CN103424651A - 一种霍尔位置传感器故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种霍尔位置传感器故障检测方法，能够全面准确地检测霍尔传感器故障，并对电机霍尔位置传感器故障准确定位；用户可根据故障信息及时准确地更换故障的霍尔传感器。应用故障检测方法，首先对变量进行初始化，给定适当占空比的PWM波，控制电机驱动模块使驱动器工作，当电机旋转结束观察数组的值，对霍尔状态进行综合判断，准确地检测霍尔传感器故障，为故障辨识及***重构提供有力地支持。霍尔位置传感器故障检测方法相对于以前只检测霍尔传感器是否出现全为高电平或者全为低电平的检测方法，本检测方法简单实用，且虚警率低；检测方法无需改动硬件电路，只需优化软件就能获得很好的效果，优化成本低。

Description

一种霍尔位置传感器故障检测方法

技术领域

本发明涉及无刷直流电机的故障检测方法，具体地说,涉及一种霍尔位置传感器故障检测方法。

背景技术

无刷直流电机基本结构由电机本体、控制器及位置传感器组成。位置传感器也是区别于有刷直流电机的主要标志，其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。

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。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。无刷直流电机常用于一些需要长时间连续、稳定运行的场合，一旦发生故障将对***造成较大的影响。正确的诊断、精确的定位、以及对故障的早期隔离能够避免***破坏性的灾害。无刷直流电机采用三相全桥结构，导通方式为“两两导通”即每次开通两个开关管。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。目前对于霍尔位置传感器故障的检测，主要是电机运行时通过检测霍尔位置传感器输出是否出现全为高电平或者全为低电平的情况进行检测。这种检测方式容易受到干扰的影响，增加虚警率，且很难具体地检测出电机哪一相霍尔传感器出现故障，检测方法过于简单且可靠性低。

发明内容

为了克服现有技术存在的霍尔位置传感器故障检测方法容易受到干扰的影响，检测方法过于简单且可靠性低的不足，本发明提出一种霍尔位置传感器故障检测方法，检测方法能够全面准确地检测无刷直流电机霍尔位置传感器故障，并对电机霍尔位置传感器故障准确定位，根据故障信息及时准确地更换故障的霍尔传感器；检测方法简单、实用、成本低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:首先对变量进行初始化，给定适当占空比的PWM波，控制电机驱动模块使驱动器工作，全面准确地检测霍尔传感器故障，为故障辨识及***重构提供支持。

本发明霍尔位置传感器故障检测方法，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，用一个一维数组HALL[8]来代表这八种状态，初值均赋0；

步骤2.给定一适当占空比的PWM波，控制电机驱动模块使驱动器工作在“两两导通”方式下，并依次驱动电机正反两个方向各旋转至少一周，在旋转过程中，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.当电机旋转结束后，观察数组HALL[8]的值，对霍尔状态进行综合判断；

状态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；

状态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；

状态3.若是其它情况，则可能是由于干扰引起的误判断，则对数组HALL[8]清零，并重复步骤2；

步骤4.当电机有故障时，通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，分析确定霍尔位置传感器出现的故障。

有益效果

本发明提出的一种霍尔位置传感器故障检测方法，能够全面准确地检测霍尔传感器故障，并对电机霍尔位置传感器故障准确定位；用户可根据故障信息及时准确地更换故障的霍尔传感器。应用故障检测方法，首先对变量进行初始化，给定适当占空比的PWM波，控制电机驱动模块使驱动器工作，当电机旋转结束观察数组的值，对霍尔状态进行综合判断，准确地检测霍尔传感器故障，为故障辨识及***重构提供有力地支持。霍尔位置传感器故障检测方法相对于以前只检测霍尔传感器是否出现全为高电平或者全为低电平的检测方法，本检测方法简单实用，且虚警率低；检测方法无需改动硬件电路，只需优化软件就能获得很好的效果，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检测方法作进一步的详细说明。

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***结构示意图。

图3-a霍尔状态为110时转子位置及磁势方向示意图。

图3-b霍尔状态为010时转子位置及磁势方向示意图。

图3-c霍尔状态为011时转子位置及磁势方向示意图。

图3-d霍尔状态为001时转子位置及磁势方向示意图。

图3-e霍尔状态为101时转子位置及磁势方向示意图。

图3-f霍尔状态为100时转子位置及磁势方向示意图。

图4为霍尔故障检测方法信号流程图。

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检测方法。

参阅图1、图2，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等的影响，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3-a～图3-f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。操作过程如图4所示。

第一步，首先对变量进行初始化，用一个一维数组HALL[8]来代表霍尔位置传感器可能出现的八种状态，即“000”～“111”，其中HALL[0]代表“000”，HALL[1]代表“001”，……，HALL[7]代表111，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；

第二步，给定10%占空比的PWM波，控制电机驱动模块使驱动器工作在“两两导通”方式下，并依次驱动电机正反两个方向各旋转电机两周，即36次霍尔变化；

第三步，在旋转过程中，通过捕获中断，当三路霍尔传感器状态变化时,即从高电平变为低电平或从低电平变为高电平，记录此时的霍尔状态，若出现了一种霍尔状态，则给相应的变量赋1;若不出现，则保留初值0；并通过变量P_cnt记录一次霍尔状态变化；

第四步，当电机旋转结束即P_cnt记到36时，具体实施方式如下:

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.若是其他情况，则表示检测结果有问题，对数组HALL[8]和变量P_cnt清零，并重复第二步重新检查；

第五步，电机若故障，则通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，可以分析出哪一个霍尔位置传感器出现故障。具体方法为:

1.若有一路霍尔出现故障，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；

2.若两路霍尔传感器出现真实故障，则HALL[x](x=1～6)仅有两个会为1，对应的霍尔状态中变化的一个即为正常的一路霍尔传感器，剩余两路为故障的霍尔传感器。

Claims (1)

1.一种霍尔位置传感器故障检测方法，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，用一个一维数组HALL[8]来代表这八种状态，初值均赋0；

步骤2.给定一适当占空比的PWM波，控制电机驱动模块使驱动器工作在“两两导通”方式下，并依次驱动电机正反两个方向各旋转至少一周，在旋转过程中，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.当电机旋转结束后，观察数组HALL[8]的值，对霍尔状态进行综合判断；

状态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；

状态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；

状态3.若是其它情况，则可能是由于干扰引起的误判断，则对数组HALL[8]清零，并重复步骤2；

步骤4.当电机有故障时，通过分析HALL[1]～HALL[6]中为0的状态，分析确定霍尔位置传感器出现的故障。

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