[发明专利]一种双余度无刷直流电机控制系统可靠度计算方法

说明书

本发明涉及一种双余度无刷直流电机控制系统可靠度计算方法，属于电机技术领域。首先确定双余度无刷直流电机控制系统中在运行过程中容易发生故障的各个零件，并根据各个零件之间的联结方式建立双余度无刷直流电机控制系统可靠度模型。通常双余度无刷直流电机控制系统容易发生的故障的零件分别为：定子绕组、永磁体、霍尔传感器、控制芯片、功率管和轴承。通过分析影响各个零件发生故障的影响因素，单独计算各个零件的故障率和可靠度，最后通过可靠度模型计算双余度无刷直流电机控制系统总的可靠度。本发明实现了对电机控制系统可靠度的精准计算，提升了双余度无刷直流电机控制系统寿命测试的工作效益。

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种计算双余度无刷直流电机控制系统可靠度的方法。

背景技术

在航空航天中对于电机的可靠性要求非常高，采用双余度的电机相比单电机其运行可靠性将会得到大大提高。通常状态下影响双余度无刷直流电机控制系统可靠度的主要元件有：绕组、永磁体、霍尔传感器、控制芯片、功率管、轴承。电机绕组的故障有开路故障和短路故障，双余度电机就是采用两套绕组共用一个电机转子的方式来提高电机的可靠性。双余度电机中霍尔传感器起检测转子位置的作用，霍尔传感器作为一种半导体器件在高低温、强冲击、强振动等复杂恶劣的工作环境中容易发生一路或两路故障，造成三相电流的畸变。功率管的故障包括短路故障和断路故障。电机中任何一个元件的失效将会导致电机不能正常工作，因此对双余度无刷直流电机控制系统各个元件进行可靠度计算，从而能够实现主动的去保证电机各个零件运行可靠水平，达到提高整个电机的工作质量的目的。

目前，双余度无刷直流电机控制系统的可靠度往往通过寿命测试实验的方法得到，这种方法需要繁琐的、长时间的实验验证，不能满足对于可靠度测量的快速性和实时性要求。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术对于双余度无刷直流电机控制系统寿命测试的长时间、高费用等问题，本发明提供了一种双余度无刷直流电机控制系统可靠性计算方法，通过公式计算可以得出双余度无刷直流电机控制系统的可靠度，避免了复杂的、长时间的双余度无刷直流电机控制系统可靠度测量实验。

技术方案

一种双余度无刷直流电机控制系统可靠性计算方法，其特征在于将双余度无刷直流电机控制系统主要故障分为绕组故障、永磁体故障、霍尔传感器故障、控制芯片故障、功率管故障以及轴承故障；依次计算各个元件的失效率λ_p；根据双余度无刷直流电机控制系统中各个元件的联结方式，以及每种元件在双余度无刷直流电机控制系统中的使用数量，并认为各个元件的寿命服从单参数指数分布，由此可以得到各个元件的可靠度R_i；将各个元件的可靠度R_i相乘得到总的可靠度。

双余度无刷直流电机控制系统与其他电机控制系统的结构有所不同，主要由永磁体、铁心、转轴、轴承、定子绕组、功率管、霍尔传感器和芯片构成。在实际运行中，控制系统最容易发生故障的部件为定子绕组、永磁体、霍尔传感器、功率管、控制芯片以及轴承。当前电机的寿命主要由实验测量得到，即将电机运行至发生故障时，测量其寿命。这种方法是通过实验验证电机整体，没有到考虑各个部件。本发明提出的方法通过对最容易发生故障的各个部件的计算，最后得出双余度无刷直流电机控制系统总的可靠度。

所述的绕组、永磁体、霍尔传感器、控制芯片、功率管以及轴承的失效率计算公式如下：

(1)定子绕组的失效率为：λ_p11＝λ_b1π_E1π_Q1π_K1π_C1

其中，λ_b1为绕组线圈的基本失效率，π_E1为环境系数，π_Q1为质量系数，π_K1为种类系数，π_C1为结构系数；