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    控制力矩陀螺高速轉(zhuǎn)子霍爾傳感器故障檢測(cè)與重構(gòu)

    2019-12-24 02:41:44史永麗支康儀武登云魏文杉
    微電機(jī) 2019年11期
    關(guān)鍵詞:霍爾三相繞組

    史永麗,熊 軍,支康儀,武登云,魏文杉

    (北京控制工程研究所,北京 100190)

    0 引 言

    控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope, CMG)應(yīng)用在航天器上的一類慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu),由低速框架和高速轉(zhuǎn)子組成。在高速轉(zhuǎn)子中,通常采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī),并采用開關(guān)式霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置,提供換相信息。然而,由于空間環(huán)境極為惡劣,隨著航天器的長(zhǎng)期運(yùn)行,霍爾傳感器或其信號(hào)傳輸通道難免會(huì)出現(xiàn)故障。一旦霍爾信號(hào)異常,將導(dǎo)致無(wú)刷直流機(jī)換相錯(cuò)誤,輕則可使電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)甚至使繞組電流急劇增加,將電機(jī)燒毀,從而使控制力矩陀螺失效。

    針對(duì)霍爾傳感器故障檢測(cè)與信號(hào)重構(gòu)問(wèn)題,目前已進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[1]提出了一種基于功率譜密度的霍爾故障診斷方法和基于120 電角度遞推的信號(hào)重構(gòu)方法,但故障角較大,實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。文獻(xiàn)[2]提出了一種基于霍爾矢量變換順序的故障檢測(cè)方法,但該方法所需時(shí)間較長(zhǎng),在信號(hào)重構(gòu)中還需要存儲(chǔ)大量的狀態(tài)序列信息。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)位置傳感器方法也已分別應(yīng)用于霍爾故障的檢測(cè)與容錯(cuò)控制[3-4],但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。

    為便于實(shí)現(xiàn),并考慮轉(zhuǎn)速的變化,文獻(xiàn)[5]提出了一種基于線性插值的預(yù)報(bào)方法,對(duì)霍爾故障進(jìn)行檢測(cè),并對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行矯正,但在轉(zhuǎn)速較高情況下,信號(hào)具有一定的滯后。文獻(xiàn)[6-9]在角度外插估計(jì)法的基礎(chǔ)上,提出了基于閉環(huán)角度觀測(cè)器和霍爾矢量跟蹤觀測(cè)器的霍爾故障檢測(cè)與容錯(cuò)方法,但算法實(shí)現(xiàn)亦較復(fù)雜。文獻(xiàn)[10]則根據(jù)霍爾信號(hào)的邏輯對(duì)故障進(jìn)行診斷,并通過(guò)兩個(gè)無(wú)故障的霍爾信號(hào)來(lái)構(gòu)造另一個(gè)霍爾信號(hào),但該方法只適用于一相霍爾故障的情況。

    為適應(yīng)控制力矩陀螺高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大范圍變化的需要,針對(duì)一相或兩相霍爾故障,本文提出了一種變轉(zhuǎn)速情況下的霍爾位置傳感器故障檢測(cè)和重構(gòu)方法。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,并考慮了霍爾安裝誤差和轉(zhuǎn)速的變化,不僅適用于動(dòng)態(tài)過(guò)程,也適用于穩(wěn)態(tài)過(guò)程。

    1 控制力矩陀螺高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

    高速轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī),采用霍爾傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè),并根據(jù)三相霍爾信號(hào)讀取三個(gè)轉(zhuǎn)速值。霍爾位置傳感器三相霍爾電路的輸出信號(hào)為互差120°電角度的開關(guān)信號(hào)??刂齐娐凡捎谩疤幚砥?FPGA”的形式,通過(guò)斬波器調(diào)節(jié)高速電機(jī)中點(diǎn)電壓,采用三相半橋逆變電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。高速轉(zhuǎn)控制組成框圖如圖1所示。

