CN103439655A - 开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法，包括多个位置传感器故障的诊断与容错控制，以及多个位置传感器故障恢复的诊断和控制。本发明能及时诊断各相位置传感器的故障，切换控制算法，使得开关磁阻电机的运行状态不受位置传感器故障的影响，即位置传感器发生故障时能继续保持正常运行；当位置传感器恢复时，先判断信号是否正常，若信号正常，则诊断故障恢复，切换至原先算法，有效提高了开关磁阻电机的容错能力，具有重要的意义。

Description

开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法，属于开关磁阻电机系统故障诊断及容错控制的技术领域。 

背景技术

开关磁阻电机（简称SR电机）是由电力电子技术、控制技术及计算机技术与传统磁阻式电机相结合发展起来的新型调速电机,它以结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高、容错能力强等优越特性,在牵引运输、通用工业、航空工业、家用电器等各个领域都获得了应用。 

SR电机系统正常工作需要转子位置信号，通过位置传感器的反馈信号，控制系统才能确定转子的实际位置，进而确定导通相序。并且，位置信号可以直接计算出转速，对于实现转速闭环控制也是必需的。因此系统含有位置传感器是其正常工作的基本条件。 

由于SR电机自身结构简单，坚固，控制灵活，可靠性高等优点，因此适合在高温、高速、多粉尘等恶劣环境中工作。虽然SR电机本体具有较高的可靠性，但目前通常采用的光敏式位置传感器与电机本体装配在一起，容易受到灰尘、油污、碰撞等恶劣环境影响而发生故障，导致系统不能正常运行，使得整个系统的可靠性降低。因此，需要对位置传感器信号进行故障监控、诊断以及容错控制。 

由于三相开关磁阻电机位置传感器信号的边沿是交替出现的，因此通常检测传感器故障的方法是判断三路位置信号的边沿出现顺序。但是若仅仅判断边沿出现顺序，其中有一种情况将无法区分哪一相故障，故需增加角度检测环节，即检测新出现的边沿与上一个边沿之间的角度来综合诊断。由于电机运行情况无法确定，并且开关磁阻电机经常工作在恶劣环境中，在加速减速或低速运行时，角度计算不准确，上述方法将会造成故障的误判。同时，上述方法利用的是三相信号交替出现的边沿，当某相信号发生故障后，诊断策略需进行相应的修改，使得诊断程序复杂化。并且，当两相信号同时出现故障时，上述方法将无法诊断。因此，为了完善故障诊断方法，克服上述方法的缺点，提出了一种新型诊断算法。 

发明内容

本发明要解决的问题针对背景技术的缺陷提出一种开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法。即通过一种新型的策略能够及时检测出传感器故障，并及时改变控制算法，使得系统在位置传感器发生故障时仍然能够容错运行。 

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案： 

本发明为一种开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法，包括如下步骤： 

（1）对于电机的某一路位置传感器信号，采用DSP实时检测三个连续边沿出现的时刻t₁、t₂、t₃，计算出相邻两个边沿间隔的时间Δt₁=t₂-t₁，Δt₂=t₃-t₂； 

（2）比较Δt₁和Δt₂的关系，并根据以下两种情况预测边沿时刻t₃与下一个边沿时刻t₄的差值Δt₃： 

a.Δt₁=Δt₂时，角加速度α=0，得到Δt₃=Δt₁=Δt₂； 

b.Δt₁≠Δt₂时，角加速度α≠0，根据以下公式计算Δt₃： 

$\mathrm{\Δt}3=\frac{-(2\mathrm{\Δt}1\·\mathrm{\Δt}2+\mathrm{\Δ}{t1}^2-\mathrm{\Δ}{t2}^2)+\sqrt{{(2\mathrm{\Δt}1\·\mathrm{\Δt}2+\mathrm{\Δ}{t1}^2-\mathrm{\Δ}{t2}^2)}^2-4\·(\mathrm{\Δt}1-\mathrm{\Δt}2)\·(-\mathrm{\Δ}{t1}^2\·\mathrm{\Δt}2-\mathrm{\Δt}1\·\mathrm{\Δ}{t2}^2)}}{2(\mathrm{\Δt}1-\mathrm{\Δt}2)}$

