CN108775857B - 永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法，用于解决现有故障诊断方法实用性差的技术问题。技术方案是首先辨识永磁无刷电机正反转运行时三路霍尔位置传感器输出序列，然后采集霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号、霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号、预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和永磁无刷电机旋转方向，同时根据当前霍尔位置传感器输出信号和霍尔位置传感器预测输出信号是否相等，以此检测运行工况为低转速、频繁正反转的永磁无刷电机霍尔位置传感器故障问题，保证飞机全电刹车系统的可靠运行，实用性好。

Description

永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种故障诊断方法，特别涉及一种永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法。

背景技术

永磁无刷电机是一种采用永磁转子的交流电动机，具有结构简单、功率密度高和效率高等优点，其广泛应用于航空航天、数控机床等机电一体化领域。永磁无刷电机一般采用两两导通控制方式，在一个电周期内需要得到六个转子位置信号用于电子换向。目前常采用60°间隔或120°间隔的安装方式，安装三个霍尔位置传感器用于电机转子位置检测。然而恶劣的环境、剧烈的振动、连接线等情况会造成霍尔位置传感器故障。如果某相霍尔位置传感器发生故障，霍尔输出信号无法正确反映转子磁极的位置，将引起极大的异常电流，导致电机无法正常运行。因此，对于永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法的研究对于提高系统的可靠性有重要意义。

全电刹车系统作为全电飞机中一个至关重要的子系统，由于不再使用液压油，可以减少潜在的燃烧危险、减轻系统重量。同时可以采用比较先进的控制方式，提高系统的刹车效率。因此，针对采用永磁无刷电机作为伺服机构的飞机全电刹车系统，研究永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法，对于保证刹车系统的可靠运行具有重要意义。

针对永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法的研究中，文献1“无刷直流电机转子位置传感器故障诊断及容错策略，微电机，2014，Vol47(04)，P59-61”公开了一种霍尔位置传感器故障诊断方法。该方法对转子位置信号进行分析，将一个电周期分成六个区间，通过对比下一个区间与上一个区间的宽度来诊断霍尔位置传感器是否发生故障。

文献2“无刷直流电动机开关式霍尔位置传感器故障检测与信号矫正，微电机，2013，Vol46(09)，P62-67”公开了一种霍尔位置传感器故障检测方法。该方法利用脉冲时刻估计值和当前角速度大小，为下一脉冲上升沿时刻设置一个时间的置信区间。当推算出的时刻位于置信区间内，则认为霍尔位置传感器信号正常；当推算出的时刻不在置信区间内，则认为霍尔位置传感器故障。

文献公开的方法主要针对运行工况为恒方向、恒转速的永磁无刷电机的霍尔位置传感器故障诊断，无法对运行工况为低转速、频繁正反转的飞机全电刹车系统伺服用永磁无刷电机霍尔位置传感器故障问题进行故障诊断。

发明内容

为了克服现有故障诊断方法实用性差的不足，本发明提供一种永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法。该方法首先辨识永磁无刷电机正反转运行时三路霍尔位置传感器输出序列，然后采集霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号、霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号、预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和永磁无刷电机旋转方向，同时根据当前霍尔位置传感器输出信号和霍尔位置传感器预测输出信号是否相等，以此检测运行工况为低转速、频繁正反转的永磁无刷电机霍尔位置传感器故障问题，保证飞机全电刹车系统的可靠运行，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法，其特点是包括以下步骤：

第一步、在永磁无刷电机运行时，当三路霍尔位置传感器输出000和111时，永磁无刷电机为故障状态，当三路霍尔位置传感器输出001、010、011、100、101和110时，永磁无刷电机为正常状态。

第二步、在永磁无刷电机正向或反向运行时，分别辨识永磁无刷电机正向或反向运行的霍尔位置传感器输出序列，用于故障诊断时进行电机正反转判断。

第三步、在永磁无刷电机运行时，采集霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号。

第四步、在永磁无刷电机运行时，根据霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号判别永磁无刷电机的旋转方向，记录永磁无刷电机旋转方向。

第五步、根据判别出的永磁无刷电机旋转方向，由霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号推测出预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号。

第六步、若预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号相等，则霍尔位置传感器正常；若预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号不等，则霍尔位置传感器出现故障，输出故障信号。