    圖1 高速轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

    圖1中霍爾信號(hào)故障檢測(cè)和重構(gòu)在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。從電機(jī)本體輸出的霍爾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電環(huán)輸出三相信號(hào)Ha、Hb、Hc,經(jīng)過(guò)濾波、整形、電平轉(zhuǎn)換后的霍爾信號(hào)HaF、HbF、HcF進(jìn)入FPGA,在FPGA內(nèi)對(duì)三相霍爾信號(hào)插入周期脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),經(jīng)霍爾故障檢測(cè)判斷后,進(jìn)入重構(gòu)模塊,最后經(jīng)換相邏輯計(jì)算后輸出換相信號(hào),對(duì)三相半橋逆變電路中的MOSFET進(jìn)行通斷控制,使電機(jī)按照預(yù)定的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。Cnt_Ha、Cnt_Hb、Cnt_Hc為三相霍爾信號(hào)對(duì)應(yīng)的周期脈沖計(jì)數(shù)器,HaO、HbO、HcO為重構(gòu)模塊的輸出信號(hào),EnR為重構(gòu)使能控制信號(hào)。

    FPGA內(nèi)部的霍爾狀態(tài)寄存器Hall_State用來(lái)表示三相霍爾信號(hào)是否發(fā)生故障,D2D1D0分別對(duì)應(yīng)三相霍爾信號(hào)Hc、Hb、Ha的狀態(tài),Hall_State的含義如表1所示。處理器通過(guò)讀取霍爾狀態(tài),判斷出無(wú)故障的霍爾信號(hào),通過(guò)周期脈沖計(jì)數(shù)器得到真實(shí)的高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速值。

    表1 霍爾狀態(tài)寄存器Hall_State定義

    2 霍爾故障檢測(cè)方法及實(shí)現(xiàn)

    2.1 霍爾故障形式及影響分析

    對(duì)于任意一相霍爾信號(hào)故障,可以表現(xiàn)為霍爾信號(hào)上升沿提前、下升沿延遲、多出一組霍爾信號(hào)、缺少一組霍爾信號(hào)以及霍爾信號(hào)一直處于一種電平[5]。對(duì)控制力矩陀螺來(lái)說(shuō),最常見(jiàn)的故障形式是霍爾信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間斷開或瞬斷。無(wú)故障時(shí)的霍爾信號(hào)、換相信號(hào)和反電勢(shì)的波形如圖2所示。圖中M1、M2、M3為經(jīng)換相邏輯運(yùn)算后的三相半橋MOSFET開關(guān)信號(hào),Ea、Eb、Ec為三相電機(jī)繞組的反電勢(shì)。無(wú)故障時(shí),三相半橋的3個(gè)開關(guān)管順序?qū)ǎ姍C(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

    當(dāng)B相霍爾信號(hào)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間斷開時(shí),波形如圖3所示。故障發(fā)生后,M1的高電平持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng),表明A相電機(jī)繞組的導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng),B相電機(jī)繞組處于關(guān)斷狀態(tài),C相電機(jī)繞組通斷正常。由無(wú)刷直流電機(jī)相電壓方程可知,繞組A上的電流為

    (1)

    式中,u為中點(diǎn)電壓,由于A相繞組導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng),多出的這一段時(shí)間內(nèi),對(duì)應(yīng)的反電勢(shì)Ea為負(fù)值,由式(1)可知,在這段時(shí)間內(nèi)電機(jī)中點(diǎn)u與反電勢(shì)Ea疊加,在A相繞組中產(chǎn)生較大的電流沖擊,電流沖擊形成的制動(dòng)力矩,使電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。轉(zhuǎn)速越高,反電勢(shì)越大,電流沖擊越大,制動(dòng)力矩越大,轉(zhuǎn)速下降也越快。

