絕對值為1時，判 定霍爾元件C無故障，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，具體為在逆時針轉(zhuǎn) 過扇區(qū)的情況下： 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為010或101時，判定霍爾元件A為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為001或110時，判定霍爾元件B為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為100或oil時，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，具體為在順時針轉(zhuǎn) 過扇區(qū)的情況下： 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為001或110時，判定霍爾元件A為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為100或oil時，判定霍爾元件B為 故障霍爾元件； 當(dāng)零矢量狀態(tài)之后的一個霍爾傳感器輸出綜合狀態(tài)為010或101時，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， 閥值時間在永磁同步電機(jī)未啟動時根據(jù)最小速度計算，閥值時間在永磁同步電機(jī)開始轉(zhuǎn)動 后根據(jù)轉(zhuǎn)過上一扇區(qū)的平均速度計算;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，所述六個霍爾元