本发明的有益效果是：该方法首先辨识永磁无刷电机正反转运行时三路霍尔位置传感器输出序列，然后采集霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号、霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号、预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和永磁无刷电机旋转方向，同时根据当前霍尔位置传感器输出信号和霍尔位置传感器预测输出信号是否相等，以此检测运行工况为低转速、频繁正反转的永磁无刷电机霍尔位置传感器故障问题，保证飞机全电刹车系统的可靠运行，实用性好。

具体的：第一，本发明通过采集永磁无刷电机运行方向和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子位置上一位置信号推测出霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号，将预测出的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和实际的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号比较，在永磁无刷电机低转速、频繁正反转的情况下，全面准确的检测霍尔位置传感器故障，提高飞机全电刹车系统的可靠性，保证飞机的安全运行；

第二，本发明不仅能检测霍尔位置传感器“000”或“111”状态故障，还能诊断出霍尔换向序列错误这一故障问题，提高了系统的可靠性；

第三，本发明不仅适用于以永磁无刷电机为伺服电机的飞机全电刹车系统，还适用于运行工况为低转速、频繁正反转的永磁无刷电机伺服系统永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断；

第四，本发明不涉及任何硬件电路设计，方法简单、可靠，适合工程应用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法的流程图。

图2是本发明方法中永磁无刷电机系统组成框图。

图3是本发明方法中霍尔位置传感器信号逻辑示意图。

图4是本发明方法中永磁无刷电机驱动系统示意图。

具体实施方式

以下实施例参照图1-4。

本实施例采用Texas Instruments的TMS320F2812作为控制芯片，IR2136作为驱动芯片，选用三相桥式电路，驱动永磁无刷电机。

本发明永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法具体步骤如下：

第一步、在永磁无刷电机运行时，三路霍尔位置传感器最多能输出“000、001、010、011、100、101、110、111”八种状态，其中“000、111”为故障状态。用一个长度为8的一维数组Hall来分别表示这八种状态，其中Hall[0]和Hall[7]为故障状态，系统通过检测霍尔传感器是否出现故障状态来判别霍尔位置传感器是否出现故障。若霍尔位置传感器出现“111”故障，则Fault_111＝1；若霍尔位置传感器没有出现“111”故障，Fault_111＝0。同时，若霍尔位置传感器出现“000”故障，则Fault_000＝1；若霍尔位置传感器没有出现“000”故障，则Fault_000＝0。

第二步、在永磁无刷电机正向或反向运行时，分别辨识永磁无刷电机正向或反向运行的霍尔位置传感器输出序列并记录，用于故障诊断时进行电机正反转判断。

第三步、在永磁无刷电机运行时，采集霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号Hall_Current、霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号Hall_Previous。

第四步、在永磁无刷电机运行时，根据霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号Hall_Current和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号Hall_Previous可以判别电机的旋转方向，并用Direction记录。当永磁无刷电机正向运行时，Direction＝1；当永磁无刷电机反向运行时，Direction＝0。

第五步、根据判别出的电机旋转方向由霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号Hall_Previous推测出预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号Hall_Predict。

第六步、在永磁无刷电机运行时，用霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号Hall_Current和推测出预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号Hall_Predict相比较。若Hall_Current＝Hall_Predict，则霍尔位置传感器正常，故障检测信号Hall_Fault＝0；若Hall_Current≠Hall_Predict，则霍尔位置传感器故障，故障检测信号Hall_Fault＝1，输出故障信号。

Claims (1)

1.一种永磁无刷电机霍尔位置传感器故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、在永磁无刷电机运行时，当三路霍尔位置传感器输出000和111时，永磁无刷电机为故障状态，当三路霍尔位置传感器输出001、010、011、100、101和110时，永磁无刷电机为正常状态；

第二步、在永磁无刷电机正向或反向运行时，分别辨识永磁无刷电机正向或反向运行的霍尔位置传感器输出序列，用于故障诊断时进行电机正反转判断；

第三步、在永磁无刷电机运行时，采集霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号；

第四步、在永磁无刷电机运行时，根据霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号判别永磁无刷电机的旋转方向，记录永磁无刷电机旋转方向；

第五步、根据判别出的永磁无刷电机旋转方向，由霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子上一位置信号推测出预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号；

第六步、若预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号相等，则霍尔位置传感器正常；若预测的霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号和霍尔位置传感器输出的永磁无刷电机转子当前位置信号不等，则霍尔位置传感器出现故障，输出故障信号。