    圖2 無(wú)故障時(shí)霍爾信號(hào)、換相信號(hào)和反電勢(shì)波形圖

    圖3 HbF長(zhǎng)斷時(shí)霍爾信號(hào)、換相信號(hào)和反電勢(shì)波形圖

    從故障產(chǎn)生到故障被消除,這一段時(shí)間內(nèi)霍爾信號(hào)對(duì)應(yīng)的電角度稱為故障角。故障角越大,對(duì)系統(tǒng)的影響越大。轉(zhuǎn)速越高,霍爾脈沖頻率越高,換相間隔時(shí)間越短,反電勢(shì)越大,電流沖擊也越大。所以如果檢測(cè)和重構(gòu)不及時(shí),大的繞組電流對(duì)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路的損害越大。因此轉(zhuǎn)速越高,故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求越高,故障出現(xiàn)后對(duì)重構(gòu)能力的要求也越高。

    2.2 霍爾故障檢測(cè)原理

    正常情況下,三相霍爾信號(hào)互差120°,如圖4所示,隨著轉(zhuǎn)速的升高,三相霍爾脈沖寬度逐漸變窄,圖中的T表示電角度周期。

    從Ha的上升沿開始,將每個(gè)電角度周期分為6個(gè)部分,每相鄰兩個(gè)脈沖時(shí)間分別記為t1,t2,…,t6,理想情況下,相鄰脈沖的上升沿或下降沿之間的電角度均為60°,然而由于霍爾傳感器安裝誤差、轉(zhuǎn)子磁極安裝誤差、霍爾處理器電路延遲等因素的影響,相鄰脈沖的電角度不是嚴(yán)格的60°,主要影響因素是安裝誤差和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

    圖4 理想情況下升速過(guò)程中的霍爾信號(hào)

    在不考慮磁極安裝偏差情況下,一個(gè)電角度周期對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度為2π/p,其中p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。對(duì)于一個(gè)電角度周期T,假設(shè)初始時(shí)刻的角速度為ω0,角加速度為α,忽略角加速度的變化,由此可寫出:

    (2)

    由于T>0,上式的解可以表示為

    (3)

    為便于分析,上式可變換為

    (4)

    (5)

    如果忽略α的影響,則對(duì)于一個(gè)電角度周期T內(nèi)的6個(gè)脈沖,假設(shè)對(duì)應(yīng)的6個(gè)機(jī)械角度增量分別為θ1,θ2,…,θ6,時(shí)間間隔分別為t1,t2,…,t6,則

    (6)

    (7)

    每一個(gè)脈沖的占空比分別為

    (8)

    由式(8)可知占空比與轉(zhuǎn)速ω?zé)o關(guān),所以在控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子升速過(guò)程中,隨著轉(zhuǎn)速的升高,盡管電角度周期逐漸變短,但t1~t6值在一個(gè)電周期中所占的占空比是不變的?;谶@樣的思想,設(shè)計(jì)了一種霍爾故障檢測(cè)方法。實(shí)現(xiàn)方法如下:

    (1)計(jì)算一個(gè)電角度周期內(nèi)的6個(gè)脈沖寬度t1~t6值在電角度周期中的占空比。

    處理中設(shè)置一個(gè)故障檢測(cè)和重構(gòu)使能信號(hào)DR_En,起動(dòng)開始前先設(shè)置該信號(hào)禁止,即DR_En=0。在FPGA中設(shè)置6個(gè)晶體時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)寄存器,用于計(jì)算t1~t6值。當(dāng)克服起動(dòng)摩擦力矩,電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)一段時(shí)間后,設(shè)定此時(shí)的轉(zhuǎn)速為ωen。當(dāng)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速ω>ωen后,就可以讀取一次t1~t6中的計(jì)數(shù)值,并計(jì)算t1~t6值在當(dāng)前電角度周期中的占空比μi(i=1,2,…,6)。之后將故障檢測(cè)和重構(gòu)使能信號(hào)開啟,即DR_En=1。

