CN103414433B - 一种霍尔位置传感器故障急救方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种霍尔位置传感器故障急救方法,在霍尔位置传感器出现故障后，并非直接关闭电机，在报警的基础上使电机继续工作，极大地降低霍尔位置传感器故障的危害等级，增加了***的可靠性。霍尔位置传感器故障急救方法在电机运行过程中，三路霍尔位置传感器最多可能出现八种状态，其中全零或全一状态为故障状态，初值均赋0；以电机转动两圈作为一个检测周期，若出现一种霍尔位置传感器的状态，则给相应的变量赋1；观察数组的值；当电机有故障时，通过分析为0的状态，分析确定哪一路霍尔位置传感器出现故障；通过软件对电机霍尔位置传感器故障准确定位，使用户在***停止工作后，并根据故障信息及时准确地更换故障传感器。

Description

一种霍尔位置传感器故障急救方法

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机的故障处理方法，具体地说,涉及一种霍尔位置传感器故障急救方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、微电子技术以及新型磁性材料的发展，无刷直流电机以其体积小、重量轻、效率高、力矩大、调速性能好的特点，在航空、航天、数控机床、机器人等领域获得了广泛应用。无刷直流电机基本结构由电机本体、控制器、位置传感器组成。位置传感器的作用是检测主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换为电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。传统有刷直流电机永磁体磁极或励磁绕组位于定子上，电枢位于转子上，它通过碳刷和换相器进行换相，无需控制器干预。无刷直流电机转子采用高剩余磁感应强度和大矫顽力的稀土永磁材料，每对磁极各占180°电角度；而电枢位于定子上，通过三相交变电流，产生旋转磁势，驱动转子旋转。由于取消了换相器结构，无刷直流电机控制器必须能获悉当前转子的位置，以控制磁势的方向，从而使电机旋转。

位置传感器种类很多，有电磁式、光电式、磁敏式等；它们各具特点，然而由于磁敏式霍尔位置传感器具有结构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电一体化等优点，得到越来越广泛的应用。无刷直流电机通常采用三相结构，霍尔位置传感器数目与电机相数相等，每隔120°电角度均匀分布，因此无刷直流电机通常装有三个霍尔位置传感器，用于指示当前转子位置。霍尔位置传感器输出信号在磁极方向变化时翻转。由于霍尔位置传感器间隔120°电角度，而每隔磁极占180°电角度，也即不会出现三个霍尔位置传感器位于同一磁极下的情况，对应于传感器输出信号也即三路信号不可能相同。因此，三路霍尔传感器信号HA、HB、HC只可能出现“001”～“110”六种状态，每种霍尔状态持续60°电角度。电机控制器通过读取这三路传感器信号来不断地控制定子磁场方向，从而驱动电机旋转。无刷直流电机采用三相全桥结构，导通方式为“两两导通”。采用这种拓扑结构，通过不同的开关组合产生不同的磁势，因此，只要获得传感器信号与开关组合的正确开关关系即换相表就可以驱动电机可靠旋转。如霍尔位置传感器故障造成换相错误，极有可能导致电机堵转，使电机绕组承受很大的电流，造成电机控制器甚至电机的损坏。位置传感器一般安装在电机本体内部，易受冲击，不易散热，且容易受到电机强磁场的影响，是无刷直流电机最薄弱的环节之一。无刷直流电机常用于一些需要长时间连续、稳定运行的场合，如燃油泵、电动舵机等；因此当发生故障后，电机的工作状态不允许立即停机，此时就要求有一种急救方式使电机继续运行，直到允许停止的时候更换相应的故障元件。对于霍尔位置传感器故障现在的处理方式仅是当检测到三路霍尔传感器出现全零或全一时，立即停止电机工作且不可恢复。这种处理方式过于粗略，若此时电机为关键元件，这样的处理方式会使***立即瘫痪，可能造成灾难性的后果。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种霍尔位置传感器故障急救方法,该方法能够在不改***件电路的基础上，仅靠软件来实现故障***的急救，且能够保证无刷直流电机在发生霍尔位置传感器故障后可继续工作，直到***允许停止时刻，方法简单实用。

