本發(fā)明涉及基于霍爾位置傳感器的永磁無(wú)刷電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法。
背景技術(shù)：
：：霍爾位置傳感器作為永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件，在無(wú)刷直流電機(jī)的控制中，每一個(gè)電氣周期霍爾傳感器提供六個(gè)換相位置，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的二二導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制方式；永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制過(guò)程中，矢量控制需要高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信息，因此，需要霍爾位置傳感器來(lái)估計(jì)高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信息?；诨魻栁恢脗鞲衅髟谟来艧o(wú)刷電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于機(jī)械振動(dòng)、線路接口脫落引起霍爾故障問(wèn)題，使得電機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中驟然停滯或電機(jī)失速，該故障會(huì)在生產(chǎn)中造成無(wú)法彌補(bǔ)的后果，甚至于對(duì)技術(shù)人員的生命安全構(gòu)成威脅，因此，基于霍爾位置傳感器的容錯(cuò)控制技術(shù)在實(shí)際控制系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)基于霍爾位置傳感器的永磁無(wú)刷電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于電機(jī)機(jī)械振動(dòng)、線路接口脫落引起的霍爾故障問(wèn)題，提出一種永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法。永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法，具體步驟如下：步驟a、在任意霍爾位置信號(hào)跳變沿時(shí)刻，根據(jù)跳變沿的狀態(tài)，確定是否發(fā)生故障，如果無(wú)故障，霍爾故障補(bǔ)償電角度θre-prev恒為60°，如果出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)到步驟b；步驟b、根據(jù)霍爾跳變沿的類型采集相應(yīng)的霍爾狀態(tài)變量，比較霍爾位置狀態(tài)變量判斷出唯一的霍爾故障類型；步驟c、根據(jù)確認(rèn)的霍爾故障類型，通過(guò)LOOKUPtable程序找出具體霍爾故障類型下對(duì)應(yīng)的霍爾故障補(bǔ)償電角度θre-prev，在霍爾跳變沿時(shí)刻復(fù)位定時(shí)器并重新計(jì)時(shí)獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)扇區(qū)的時(shí)間ΔTprev，進(jìn)而獲得霍爾容錯(cuò)計(jì)算轉(zhuǎn)速步驟d、根據(jù)步驟c得到的計(jì)算轉(zhuǎn)速采用帶遺傳因子的遞推最小二乘法來(lái)估計(jì)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)速，得到當(dāng)前扇區(qū)的估計(jì)轉(zhuǎn)速步驟e、將估計(jì)轉(zhuǎn)速作為降階觀測(cè)器的轉(zhuǎn)速輸入，進(jìn)而估計(jì)出準(zhǔn)確的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置步驟f、根據(jù)估計(jì)轉(zhuǎn)速和估計(jì)出的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制和矢量控制，經(jīng)過(guò)空間矢量模塊輸出調(diào)制波控制逆變橋相應(yīng)功率管的開(kāi)斷。進(jìn)一步地，所述步驟b中霍爾位置狀態(tài)變量對(duì)應(yīng)的霍爾故障類型如下表：表1霍爾傳感器故障類型跳變沿f1f2f31(h1)01-|h2,r1-h2,f1|1-|h3,r1-h3,f1|2(h2)1-|h1,r2-h1,f2|01-|h3,r2-h3,f2|4(h3)1-|h1,r3-h1,f3|1-|h2,r3-h2,f3|0表中fx＝0表示無(wú)霍爾故障，fx＝1為相應(yīng)霍爾位置傳感器x故障，x＝1,2,3，檢測(cè)任意霍爾信號(hào)跳變沿，保存相應(yīng)換相控制字，對(duì)當(dāng)前扇區(qū)和前一扇區(qū)的換相控制字異或處理，結(jié)果為1則表示為h1跳變沿，結(jié)果為2則表示h2跳變沿，結(jié)果為4則為h3跳變沿，檢測(cè)到具體霍爾跳變沿類型時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的霍爾狀態(tài)即可檢測(cè)霍爾故障類型，具體方法如下：定義變量hx,ry表示在hy的上升沿時(shí)采集的hx的值；hx,fy表示在的hy下降沿時(shí)采集的hx的值；其中，任意霍爾跳變沿到來(lái)時(shí)，判斷相應(yīng)霍爾跳變沿類型，根據(jù)跳變沿類型進(jìn)行霍爾狀態(tài)采集，同時(shí)比較霍爾狀態(tài)值hx,ry和hx,fy的狀態(tài)，即可判斷出相應(yīng)的霍爾故障類型。