    (2)設(shè)置6個(gè)脈沖寬度t1~t6的置信區(qū)間,判斷霍爾是否發(fā)生故障,設(shè)置霍爾狀態(tài)。

    設(shè)置t1~t6的置信區(qū)間為[ti-Δt,ti+Δt](i=1,2,…,6),分別檢測(cè)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下以及一定轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)的t1~t6值的脈沖寬度變化是否超過(guò)置信區(qū)間,來(lái)判斷是否有霍爾信號(hào)故障產(chǎn)生。t1~t6未超出置信區(qū)間范圍,表明此時(shí)未發(fā)生霍爾故障,霍爾狀態(tài)寄存器Hall_State設(shè)置為0x000;t1~t6超出置信區(qū)間范圍,表明發(fā)生霍爾故障,霍爾狀態(tài)寄存器相應(yīng)位置1。其中 t可以設(shè)置為

    Δt=ti×δ(i=1,2,…,6)

    (9)

    為保證升速過(guò)程中的故障角盡可能小,δ根據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分段設(shè)置。由于低轉(zhuǎn)速下電角度周期時(shí)間長(zhǎng),因此希望故障出現(xiàn)的時(shí)間要相對(duì)短些,低速下的置信區(qū)間 可以取得小些。高轉(zhuǎn)速下的置信區(qū)間要稍微大些,否則容易誤進(jìn)入故障狀態(tài)。δ一般取為5%~10%,根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化范圍和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行適當(dāng)選取,

    (3)根據(jù)轉(zhuǎn)速變化及時(shí)更新電角度周期內(nèi)的6個(gè)霍爾脈沖寬度t1~t6。

    考慮到轉(zhuǎn)速是實(shí)時(shí)變化,需要計(jì)算轉(zhuǎn)速的變化Δω,并查詢?chǔ)う厥欠襁_(dá)到設(shè)定閾值Δωth。

    當(dāng)Δω<Δωth時(shí),t1~t6值不更新;

    當(dāng)Δω>Δωth時(shí),t1~t6值需要更新。計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電角度周期Tk。為保證高精度的轉(zhuǎn)速檢測(cè),在一個(gè)機(jī)械周期內(nèi)對(duì)同一個(gè)霍爾的所有脈沖填充FPGA基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖,根據(jù)測(cè)量的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù),計(jì)算出對(duì)應(yīng)的當(dāng)前高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωk。處理器分別讀取三相霍爾信號(hào)計(jì)數(shù)值Cnt_Ha、Cnt_Hb和Cnt_Hc,就可以獲得三相霍爾對(duì)應(yīng)的3個(gè)轉(zhuǎn)速ωka、ωkb、ωkc。無(wú)故障情況下,可以任取一個(gè)轉(zhuǎn)速值作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速;當(dāng)檢測(cè)到霍爾故障時(shí),根據(jù)霍爾狀態(tài)寄存器指示的霍爾狀態(tài),選取無(wú)故障的霍爾信號(hào)計(jì)算出的轉(zhuǎn)速值作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值ωk。

    根據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù),可以計(jì)算出ωk對(duì)應(yīng)的當(dāng)前電角度周期Tk。根據(jù)Tk和步驟(1)中得到的占空比μ1~μ6,可以獲得更新后的t1~t6值為

    ti=Tk×μi(i=1,2,…,6)

    (10)

    為保證變轉(zhuǎn)速下故障判斷的準(zhǔn)確性,Δωth的選取需要根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速加速度確定,加速度小,Δωth可以選擇大一些;加速度大,Δωth需要選擇小一些,以保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度和精度。中型控制力矩陀螺中Δωth一般取2 r/min分~5 r/min。

    (4) 重復(fù)步驟(2)和步驟(3),持續(xù)進(jìn)行故障診斷。

    如果檢測(cè)到一相或兩相霍爾故障,就進(jìn)入霍爾重構(gòu)模塊。

    如果檢測(cè)到三相霍爾故障,則進(jìn)入故障處理模塊,故障檢測(cè)和重構(gòu)使能信號(hào)禁止,停止電機(jī)運(yùn)行。

    該檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)及時(shí),故障角小。

    3 霍爾信號(hào)重構(gòu)

    考慮安裝誤差,根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化,通過(guò)霍爾信號(hào)的占空比預(yù)報(bào)下一電角度周期的6個(gè)霍爾脈沖寬度,進(jìn)行故障重構(gòu)。