根据Δt₃=t₄-t₃，计算出下一个边沿出现的预测时刻t₄； 

（3）检测下一个边沿出现的实际时刻t_x，若在预定时间内下一个边沿不出现， 

则判断该位置传感器故障，诊断方法结束；如果检测到下一个边沿出现的实际时 

刻t_x，计算边沿时刻t₃与下一个边沿出现的实际时刻t_x的实际差值Δt₃’=t_x-t₃，令 

Δt₃’与Δt₃的误差为ξ，则： 

$\mathrm{\ξ}=\frac{|\mathrm{\Δ}{t3}^{\′}-\mathrm{\Δt}3|}{\mathrm{\Δt}3}\×100\%$

若误差ξ<=5%，则判断该下一个边沿出现的时刻是正确的，即没有发生故障；若误差ξ>5%，则判断该下一个边沿出现时刻不正确，即边沿提前出现，判断该位置传感器故障。 

作为本发明的开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法的进一步优化方案，上述步骤（3）中，所述预定时间为一个周期的时间。 

综上所述，本发明的开关磁阻电机位置传感器故障诊断方法同时适合于现有 的容错控制算法，与现有的容错控制方法结合，能够适用于电机运行的各种状态（匀速，加速，减速），能够在故障发生瞬间诊断出故障而对电机运行没有任何影响，能够独立对各路位置信号进行诊断，能够在故障信号完全恢复正常后诊断出信号正常。本发明所提出的诊断算法具有较好的快速性和动态性能，以及较高的可靠性和适用范围，具有重要意义。 

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果： 

1）。诊断出故障后可立即更改控制算法，不会对电机运行产生任何影响，具有良好的快速性和容错效果； 

2）各相位置信号的诊断相互独立，不受加速或减速的影响，诊断快速准确； 

3）动态性能好，较高的可靠性和适用范围，具有重要意义。 

附图说明

图1为三相开关磁阻电机结构与位置传感器装配图； 

图2为12/8结构电机位置传感器信号与相电感之间的关系； 

图3为正常的位置信号波形图； 

图4为位置传感器第一种低电平故障示意图； 

图5为位置传感器第二种低电平故障示意图； 

图6为位置传感器第一种高电平故障示意图； 

图7为位置传感器第二种高电平故障示意图； 

图8为位置传感器第一种高电平故障恢复示意图； 

图9为位置传感器第二种高电平故障恢复示意图； 

图10为位置传感器第一种低电平故障恢复示意图； 

图11为位置传感器第二种低电平故障恢复示意图； 

图12为故障诊断流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明： 

本发明提供一种开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法，包括如下步骤： 

（1）电机有多个位置传感器，不同的电机位置传感器的个数不同。对于某一路位置传感器信号，采用DSP实时检测四个连续边沿出现的时刻t₁、t₂、t₃、t₄，计算出相邻两个边沿间隔的时间Δt₁=t₂-t₁，Δt₂=t₃-t₂，Δt₃=t₄-t₃，间隔时间足够短，连 续四个边沿之间的电机角加速度α视为恒定，连续通过三个相同角度所需的时间Δt₁、Δt₂和Δt₃存在一定的关系，关系式经公式推算得到如下： 

$\mathrm{\&Delta;t}3=\frac{-(2\mathrm{\&Delta;t}1\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}2+\mathrm{\&Delta;}{t1}^2-\mathrm{\&Delta;}{t2}^2)+\sqrt{{(2\mathrm{\&Delta;t}1\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}2+\mathrm{\&Delta;}{t1}^2-\mathrm{\&Delta;}{t2}^2)}^2-4\&CenterDot;(\mathrm{\&Delta;t}1-\mathrm{\&Delta;t}2)\&CenterDot;(-\mathrm{\&Delta;}{t1}^2\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}2-\mathrm{\&Delta;t}1\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{t2}^2)}}{2(\mathrm{\&Delta;t}1-\mathrm{\&Delta;t}2)}$

（2）根据上述公式，利用当前边沿时刻t₃与前一个边沿时刻t₂的间隔时间Δt₂和前一个边沿时刻t₂与前第二个边沿时刻t₁的间隔时间Δt₁，下面分两种情况： 

a.Δt₁≠Δt₂时，可知角加速度α≠0，根据Δt₁和Δt₂和上述Δt₃公式计算得出Δt₃； 

b.Δt₁=Δt₂时，可知角加速度α=0，得到Δt₃=Δt₁=Δt₂； 

根据Δt₃=t₄-t₃和前边沿时刻t₃，预测出下一个边沿的出现时刻t₄； 

（3）下一个边沿出现的时刻为t_x，当前边沿的时间间隔为Δt₃’=t_x-t₃，若Δt₃’≠Δt₃，说明t₄≠t_x，这个边沿提前出现，则可判断该位置传感器发生故障，也就是低电平故障或是高电平故障，不可避免的，理论推算和实际测试存在一定的偏差，令Δt₃’与Δt₃的误差为ξ，则： 