進(jìn)一步地，所述步驟c中計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的公式為：式中，θre-prev在霍爾無(wú)故障時(shí)為恒定60°，霍爾故障時(shí)，會(huì)隨著霍爾故障類型發(fā)生相應(yīng)的變化，選取不同霍爾故障類型下θre-prev(i)、θre-min(j)和θre-max(k)的值，其中，θre-min(j)和θre-max(k)分別為當(dāng)前霍爾扇區(qū)臨界最小和最大轉(zhuǎn)子位置角，確定霍爾故障類型后，任意霍爾跳變沿來(lái)臨時(shí)，均需對(duì)θre-prev(i)、θre-min(j)和θre-max(k)這三個(gè)變量重新賦值，表2為單霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度，表3為雙霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度：表2單霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度表3雙霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度表2和表3中，Hx表示相應(yīng)的霍爾扇區(qū)，x＝0～7，其中，1～6為非霍爾故障狀態(tài)端口采樣值，0和7為故障狀態(tài)下霍爾端口狀態(tài)采樣值。進(jìn)一步地，所述步驟d中采用帶遺傳因子的遞推最小二乘法來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)速，具體方法為：根據(jù)步驟c中得到的計(jì)算轉(zhuǎn)速作為遞推最小二乘法的參考輸入，系統(tǒng)參數(shù)矩陣選擇為I，待辨識(shí)參數(shù)為電機(jī)估計(jì)轉(zhuǎn)速帶遺傳因子的遞推最小二乘法的迭代公式為：其中，k為迭代公式的迭代步驟，第k步，通常遺忘因子λ的取值范圍為0.9≤λ≤1，至此，基于帶遺傳因子的遞推最小二乘法的轉(zhuǎn)速容錯(cuò)估計(jì)完成。進(jìn)一步地，所述步驟e中，角度估計(jì)具體方法為：分析永磁無(wú)刷電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，提出一種基于降階觀測(cè)器的霍爾故障容錯(cuò)策略，降階觀測(cè)器的微分方程為：其中，每個(gè)霍爾扇區(qū)下電角度范圍為θre-min和θre-max分別為當(dāng)前霍爾扇區(qū)臨界最小和最大轉(zhuǎn)子位置角，K為降階觀測(cè)器增益，為降階觀測(cè)器的輸出，為狀態(tài)觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置輸入，該角度的估計(jì)用容錯(cuò)估計(jì)轉(zhuǎn)速來(lái)替代計(jì)算轉(zhuǎn)速輸入角度估計(jì)公式為：其中，Ts為系統(tǒng)的采樣周期。有益效果：第一，本發(fā)明的永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法，在單霍爾或雙霍爾元件發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行容錯(cuò)控制，使電機(jī)能夠保持正常工作；第二，單霍爾故障和雙霍爾故障發(fā)生時(shí)，永磁無(wú)刷電機(jī)可以輸出準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信息；第三，本發(fā)明的永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法，提出了一種基于帶遺忘因子的遞推最小二乘法轉(zhuǎn)速容錯(cuò)估計(jì)，最小二乘法的輸入為基于霍爾扇區(qū)電角度的計(jì)算轉(zhuǎn)速，從而估計(jì)出準(zhǔn)確的電機(jī)估計(jì)轉(zhuǎn)速；第四，本發(fā)明通過(guò)分析永磁無(wú)刷電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，提出一種基于降階觀測(cè)器的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角度估計(jì)，該估計(jì)方法不受電機(jī)本體參數(shù)的影響(例如，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL)，在變負(fù)載工況下控制性能尤為準(zhǔn)確。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器跳變沿類型與霍爾狀態(tài)關(guān)系；圖3是本發(fā)明的永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法的原理圖。具體實(shí)施方式結(jié)合圖1～3說(shuō)明本實(shí)施方式，本發(fā)明中提及的永磁無(wú)刷電機(jī)包括永磁無(wú)刷直流電機(jī)和永磁同步電機(jī)，在具體實(shí)施例中以永磁同步電機(jī)來(lái)解釋和說(shuō)明本發(fā)明。本實(shí)施方式的永磁無(wú)刷電機(jī)霍爾傳感器容錯(cuò)控制方法的流程圖，如圖1所示，具體步驟如下：步驟a、在任意霍爾位置信號(hào)跳變沿時(shí)刻，根據(jù)跳變沿的狀態(tài)，確定是否發(fā)生故障，如果無(wú)故障，霍爾故障補(bǔ)償電角度θre-prev恒為60°，如果出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)到步驟b；步驟b、根據(jù)霍爾跳變沿的類型采集相應(yīng)的霍爾狀態(tài)變量，根據(jù)霍爾位置狀態(tài)值判斷出唯一的霍爾故障類型，霍爾位置狀態(tài)變量對(duì)應(yīng)的霍爾故障類型如表1所示：表1霍爾傳感器故障類型跳變沿f1f2f31(h1)01-|h2,r1-h2,f1|1-|h3,r1-h3,f1|2(h2)1-|h1,r2-h1,f2|01-|h3,r2-h3,f2|4(h3)1-|h1,r3-h1,f3|1-|h2,r3-h2,f3|0其中，fx＝0表示無(wú)霍爾故障，fx＝1為相應(yīng)霍爾位置傳感器x故障，x＝1,2,3，通過(guò)檢測(cè)任意霍爾信號(hào)跳變沿，保存相應(yīng)換相控制字，對(duì)當(dāng)前扇區(qū)和前一扇區(qū)的換相控制字異或處理，結(jié)果為1則表示為h1跳變沿，結(jié)果為2則表示h2跳變沿，結(jié)果為4則為h3跳變沿，檢測(cè)到具體霍爾跳變沿類型時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的霍爾狀態(tài)即可檢測(cè)霍爾故障類型，具體方法如下：定義變量hx,ry表示在hy的上升沿時(shí)采集的hx的值；hx,fy表示在的hy下降沿時(shí)采集的hx的值；其中，任意霍爾跳變沿到來(lái)時(shí)，判斷相應(yīng)霍爾跳變沿類型，根據(jù)跳變沿類型進(jìn)行霍爾狀態(tài)采集，同時(shí)比較霍爾狀態(tài)值hx,ry和hx,fy的狀態(tài)，即可判斷出相應(yīng)的霍爾故障類型。