    當(dāng)無(wú)霍爾故障發(fā)生時(shí),F(xiàn)PGA采集到的霍爾信號(hào)經(jīng)過(guò)FPGA濾波后,直接進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元,經(jīng)計(jì)算后輸出換相控制信號(hào);當(dāng)發(fā)生一相或兩相霍爾信號(hào)故障時(shí),F(xiàn)PGA切斷故障信號(hào)進(jìn)入后續(xù)功能模塊的通路,利用無(wú)故障的霍爾信號(hào),根據(jù)轉(zhuǎn)速變化和占空比重新構(gòu)造出與未發(fā)生故障時(shí)一致的另外兩相霍爾信號(hào)。

    經(jīng)過(guò)重構(gòu)產(chǎn)生的霍爾信號(hào)進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元,計(jì)算后輸出換相控制信號(hào),轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中霍爾信號(hào)重構(gòu)方法如下:

    查詢轉(zhuǎn)速的變化是否達(dá)到設(shè)定閾值Δωth,將Δω與轉(zhuǎn)速變化閾值Δωth進(jìn)行比較:

    (1)當(dāng)Δω<Δωth時(shí),重構(gòu)控制策略如下:

    如果此時(shí)未發(fā)生故障,則三相霍爾信號(hào)直接進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元直接進(jìn)行計(jì)算,然后輸出換相控制信號(hào)。

    如果此時(shí)發(fā)生一相霍爾故障:

    若Ha故障,則按照Hc和t1~t6產(chǎn)生Ha和Hb的重構(gòu)信號(hào);

    若Hb故障,則按照Ha和t1~t6產(chǎn)生Hb和Hc的重構(gòu)信號(hào);

    若Hc故障,則按照Hb和t1~t6產(chǎn)生Ha和Hc的重構(gòu)信號(hào)。

    如果此時(shí)發(fā)生二相霍爾故障:

    若Ha和Hb故障,則按照Hc和t1~t6產(chǎn)生Ha和Hb的重構(gòu)信號(hào);

    若Ha和Hc故障,則按照Hb和t1~t6產(chǎn)生Ha和Hc的重構(gòu)信號(hào);

    若Hb和Hc故障,則按照Ha和t1~t6產(chǎn)生Hb和Hc的重構(gòu)信號(hào)。

    當(dāng)故障恢復(fù)為正常時(shí),按照新的霍爾狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

    (2)當(dāng)Δω>Δωth時(shí),根據(jù)占空比μ1~μ6以及當(dāng)前的電角度周期,可以計(jì)算獲得更新后的電子角度周期內(nèi)的新的6個(gè)霍爾脈沖寬度t1~t6值,然后再根據(jù)步驟(1)的重構(gòu)策略進(jìn)行重構(gòu)控制。

    經(jīng)過(guò)重構(gòu)后的三相霍爾信號(hào)進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元直接計(jì)算后輸出換相控制信號(hào)。

    處理器和FPGA中霍爾傳感器故障檢測(cè)和重構(gòu)的程序流程如圖5和圖6所示。

    圖5 處理器中的相關(guān)程序流程圖

    圖6 FPGA中的霍爾故障檢測(cè)和重構(gòu)算法流程圖

    4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

    為了驗(yàn)證該方法的有效性,在70 Nms中型控制力矩陀螺上進(jìn)行了試驗(yàn),控制力矩陀螺由控制力矩陀螺本體、控制力矩陀螺線路盒組成,通過(guò)轉(zhuǎn)接盒以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式將三相霍爾信號(hào)接入,以轉(zhuǎn)接盒上開關(guān)關(guān)斷來(lái)模擬霍爾故障。高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)采用恒流1.3 A升速,當(dāng)接近設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)速

    和電流雙閉環(huán)控制,直至進(jìn)入穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由測(cè)試設(shè)備測(cè)量讀取。

