[发明专利]一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法

说明书

本发明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和无位置算法下的信号估算值；最后根据永磁同步电机位置传感器的故障诊断准则，对电机的位置传感器进行故障诊断并判定具体的故障类型。本发明简单易行、可靠性高，诊断过程迅速且故障结果判断精确，能及时诊断出故障，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。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机故障诊断技术领域，特别是一种永磁同步电机位置传感器的故障诊断方法。

背景技术

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，有必要发明一种简单易行、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。

发明内容

本发明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。

实现本发明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；