[发明专利]一种永磁同步电机霍尔传感器故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机霍尔传感器故障诊断方法，以及故障传感器故障确认方法，属于新能源汽车零部件故障诊断技术领域。

背景技术

永磁同步电机以其高转矩，高能量密度，高效率和噪声低等优点被广泛应用于新能源汽车的驱动系统。传统的永磁同步电机矢量控制中需要高精度转子位置传感器，但在一些场合中受到了安装空间和成本的限制，无法使用。相比之下，霍尔传感器（HALL Sensors）具有体积小，安装方便，价格低廉等优点，近年来，引起了人们高度重视，被广泛应用于永磁同步电机转子相位检测中。

三相霍尔传感器产生的编码信号可以将永磁同步电机的一个电周期（电周期和物理周期之间的关系线性相关于电机磁极对数）分为六个区域，如附图1中所示。编码信号分别为：101（5）、001（1）、011（3）、010（2）、110（6）、100（4），6个区域等间隔60个电角度，并在区域交界处有6个准确的参考相位（相位0——相位5）。

估测转子相位的方法不止一种，比较常用的有零阶估测和一阶估测。首先，根据转子之前所走过某（几）个霍尔区域所经过的时间，可以估测出转子的角速度；根据当前霍尔信号可以确定转子所在区域及该区域的参考相位。所谓一阶估测，就是利用估测的转子速度和转子经过本区域已用的时间，计算在本区域所走过的电角度，再结合参考相位计算此时刻转子相位；与此相对应的二阶估测方法不仅利用估测的转子转速对相位进行估测，还对转子加速度进行估测，进而对转子估测转速进行补偿，最终更加精确地估测转子相位。二阶估测方法在电机加速、减速工况下相比一阶估测具有一定优势，能够更加精确地对转子相位进行估测。

永磁同步电机常用的控制方法有六步法和矢量控制方法，转子相位在这两种控制方法中均有至关重要的作用，一旦霍尔传感器出现故障，错误的霍尔信号就会出现，电机控制器将会解析出错误的转子相位信号并输出错误的控制信号，这很可能带来可怕的后果，例如，转矩波动、相电流过大、电机热负荷过大甚至电机内部短路。电机的故障会直接影响整车的动力系统，很可能导致整车瘫痪甚至出现严重的驾驶事故。

汽车对零部件的可靠性要求非常高，不允许任何部件轻易出现故障，即使出现故障也要有相应的故障诊断和容错控制策略作为备份，确保车辆在行驶过程中的安全。针对永磁同步电机驱动电路、线圈本身的故障诊断和容错控制方法已被国内外学者研究和提出，取得了不错的效果。但遗憾的是，针对永磁同步电机霍尔传感器的故障诊断工作尚未被人关注，目前，没有发现相关学术论文和专利。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种永磁同步电机霍尔传感器故障诊断方法，该方法适用于三、两霍尔传感器永磁同步电机的控制过程中，能够快速正确检测并判断出出现故障的霍尔传感器。

本发明提供的技术方案是：

一种永磁同步电机霍尔传感器故障诊断方法，该方法包括以下三种方法：

1)判断霍尔信号顺序是否正确

在霍尔信号正常的情况下，电机转动时霍尔信号变化的规律是一定的，正转时的霍尔信号顺序是5（101）,1（001）,3（011）,2（010）,6（110）,4（100）；反转时的霍尔信号顺序是5（101）,4（100）,6（110）,2（010）,3（011）,1（001）。霍尔传感器出现故障后引起的第一类错误的霍尔信号可以归结为霍尔信号顺序错误，因此在霍尔跳变出现的时刻，可以根据霍尔信号顺序是否正确来判断是否有霍尔传感器出现故障，如果霍尔信号顺序错误，可进一步根据具体的霍尔信号判断出哪相霍尔传感器出现故障。

2）判断转子经过某霍尔区域所走过的电角度是否大于最小值

第二类霍尔故障并不会引起霍尔信号顺序的错误，但是会引起霍尔跳变提前发生。这一判断准则的核心是确定转子经过某一霍尔区域理论上应走过的最小电角度，当然该理论值是针对转子累计走过电角度估测值所取的下限，实质上转子经过任何霍尔区域应走过的电角度是确定的，但是由于转速估测误差，转子经过某霍尔区域所经过的电角度是根据估测转速积分所得，因此其中必定存在估测误差，这个误差是由电机实际转速变化所引起的，由于存在惯性，因此电机转速波动必定有界，进而可以根据转速波动范围计算出转子经过某霍尔区域应走过电角度的理论最大、最小值。因此，一旦霍尔跳变出现时转子经过跳变前霍尔区域的累积电角度小于理论最小值，便可根据相应霍尔区间确定出现故障的霍尔传感器。

3）判断转子经过某霍尔区域所走过的电角度是否小于最大值