    (1)一相霍爾信號(hào)故障

    高速轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速設(shè)置為9500 r/min,升速過(guò)程中,當(dāng)高速轉(zhuǎn)子升速到3000 r/min時(shí),對(duì)霍爾信號(hào)Hb進(jìn)行通斷測(cè)試,Ha和Hc保持正常狀態(tài),不進(jìn)行霍爾重構(gòu)時(shí)的測(cè)試波形如圖7所示。圖中HbO為重構(gòu)模塊的輸出信號(hào),與Hb反相。VI為驅(qū)動(dòng)電路直流側(cè)電流遙測(cè)值,轉(zhuǎn)換系數(shù)為1 A/V。IA為電機(jī)繞組A的電流,電流放大器設(shè)置為10 A/V。

    圖7 升速中Hb斷開時(shí)的測(cè)試波形(3000r/min,無(wú)重構(gòu))

    由曲線可知,霍爾信號(hào)Hb故障前,采用恒流1.3 A升速,電流穩(wěn)定,此時(shí)繞組A上的電流最大幅值為2.5 A。故障發(fā)生后,由于未進(jìn)行霍爾故障重構(gòu),直流側(cè)電流由1.3 A升高為2 A,繞組A上的電流尖峰值由2.3 A升高為12.4 A。

    圖8 升速中Hb斷開時(shí)的波形(3000r/min,有重構(gòu))

    采用霍爾重構(gòu)后的測(cè)試曲線如圖8所示,同樣條件下,升速到3000 r/min時(shí),Hb斷開,Ha和Hc保持正常狀態(tài)。為了更清楚的觀察波形變化,將檢測(cè)高速電機(jī)繞組A的電流放大器設(shè)置為1 A/V。由圖8可看出,故障前后直流側(cè)電流和繞組A的電流波形未發(fā)生變化,故障發(fā)生后,F(xiàn)PGA重構(gòu)出的Hb波形與故障前是一致的,重構(gòu)效果很好。

    (2)兩相霍爾信號(hào)故障

    恒流升速中,當(dāng)高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升至7000 r/min時(shí),繞組A的電流尖峰值已升高至4.2 A,此時(shí)斷開兩相霍爾信號(hào)Ha和Hb,Hc保持正常狀態(tài),經(jīng)故障檢測(cè)和重構(gòu)控制后的示波器測(cè)試波形如圖9所示,電流放大器設(shè)置為10 A/V。從圖中可以看出,兩相霍爾信號(hào)故障前后,直流側(cè)電流和繞組A的電流無(wú)變化。

    圖9 升速中Ha和Hb斷開時(shí)的波形(7000r/min,有重構(gòu))

    圖10 升速直至穩(wěn)速后的轉(zhuǎn)速曲線(有重構(gòu))

    圖10為高速轉(zhuǎn)子的一段升速曲線,從2500 r/min升速并穩(wěn)定到9500 r/min的轉(zhuǎn)速曲線。在升速過(guò)程中分別在3000 r/min、5000 r/min、7000 r/min以及穩(wěn)態(tài)9500 r/min下,均進(jìn)行了一相霍爾和兩相霍爾的多次通斷測(cè)試,從圖中可以看出,雖然多次出現(xiàn)霍爾故障,但上升曲線光滑,升速過(guò)程中未發(fā)生轉(zhuǎn)速下滑,穩(wěn)速后轉(zhuǎn)速精度也非常高,轉(zhuǎn)速精度為萬(wàn)分之一。

    5 結(jié) 語(yǔ)

    本文針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)霍爾位置傳感器一相和兩相霍爾故障情況下,提出了一種變轉(zhuǎn)速下霍爾故障檢測(cè)和重構(gòu)控制方法,故障檢測(cè)和重構(gòu)均在FPGA內(nèi)部完成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,充分證明了該方法的有效性,該算法易于實(shí)現(xiàn),實(shí)時(shí)性高,在故障瞬間不會(huì)引起大電流,故障前后基本無(wú)變化,實(shí)現(xiàn)了故障前后的無(wú)縫連接,且動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)均適用,有效的提高了系統(tǒng)的可靠性。

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