本发明霍尔位置传感器故障急救方法,其特点是包括以下步骤:

步骤1.对变量进行初始化；在电机运行过程中，三路霍尔位置传感器最多可能出现八种状态，其中全零或全一状态为故障状态，用一维数组HALL[8]来代表霍尔位置传感器可能出现的八种状态，初值均赋0；

步骤2.以电机转动两圈作为一个检测周期，若出现了一种霍尔位置传感器的状态，则给相应的变量HALL[x](x=0～7)赋1；

步骤3.观察数组HALL[8]的值；

（1）若是HALL[1]～HALL[6]均为1，且HALL[0]和HALL[7]的值为0，则表示电机无故障；

（2）若是HALL[1]～HALL[6]部分为0，且HALL[0]和HALL[7]的值为1，则表示电机有故障；

（3）当电机有故障时，通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，分析确定哪一路霍尔位置传感器出现故障；

步骤4.在无刷直流电机运行过程中，检测三路霍尔位置传感器的开关状态，记录每一路霍尔位置传感器实时的开通时间；

步骤5.在确定故障路霍尔位置传感器的基础上，向上位机传达故障状态并以其它两路霍尔位置传感器的实时开通时间为基准，在故障路霍尔位置传感器应开通的时刻，给定一个虚拟的霍尔位置传感器信号，使***继续工作；

步骤6.数组HALL[8]清零，为下一个检测周期做准备。

有益效果

本发明提出的一种霍尔位置传感器故障急救方法,在霍尔位置传感器出现故障后，并非直接关闭工作的电机，而是在报警的基础上可以使电机继续工作，极大地降低了霍尔位置传感器故障的危害等级，增加了***的可靠性。本发明急救方法通过软件可对电机霍尔位置传感器故障准确定位，使用户在***停止工作后，并根据故障信息及时准确地更换故障传感器。本发明急救方法在不改***件电路的基础上，仅靠软件来实现故障***的急救即能获得很好的效果，优化成本低。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种霍尔位置传感器故障急救方法作进一步详细说明。

图1为无刷直流电机结构示意图。

图2为无刷直流电机控制***电路图。

图3-a霍尔状态为110时转子位置及磁势方向。

图3-b霍尔状态为010时转子位置及磁势方向。

图3-c霍尔状态为011时转子位置及磁势方向。

图3-d霍尔状态为001时转子位置及磁势方向。

图3-e霍尔状态为101时转子位置及磁势方向。

图3-f霍尔状态为100时转子位置及磁势方向。

图4为霍尔运行状态示意图。

图5为霍尔故障急救方法信号流程图。

图中:

1.轴承2.机壳3.定子4.转子5.位置传感器6.电子开关线路7.电动机8.霍尔位置传感器

具体实施方式

本实施例是一种霍尔位置传感器故障急救方法。

图1为无刷直流电机的结构示意图，从图中可以看出位置传感器位于电机本体内部，容易受到强磁场和震荡的影响，易发生故障。无刷直流电机的控制***采用三相全桥结构；如图2所示，其中T1～T6为功率开关管，D1～D6为续流二极管。采用这种拓扑，通过不同的开关组合即可产生不同的磁势，驱动电机旋转，无刷直流电机换相过程及对应的霍尔开关状态如图3a～图3f所示，具体的霍尔开关状态如图4所示。本实施例中，采用TMS320F2812作为主控芯片，IR2130作为驱动芯片，选用三相桥式逆变电路以及上斩下不斩的斩波方式，此处选用三相三对极的无刷直流电机。如图5所示，应用霍尔位置传感器故障急救方法进行操作，具体步骤为:

