四相开关磁阻电机四只位置传感器故障诊断与定位方法

摘要

本发明公开了一种四相开关磁阻电机四只位置传感器故障诊断与定位方法，适用于四及四的倍数相、多种拓扑结构、旋转式或直线式开关磁阻电机四只位置传感器的故障诊断与定位。根据四只位置传感器输出信号相邻两个上升沿脉冲顺序判断是否有位置传感器故障，设置故障诊断缓冲区间，避免误诊断的发生，通过辨别上升沿脉冲来源的位置传感器输出信号，对位置传感器故障定位，可用于单只位置传感器、两只位置传感器、三只位置传感器和四只位置传感器的故障诊断与定位，电机匀速和加速、减速等速度变化对诊断与定位结果无影响，诊断方法可靠，实用性强，具有广泛的工程应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种四相开关磁阻电机位置传感器故障诊断与定位方法，尤其适用于四及四 的倍数相、多种拓扑结构、旋转式或直线式开关磁阻电机四只位置传感器的故障诊断与定位。

背景技术

旋转式或直线式四相开关磁阻电机系统中，常用两只位置传感器输出信号提供速度计算 和电机换相提供依据，对于旋转式或直线式开关磁阻电机系统可靠运行具有极其重要的作用。 但由于灰尘、碰撞等原因，常用的光电式、磁电式、电磁式位置传感器会发生失效故障，导 致故障后位置传感器输出信号边沿脉冲的丢失。位置传感器发生故障而失效，导致开关磁阻 电机换相失败，影响开关磁阻电机的可靠运行，因此对位置传感器进行故障诊断和定位极其 重要。用四只位置传感器提供速度计算和电机换相提供依据，对提高四相开关磁阻电机系统 的容错性能和可靠性十分有益；传统的基于区间时间的故障诊断方法和基于边沿捕获的故障 诊断方法仅适用于开关磁阻电机匀速运行状态，对于开关磁阻电机速度变化运行时不适用。 如何实现四相开关磁阻电机匀速和加减速运行状态下四只位置传感器故障诊断和定位，是当 前开关磁阻电机系统急需解决的技术问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的克服已有技术中的不足之处，提供一种四相开关磁阻电机四只 位置传感器故障诊断与定位方法。

技术方案：本发明的四相开关磁阻电机四只位置传感器故障诊断与定位方法：

1)使开关磁阻电机位置传感器P的输出信号相位时间早于位置传感器Q的输出信号相 位，位置传感器Q的输出信号相位时间早于位置传感器R的输出信号相位，位置传感器R的 输出信号相位时间早于位置传感器S的输出信号相位，位置传感器S的输出信号相位早于位 置传感器P的输出信号相位，检测开关磁阻电机位置传感器输出信号的相邻两个上升沿脉冲 P₁和上升沿脉冲P₂，时间顺序上上升沿脉冲P₁早于上升沿脉冲P₂，相邻两个上升沿脉冲的间 距为一个区间；

2)若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器 Q的输出信号，或上升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位 置传感器R的输出信号，或上升沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器S的输出信号，或上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿 脉冲P₂检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器无故障；

3)若除步骤2)之外的其他情况出现，则判断位置传感器有故障；

4)设定位置传感器P的输出信号上升沿至位置传感器Q的输出信号上升沿为区间①， 位置传感器Q的输出信号上升沿至位置传感器R的输出信号上降沿为区间②，位置传感器R 的输出信号上降沿至位置传感器S的输出信号上降沿为区间③，位置传感器S的输出信号上 降沿至位置传感器P的输出信号上升沿为区间④；

5)当位置传感器发生低电平故障时，故障诊断缓冲一个区间；当位置传感器在区间① ②④发生高电平故障时，故障诊断缓冲一个区间；当位置传感器在区间③发生高电平故障时， 故障诊断缓冲二个区间；

6)经过故障缓冲区间后，对位置传感器故障进行定位：

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器Q 的输出信号，则判断位置传感器P发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信 号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器R的输出信号，则判断位置传感器Q发生故障；若上 升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器S的输出信 号，则判断位置传感器R发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升 沿脉冲P₂检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器S发生故障；

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器R 的输出信号，则判断位置传感器P和位置传感器Q均发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位置 传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器S的输出信号，则判断位置传感器Q 和位置传感器R均发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉 冲P₂检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器R和位置传感器S均发生故障；若 上升沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器Q的输出 信号，则判断位置传感器S和位置传感器P均发生故障；

