[发明专利]一种开关型霍尔传感器容错控制方法

说明书

本发明属于永磁同步电机霍尔传感器控制技术领域，具体涉及一种开关型霍尔传感器容错控制方法，在电机运行过程,根据霍尔位置传感器输出信号进行霍尔区间划分检测；监测单个霍尔区间运行时长,与前一区间运行时间比较,判断霍尔位置传感器故障状态；根据霍尔区间运行时间计算转子平均速度和故障加速度，构建改进1阶加速度算法；估计单相霍尔传感器区间时长；根据电机运行状态估算传感器观测转子位置权值；构建三相电流采样滑模观测器，提取反电动势中转子位置信号；加权估算转子位置，克服了现有技术的不足，可以在霍尔传感器故障时，精确的估算出转子的位置及加速度，提高了永磁同步电机运动的准确度。

技术领域

本发明属于永磁同步电机霍尔传感器控制技术领域，具体涉及一种开关型霍尔传感器容错控制方法。

背景技术

永磁同步电机（PMSM）控制系统中，需要获取转子速度和位置信息完成推进永磁同步电机矢量控制。因霍尔位置传感器空间占用小、响应速度快、节能高效，在永磁同步电机中得到了广泛的研究和应用。

依赖三相霍尔位置传感器进行转子位置估算的PMSM系统在恶劣环境下长时间工作后可能由于高温、高湿、盐雾等影响导致霍尔位置传感器损坏。或者由于长时间使用导致传感器接线断裂、内部老化等问题。在PMSM霍尔位置传感器故障中，单相霍尔故障发生的可能性最大，影响最为广泛，是霍尔位置传感器使用过程中迫切需要解决的问题。霍尔元件出现问题后，传统观测算法无法完成转子位置估算直接导致永磁同步电机无法换相，若在一些特定环境中如车辆运输、航空航海领域中会带来无法估计的后果。

目前传统永磁同步电机估算永磁同步电机转子位置都是利用基于1阶加速度的位置估算方法，该算法可以在永磁同步电机稳态运行中时获得较好的效果，但在复杂的永磁同步电机控制系统中，该算法的转速估算值受到前两个霍尔区间1阶加速度的影响，当永磁同步电机起动或受到扰动时，只依赖前两个霍尔区间所估算的1阶加速度无法精确反映当前状态，估算值存在较大滞后性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关型霍尔传感器容错控制方法，克服了现有技术的不足，解决现有技术中永磁同步电机在单霍尔传感器故障后难以精确估算转子位置从而导致电动机不能正常驱动的问题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种开关型霍尔传感器容错控制方法，当永磁同步电机单相霍尔传感器损坏时，通过在改进的1阶加速度算法估算转子位置基础上，与滑模观测结果的权值协调输出，从而估算转子的位置，包括：

步骤一：在电机运行过程中，根据霍尔位置传感器输出信号进行霍尔区间划分检测；

步骤二：监测单个霍尔区间运行时长，与前一区间运行时间比较，判断霍尔位置传感器故障状态；

步骤三：根据霍尔区间运行时间计算转子平均速度和故障加速度，构建改进1阶加速度算法；

步骤四：通过双电阻采样电路获得永磁同步电机三相电流并进行Clark、park变换，将其作为SMO输出，通过sigmoid滑模方程得到两相静止坐标系下反电动势。

步骤五：采用锁相环提取两相静止坐标系中的转子运行信息，并且，针对单相Hall位置传感器的工作状态，引入加权因子协调输出改进的1阶加速度容错算法和滑模观测器的观测结果。

进一步地，所述步骤一中永磁同步电机的结构图如图1所示，PMSM控制系统主要由PMSM、位置信号检测电路、控制电路和驱动电路组成。在PMSM中安装3个中心对称的开关型霍尔位置传感器。三相霍尔传感器会将永磁同步电机的一个一个电周期分为六个区域；

进一步地，所述步骤二中判断霍尔位置传感器故障状态，具体方法如下：

在单相Hall位置传感器故障时，如图3所示，第三区间运行时间后，正常切换，第四区间运行时间。如果，三相Hall位置传感器输出值未发生跳变，那么表明Hall位置传感器发生故障，通过运行时长判定故障。

进一步地，所述步骤三中构建改进1阶加速度算法，具体方法如下：