一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法。该方法为：首先构建永磁同步电机驱动系统，完成各个模块的搭建和整个驱动系统的整合；其次通过数学建模，完成永磁同步电机位置传感器的常见故障分类归纳；之后分别测算出t时刻的转子位置信号值

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法
本专利技术涉及永磁同步电机故障诊断
，特别是一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法。
技术介绍
随着多电、全电飞机及混合、纯电动汽车的发展，电机驱动系统迎来了新的发展机遇和挑战，除了要求高功率密度和高效率外，还需要同时具备高输出性能和高可靠性，这已成为电机驱动系统的关键所在。20世纪90年代，永磁同步电机及其控制系统的出现，提高了系统的安全可靠性，现已应用到航空领域。但是，对于永磁同步电机驱动系统经常会发生一些传感器故障，各传感器反馈量的准确与否，直接关系到控制方法的精度和系统的稳定性。在自动化生产、电梯、航空、核能及危险化学品加工等特殊应用场合中，用户对驱动系统设备的可靠性、可维护性、生存能力等指标的要求很高，因此对驱动系统的故障进行快速、准确地诊断，并在此基础上，采取相应的容错控制策略以提高系统的可靠性具有重大意义。因此，研究故障诊断技术对于永磁同步电机驱动系统的正常运行显得尤为重要。由于位置传感器多采用精密的光电编码器，容易受周围使用环境的影响，如湿度、灰尘、震动等，使其成为控制系统中的脆弱环节。当电机驱动系统运行在带位置传感器的矢量控制方式时，如果位置传感器出现故障，则破坏了电机驱动系统闭环矢量控制中的闭环系统，致其开环，引发设备不同程度的损坏，更甚者会有人员伤亡等事故的发生。现有的故障诊断技术大多数针对的是电机绕组故障，对于不同类型的传感器，其故障诊断方法也不一样。但传感器的故障诊断方法大致可分为硬件法和软件法，对位置传感器的硬件故障诊断方法在少量部分位置传感器故障通常是有效可行的，然而如果同一用电设备的大量位置传感器出现故障，该硬件检测方法将出现诊断速度慢、资源消耗量大等一系列，意味着电机将会在故障状态下运行更多的时间，增加了系统的损耗以及风险。同时也存在着传感器数量和电气设备需求多等缺点，必然导致驱动系统设计复杂、诊断方法缺乏智能化不能判断故障类型等问题。综上所述，有必要专利技术一种简单易行、处理迅速、判断准确、可靠性强，并且适用于永磁同步电机的位置传感器故障诊断方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单易行、处理迅速、判断准确、可靠性强，并且适用于永磁同步电机的位置传感器故障诊断方法，从而有效地检测和判定永磁同步电机位置的传感器故障。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1、构建永磁同步电机驱动系统，完成各个模块的搭建和整个驱动系统的整合；永磁同步电机驱动系统包括一台三相永磁同步电机、一套三相逆变器、一套速度PI控制器、一套电流PI控制器、一套位置传感器、一个基于滑模观测器的算法模块和一个位置传感器故障诊断模块；步骤2、对永磁同步电机驱动系统位置传感器断线故障、卡死故障、偏移故障三种故障状态进行数学建模，具体数学模型如下：其中，为故障发生的时间，为故障排除的时间，为传感器当前时间t的位置信号检测值，为基于滑模观测法的位置信号估算值，即正确的位置信号参考值，表示出现断线卡死故障时的位置信号值，C表示出现偏移故障时位置信号的固定偏移量；步骤3、通过位置传感器检测出t时刻的转子位置信号值；同时通过基于滑模观测器的无位置算法，测算出位置信号的估算值；步骤4、根据永磁同步电机位置传感器的故障诊断准则进行故障诊断，该诊断准则是利用电机的转子位置信号和转速信号，在数学模型中对位置传感器是否故障进行诊断；再结合已建立的数学模型中对故障的分类，对故障的具体类型进行判断。进一步地，步骤4所述的位置传感器故障诊断准则，对故障类型的判断方法，具体如下：由d-q轴电压ud、uq和d-q轴电流id、iq通过滑模观测器得到转子位置和转速的估计值，将估计的位置与传感器检测的位置作差，再将估计的转速与传感器检测的转速作差，将得到的残差分别与位置和转速的阈值和相比较，从而进行位置传感器的故障诊断；其中，转速残差用来诊断卡死故障：当位置传感器出现卡死故障时，传感器检测的转速会跌落为0，检测的转速仍然为电机的运行转速，转速残差会超出转速阈值，故障诊断标志置高电平，判定位置传感器卡死故障，具体的永磁同步电机卡死故障诊断准则如下：当时，位置传感器正常运行；当时，位置传感器出现卡死故障；位置残差用来诊断偏移故障：当位置传感器出现偏移故障时，检测的位置与实际的位置之间产生恒定的偏移，而观测器估测的位置仍然能跟随实际的位置，由此位置差值超出位置阈值，故障诊断标志置高电平，判定位置传感器偏移故障，具体的永磁同步电机偏移故障诊断准则如下：当时，位置传感器正常运行；当时，位置传感器出现偏移故障；位置信号绝对值用来诊断断线故障：当位置传感器出现断线故障时，检测的位置信号值在一定时间内恒等于0，故障诊断标志置高电平，判定位置传感器断线故障，具体的永磁同步电机断线故障诊断准则如下：当，位置传感器出现断线故障，其中tm和tn为电机运行期间任意两个时刻，T为断线故障诊断时间阈值。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：采用了基于永磁同步电机数学模型的位置传感器故障诊断方法，具有可靠性高、实用性强的优点；（1）相比采用大量硬件对多个位置传感器进行故障诊断，基于滑模观测器算法的诊断方法，在系统设计上更加简捷、稳定，具备高鲁棒性，同时系统成本大大降低；（2）本专利技术简单易行，诊断时间短，能及时有效地诊断出故障并判断永磁同步电机位置传感器中的故障类型，减少系统故障态的运行时间，降低对电机造成的危害并为容错控制策略的实行奠定基础；（3）本专利技术利于永磁同步电机的健康运行，提高了位置传感器运行的稳定性，增强了永磁同步电机驱动系统的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法的原理框图。图2为永磁同步电机位置传感器的故障类型判定准则原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1、构建永磁同步电机驱动系统，完成各个模块的搭建和整个驱动系统的整合；永磁同步电机驱动系统包括一台三相永磁同步电机、一套三相逆变器、一套速度PI控制器、一套电流PI控制器、一套位置传感器、一个基于滑模观测器的算法模块和一个位置传感器故障诊断模块；步骤2、对永磁同步电机驱动系统位置传感器断线故障、卡死故障、偏移故障三种故障状态进行数学建模，具体数学模型如下：其中，为故障发生的时间，为故障排除的时间，为传感器当前时间t的位置信号检测值，为基于滑模观测法的位置信号估算值，即正确的位置信号参考值，表示出现断线卡死故障时的位置信号值，C表示出现偏移故障时位置信号的固定偏移量；步骤3、通过位置传感器检测出t时刻的转子位置信号值；同时通过基于滑模观测器的无位置算法，测算出位置信号的估算值；步骤4、根据永磁同步电机位置传感器的故障诊断准则进行故障诊断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、构建永磁同步电机驱动系统，完成各个模块的搭建和整个驱动系统的整合；永磁同步电机驱动系统包括一台三相永磁同步电机、一套三相逆变器、一套速度PI控制器、一套电流PI控制器、一套位置传感器、一个基于滑模观测器的算法模块和一个位置传感器故障诊断模块；/n步骤2、对永磁同步电机驱动系统位置传感器断线故障、卡死故障、偏移故障三种故障状态进行数学建模，具体数学模型如下：