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器Q 的输出信号，又有上升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位 置传感器S的输出信号，则判断位置传感器P和位置传感器R均发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器R的输出信号，又有上升 沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器P的输出信号， 则判断位置传感器Q和位置传感器S均发生故障；

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂也检测到位置传感器 S的输出信号，则判断位置传感器P、位置传感器Q和位置传感器R均发生故障；若上升沿 脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂也检测到位置传感器R的输出信号， 则判断位置传感器S、位置传感器P和位置传感器Q均发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位 置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂也检测到位置传感器Q的输出信号，则判断位置传 感器R、位置传感器S和位置传感器P均发生故障；若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的 输出信号，上升沿脉冲P₂也检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器Q、位置传 感器R和位置传感器S均发生故障；

若始终检测不到边沿脉冲，则判断位置传感器P、位置传感器Q、位置传感器R和位置 传感器S均发生故障；

7)检测开关磁阻电机位置传感器输出信号的相邻两个下降沿脉冲P₁和下降沿脉冲P₂， 重复上述步骤，诊断四相开关磁阻电机四只位置传感器故障，并定位所发生故障的位置传感 器。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明适用于四及四的倍数相、多种拓扑结构、 旋转式或直线式开关磁阻电机四只位置传感器的故障诊断与定位，通过检测四只位置传感器 输出信号上升沿脉冲顺序判断是否有位置传感器故障，设置故障诊断缓冲区间，避免误诊断 的发生，通过辨别上升沿脉冲来源的位置传感器输出信号，对位置传感器故障定位，不仅适 用于四只位置传感器四相开关磁阻电机匀速运行时位置传感器故障诊断与定位，而且适用于 四只位置传感器四相开关磁阻电机加、减速运行时位置传感器故障诊断与定位，可用于单只 位置传感器、两只位置传感器、三只位置传感器和四只位置传感器的故障诊断与定位，电机 匀速和加速、减速等速度变化对诊断与定位结果无影响，诊断方法可靠，实用性强，具有广 泛的工程应用价值。

附图说明

图1是四相8/6结构开关磁阻电机四只位置传感器安装示意图；

图2是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器故障诊断区间划分示意图；

图3是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器发生低电平故障的故障诊断缓冲示意图；

图4是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器高电平故障发生在区间①的故障诊断缓冲 示意图；

图5是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器高电平故障发生在区间②的故障诊断缓冲 示意图；

图6是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器高电平故障发生在区间④的故障诊断缓冲 示意图；

图7是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器高电平故障发生在区间③的故障诊断缓冲 示意图；

图8是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器P低电平故障诊断定位结果；

图9是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器Q低电平故障诊断定位结果；

图10是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器R低电平故障诊断定位结果；

图11是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器S低电平故障诊断定位结果；

图12是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器P和位置传感器Q低电平故障诊断定位结 果；

图13是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器Q和位置传感器R低电平故障诊断定位 结果；

图14是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器R和位置传感器S低电平故障诊断定位结 果；

图15是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器S和位置传感器P低电平故障诊断定位结 果；

图16是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器P和位置传感器R低电平故障诊断定位结 果；

图17是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器Q和位置传感器S低电平故障诊断定位结 果；

图18是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器P、位置传感器Q和位置传感器R均发生 低电平故障诊断定位结果；

图19是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器S、位置传感器P和位置传感器Q均发生 低电平故障诊断定位结果；

图20是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器R、位置传感器S和位置传感器P均发生 低电平故障诊断定位结果；

图21是四相8/6结构开关磁阻电机位置传感器Q、位置传感器R和位置传感器S均发 生低电平故障诊断定位结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

图1所示为四相8/6结构开关磁阻电机四只位置传感器P、Q、R、S安装示意图，四只 位置传感器P、Q、R、S安装角度间隔角度β为15度，所产生的位置传感器输出信号如图2 所示，使开关磁阻电机位置传感器P的输出信号相位时间上早于位置传感器Q的输出信号相 位，位置传感器Q的输出信号相位时间上早于位置传感器R的输出信号相位，位置传感器R 的输出信号相位时间上早于位置传感器S的输出信号相位，位置传感器S的输出信号相位早 于位置传感器P的输出信号相位；设定位置传感器P的输出信号上升沿至位置传感器Q的输 出信号上升沿为区间①，位置传感器Q的输出信号上升沿至位置传感器R的输出信号上降沿 为区间②，位置传感器R的输出信号上降沿至位置传感器S的输出信号上降沿为区间③，位 置传感器S的输出信号上降沿至位置传感器P的输出信号上升沿为区间④。