第一步，对变量进行初始化；用一维数组HALL[8]来代表霍尔位置传感器可能出现的八种状态“000”～“111”，其中，HALL[0]代表“000”，HALL[1]代表“001”，……，HALL[7]代表111，初值均赋0；用一维数组HallTime[3]来表示三路霍尔位置传感器的开通时间，其中HallTime[0]代表A相霍尔传感器，HallTime[1]代表B相霍尔传感器，HallTime[2]代表C相霍尔传感器，初值均赋0；以变量P_cnt来表示霍尔状态变化次数，初值赋0，具体含义如图4所示；

第二步，采用捕获中断，设置输入从低电平到高电平以及从高电平到低电平时均触发中断，以霍尔传感器输出信号触发中断，若出现了一种霍尔位置传感器的状态，则给相应的变量赋1，若不出现，则保留初值0；记录当前每一路的霍尔开通时间，并保存到一维数组HallTime[3]中；通过变量P_cnt记录霍尔状态变化次数，至少为一圈，圈数越多，在从正常状态切换到急救状态时，***所受的冲击越大，但虚警率越低；

第三步，以P_cnt记到36为一个检测周期，当周期结束即P_cnt记到36时，观察变量HALL[8]的值，对霍尔状态进行综合判断得出电机是否故障；具体实施方式如下:

1.若是HALL[1]～HALL[6]均为1且HALL[0]或HALL[7]的值为0，则表示电机无故障；

2.若是HALL[1]～HALL[6]部分为0且HALL[0]或HALL[7]的值为1，则表示电机有故障；

第四步，若电机发生霍尔传感器故障，则通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，可以分析出哪一路霍尔位置传感器出现故障；具体方法为:若霍尔传感器出现故障，则有三个HALL[x](x=1～6)为0，对应的三种霍尔状态中始终为0或1的即为发生故障的霍尔传感器；

第五步，故障处理；在明确故障路霍尔位置传感器的基础上，向上位机传达故障状态并以其它两路霍尔位置传感器的实时开通时间为基准，在故障路霍尔位置传感器应该开通的时刻，给定一个虚拟的霍尔位置传感器信号，使***继续工作；例如B相霍尔位置传感器出现断路故障，即只会出现如图3-d到图3-f三种状态，而不会出现如图3-a到图3-c这三种状态，此时依据图4所示的霍尔运行状态，根据A相霍尔传感器运行状态HA和C相霍尔传感器运行状态HC，虚拟出B相霍尔传感器的运行状态HB，以虚拟的HB代替实际检测出的B相霍尔传感器的状态，使***继续工作；

第六步，数组HALL[8]和变量P_cnt清零，为下一个检测周期做准备。

Claims (1)

1.一种霍尔位置传感器故障急救方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤1.对变量进行初始化；在电机运行过程中，三路霍尔位置传感器最多可能出现八种状态，其中全零或全一状态为故障状态，用一维数组HALL[8]来代表霍尔位置传感器可能出现的八种状态，初值均赋0；

步骤2.以电机转动两圈作为一个检测周期，若出现了一种霍尔位置传感器的状态，则给相应的变量HALL[x](x=0～7)赋1；

步骤3.观察数组HALL[8]的值；

（1）若是HALL[1]～HALL[6]均为1，且HALL[0]和HALL[7]的值为0，则表示电机无故障；

（2）若是HALL[1]～HALL[6]部分为0，且HALL[0]和HALL[7]的值为1，则表示电机有故障；

（3）当电机有故障时，通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，分析确定哪一路霍尔位置传感器出现故障；

步骤4.在无刷直流电机运行过程中，检测三路霍尔位置传感器的开关状态，记录每一路霍尔位置传感器实时的开通时间；

步骤5.在确定故障路霍尔位置传感器的基础上，向上位机传达故障状态并以其它两路霍尔位置传感器的实时开通时间为基准，在故障路霍尔位置传感器应开通的时刻，给定一个虚拟的霍尔位置传感器信号，使***继续工作；

步骤6.数组HALL[8]清零，为下一个检测周期做准备。