步驟c、根據(jù)確認(rèn)的霍爾故障類型，通過(guò)LOOKUPtable程序找出具體霍爾故障類型下對(duì)應(yīng)的霍爾故障補(bǔ)償電角度θre-prev，在霍爾跳變沿時(shí)刻復(fù)位定時(shí)器并重新計(jì)時(shí)獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)扇區(qū)的時(shí)間ΔTprev，進(jìn)而獲得霍爾容錯(cuò)計(jì)算轉(zhuǎn)速式中，θre-prev在霍爾無(wú)故障時(shí)為恒定的60°，霍爾故障時(shí)，會(huì)隨著霍爾故障類型發(fā)生相應(yīng)的變化，選取不同的霍爾故障類型下θre-prev(i)、θre-min(j)和θre-max(k)的值，其中，θre-min(j)和θre-max(k)分別為當(dāng)前霍爾扇區(qū)臨界最小和最大轉(zhuǎn)子位置角，確定霍爾故障類型后，任意霍爾跳變沿來(lái)臨時(shí)，均需對(duì)θre-prev(i)、θre-min(j)和θre-max(k)這三個(gè)變量重新賦值，表2為單霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度，表3為雙霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度：表2單霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度表3雙霍爾傳感器故障補(bǔ)償角度表2和表3中，Hx表示相應(yīng)的霍爾扇區(qū)，x＝0～7，其中，1～6為非霍爾故障狀態(tài)端口采樣值，0和7為故障狀態(tài)下霍爾端口狀態(tài)采樣值。步驟d、根據(jù)步驟c得到的計(jì)算轉(zhuǎn)速作為遞推最小二乘法的參考輸入，系統(tǒng)參數(shù)矩陣選擇為I，待辨識(shí)參數(shù)為電機(jī)估計(jì)轉(zhuǎn)速帶遺傳因子的遞推最小二乘法的迭代公式為：其中，k為迭代公式的迭代步驟，第k步，通常遺忘因子λ的取值范圍為0.9≤λ≤1，至此，基于帶遺傳因子的遞推最小二乘法的轉(zhuǎn)速容錯(cuò)估計(jì)完成。步驟e、將估計(jì)轉(zhuǎn)速作為降階觀測(cè)器的轉(zhuǎn)速輸入，分析永磁無(wú)刷電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，提出一種基于降階觀測(cè)器的霍爾故障容錯(cuò)策略，降階觀測(cè)器的微分方程為：其中，每個(gè)霍爾扇區(qū)下電角度范圍為K為降階觀測(cè)器增益，為降階觀測(cè)器的輸出，為狀態(tài)觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置輸入，該角度的估計(jì)用估計(jì)轉(zhuǎn)速來(lái)替代計(jì)算轉(zhuǎn)速輸入角度估計(jì)公式為其中，Ts為系統(tǒng)的采樣周期。為了降低轉(zhuǎn)子估計(jì)角度誤差，對(duì)每個(gè)扇區(qū)下電機(jī)轉(zhuǎn)子位置限定范圍為其中θre-min和θre-max分別為當(dāng)前霍爾扇區(qū)臨界最小和最大轉(zhuǎn)子位置角，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，θre-min和θre-max在每一扇區(qū)下都需作相應(yīng)的更新，以使得轉(zhuǎn)子估計(jì)誤差可以在每個(gè)扇區(qū)下進(jìn)行修正，減少累積估計(jì)誤差。步驟f、根據(jù)估計(jì)轉(zhuǎn)速和估計(jì)出的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制和矢量控制，經(jīng)過(guò)空間矢量模塊輸出調(diào)制波控制逆變橋相應(yīng)功率管的開(kāi)斷。圖3為本實(shí)施方式的工作原理圖，永磁同步電機(jī)輸出的霍爾信號(hào)經(jīng)過(guò)去抖動(dòng)，霍爾跳變沿檢測(cè)，計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)，進(jìn)而得到跳變沿發(fā)生時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間ΔTprev，同時(shí)，根據(jù)跳變沿的類型，通過(guò)LOOKUPtable程序找出對(duì)應(yīng)霍爾跳變沿發(fā)生時(shí)所歷經(jīng)的電角度θre-prev，進(jìn)而得到計(jì)算轉(zhuǎn)速再利用電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)公式，得到估計(jì)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)模塊通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置輸入和估計(jì)轉(zhuǎn)速計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估算值當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3