检测开关磁阻电机位置传感器输出信号的相邻两个上升沿脉冲P₁和上升沿脉冲P₂，时间 顺序上上升沿脉冲P₁早于上升沿脉冲P₂，相邻两个上升沿脉冲的间距为一个区间。

图2所示，若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置 传感器Q的输出信号，或上升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检 测到位置传感器R的输出信号，或上升沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉 冲P₂检测到位置传感器S的输出信号，或上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号， 上升沿脉冲P₂检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器无故障；若除此之外的其 他情况出现，则判断位置传感器有故障。

当位置传感器P在区间①、②、③、④发生低电平故障时，如图3a、3b、3c、3d所示， 故障诊断缓冲一个区间；当位置传感器P在区间①②④发生高电平故障时，如图4、图5、图 6所示，故障诊断缓冲一个区间；当位置传感器在区间③发生高电平故障时，如图7所示， 故障诊断缓冲二个区间。

经过故障缓冲区间后，对位置传感器故障进行定位，若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器 S的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器Q的输出信号，则判断位置传感器P发生低 电平故障，如图8所示。若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器R的输出信号，则判断位置传感器Q发生低电平故障，如图9所示。若上 升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器S的输出信 号，则判断位置传感器R发生低电平故障，如图10所示。若上升沿脉冲P₁检测到位置传感 器R的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器S发生 低电平故障，如图11所示。

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器R 的输出信号，则判断位置传感器P和位置传感器Q均发生低电平故障，如图12所示。若上 升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器S的输出信 号，则判断位置传感器Q和位置传感器R均发生低电平故障，如图13所示。若上升沿脉冲 P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器P的输出信号，则判断 位置传感器R和位置传感器S均发生低电平故障，如图14所示。若上升沿脉冲P₁检测到位 置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器Q的输出信号，则判断位置传感 器S和位置传感器P均发生低电平故障，如图15所示。

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器Q 的输出信号，又有上升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位 置传感器S的输出信号，则判断位置传感器P和位置传感器R均发生低电平故障，如图16 所示。若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位置传感器P 的输出信号，又有上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿脉冲P₂检测到位 置传感器R的输出信号，则判断位置传感器S和位置传感器Q均低电平发生故障，如图17 所示。

若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器S的输出信号，上升沿脉冲P₂也检测到检测到位置 传感器S的输出信号，则判断位置传感器P、位置传感器Q和位置传感器R均发生低电平故 障，如图18所示。若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器R的输出信号，上升沿脉冲P₂也检测 到位置传感器R的输出信号，则判断位置传感器S、位置传感器P和位置传感器Q均发生低 电平故障，如图19所示。若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器Q的输出信号，上升沿脉冲P₂也检测到位置传感器Q的输出信号，则判断位置传感器R、位置传感器S和位置传感器P均 发生低电平故障，如图20所示。若上升沿脉冲P₁检测到位置传感器P的输出信号，上升沿 脉冲P₂也检测到位置传感器P的输出信号，则判断位置传感器Q、位置传感器R和位置传感 器S均发生低电平故障，如图21所示。

若始终检测不到上升沿脉冲，则判断位置传感器P、位置传感器Q、位置传感器R和位 置传感器S均发生低电平故障。

检测开关磁阻电机位置传感器输出信号的相邻两个上升沿脉冲P₁和上升沿脉冲P₂，重复 上述步骤，诊断四相开关磁阻电机四只位置传感器发生高电平故障，并定位所发生故障的位 置传感器。

检测开关磁阻电机位置传感器输出信号的相邻两个下降沿脉冲P₁和下降沿脉冲P₂，重 复上述步骤，诊断四相开关磁阻电机四只位置传感器发生低电平故障或发生高电平故障，并 定位所发生故障的位置传感器。

上述方法对有四只位置传感器的四相16/12结构、四相32/24结构的开关磁阻电机位置传感器 故障诊断与定位也适用。