霍尔传感器故障下的永磁无刷电机容错控制及其动态性能研究

该文针对霍尔位置传感器的故障,提出永磁无刷电机的容错控制方法,并研究了容错控制系统在动态过程中的性能。首先,分析霍尔传感器的故障情况,定义故障类型。分析各种故障对霍尔信号中的角度间隔和时间间隔的影响,提出针对霍尔故障的转子角度外插估计法。为减小角度预估的滞后,将外插估计法和电机的机械动态模型结合,提出能够克服霍尔故障的闭环角度观测器,以电磁转矩作为前馈信号,提高观测器的动态反应速度。为了完全消除估计角度的滞后现象,将霍尔信号变换为霍尔矢量,并对霍尔矢量进行了频谱分析和谐波消去,在此基础上提出了具有容错功能的霍尔矢量跟踪观测器。最后,通过仿真和实验验证了三种容错控制方法。实验结果表明,三种容错控制方法都能在故障情况下完成转子角度的估计,实现驱动系统的容错控制,而且霍尔矢量跟踪观测器有效地改善了容错控制系统的动态性能。

无刷直流电机故障诊断及容错控制技术

针对无刷直流电机用霍尔位置传感器易故障问题,提出位置传感器故障诊断方法及容错控制技术。通过霍尔信号的Clark矢量变换,根据所得霍尔矢量相位的特点,提出了通过检测其相位变化诊断霍尔故障类型的方法。分析各种霍尔故障类型对转子位置估算精确度的影响,提出了两种容错控制策略:改进型混合观测器补偿法;改进型插值容错控制算法。在所搭建的电机控制试验平台上,通过模拟霍尔传感器故障实验,分别在稳态运行、动态运行(包括转速突变、变负载运行)时,验证所提算法的有效性和可靠性。实验结果表明,所提故障诊断法可快速识别霍尔故障类型,两种算法在单霍尔和双霍尔故障时都能准确地估计转子位置,有效补偿霍尔故障,而改进型插值容错控制算法具有更好的动态性能。

一种无刷直流电动机的转子位置重构方法

针对无刷直流电机(BLDCM)中霍尔传感器位置分辨率较低的问题,提出了一种旋转矢量谐波解耦与正交锁相环相结合的位置重构方法。该方法首先通过Clarke变换将霍尔开关信号转换成霍尔旋转矢量,随后采用谐波解耦的方法除去旋转矢量中所包含的主要高次谐波,最后基于正交锁相环技术实现转子位置的重构。仿真实验结果表明,所提出的方法在位置重构方面具有很好的性能,相比于采用谐波解耦与变带宽滤波器相结合的方法,采用正交锁相环技术能获得更高的位置精度。