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、构建永磁同步电机驱动系统，完成各个模块的搭建和整个驱动系统的整合；永磁同步电机驱动系统包括一台三相永磁同步电机、一套三相逆变器、一套速度PI控制器、一套电流PI控制器、一套位置传感器、一个基于滑模观测器的算法模块和一个位置传感器故障诊断模块；
步骤2、对永磁同步电机驱动系统位置传感器断线故障、卡死故障、偏移故障三种故障状态进行数学建模，具体数学模型如下：
其中，为故障发生的时间，为故障排除的时间，为传感器当前时间t的位置信号检测值，为基于滑模观测法的位置信号估算值，即正确的位置信号参考值，表示出现断线卡死故障时的位置信号值，C表示出现偏移故障时位置信号的固定偏移量；
步骤3、通过位置传感器检测出t时刻的转子位置信号值；同时通过基于滑模观测器的无位置算法，测算出位置信号的估算值；
步骤4、根据永磁同步电机位置传感器的故障诊断准则进行故障诊断，该诊断准则是利用电机的转子位置信号和转速信号，在数学模型中对位置传感器是否故障进行诊断；再结合已建立的数学模型中对故障的分类，对故障的具体类型进行判断。


2.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法，其特征在于，步骤4所述的位置传感器故障诊断准则，对故障类型的判断方法，具体如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洁，蒋雪峰，高宇飞，程梅，
申请(专利权)人：南京众科汇电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32