$\mathrm{\&xi;}=\frac{|\mathrm{\&Delta;t}3\&prime;-\mathrm{\&Delta;t}3|}{\mathrm{\&Delta;t}3}\&times;100\%$

若误差ξ<=5%，则可认为这个边沿出现的时刻是正确的，即没有发生故障；若误差ξ>5%，则可认为这个边沿出现时刻不正确，即边沿提前出现，因此可以诊断出传感器故障。 

（4）对于边沿消失故障，下一个边沿不出现，检测不到t_x理论推算下一个边沿出现的时刻为t₄=t₃+Δt₃，这个时刻后电平将发生改变，将误差考虑在内，t₄’=(1+5%)·Δt₃+t₃，若t₄’时位置信号电平仍不改变，则说明未出现边沿，因此可以诊断出传感器故障。 

以下均以12/8结构开关磁阻电机为例进行说明。 

12/8结构开关磁阻电机中三个位置传感器依次相隔60°安装，，如图1所示的三相开关磁阻电机的传感器1、传感器2、传感器3，由此得到如图2所示的12/8结构电机位置传感器信号与相电感之间的关系。从图2中看出，三个位置传感器信号波形一致，均为周期性变化的方波，只是各个信号有120°的相位差，因此下面结合附图将针对其中一路位置传感器的故障对本方面的技术方案进行详细说明。 

对于某一路位置传感器信号，实时检测边沿出现的时刻，计算出相邻两个边沿间隔的时间。由于这个间隔时间很短，因此可以假设在连续四个边沿之间电机加速度恒定； 

如图3所示,选取t₁、t₂、t₃、t₄分别为4个边沿时刻，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应为这为4个边沿时刻的瞬时角速度，θ为连续两个边沿间转子转过的角度。因为位置传感器的齿盘是齿槽分别为22.5°间隔形式的，因此连续两个边沿间转子转过的角度θ固定为22.5°。 

假设位置信号周期内的电机角加速度是恒定的，令为α。若电机加速运动，α>0，同时连续两个边沿之间的间隔时间将缩短，即t₂-t₁>t₃-t₂>t₄-t₃；若电机减速运动，α<0，同时连续两个边沿之间的间隔时间将延长，即t₂-t₁<t₃-t₂<t₄-t₃；若电机匀速运动，则α=0，同时连续连个边沿之间的间隔时间不变，即t₂-t₁=t₃-t₂=t₄-t₃。实际操作中，DSP能够较为准确测量的为各个边沿出现的时刻，因此，连续两个边沿之间的间隔也能准确的计算出来。令Δt₁=t₂-t₁，Δt₂=t₃-t₂，Δt₃=t₄-t₃，则若加速度恒定，则连续通过三个相同角度所需的时间Δt₁、Δt₂和Δt₃存在一定的关系。下面通过理论来推导这个关系。 

利用当前边沿与前一个边沿的间隔时间和前一个边沿与前第二个边沿的间隔时间计算出下一个边沿与当前边沿的间隔时间。并根据当前边沿时刻，预测出下一个边沿的出现时刻； 

如图3(a)所示，令第一边沿与第二个边沿之间的平均角速度为ω_1av，第二个边沿与第三个边沿之间的平均角速度为ω_2av，第三个边沿与第四个边沿之间的平均角速度为ω_3av，则平均角速度等于角度除以通过这段角度的时间，即： 

${\mathrm{\&omega;}}_{1\mathrm{av}}=\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_1}---\left(1\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{2\mathrm{av}}=\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_2}---\left(2\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{3\mathrm{av}}=\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_3}---\left(3\right)$

当角加速度恒定时，平均角速度等于初速度和末速度的平均值，即： 

${\mathrm{\&omega;}}_{1\mathrm{av}}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_1+{\mathrm{\&omega;}}_2}{2}---\left(4\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{2\mathrm{av}}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_2+{\mathrm{\&omega;}}_3}{2}---\left(5\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{3\mathrm{av}}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_3+{\mathrm{\&omega;}}_4}{2}---\left(6\right)$

综合上面六个式子，可得(2)-(1)=(5)-(4)，(3)-(2)=(6)-(5)，即： 

${\mathrm{\&omega;}}_{2\mathrm{av}}-{\mathrm{\&omega;}}_{1\mathrm{av}}=\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_2}-\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_1}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_3-{\mathrm{\&omega;}}_1}{2}---\left(7\right)$

${\mathrm{\&omega;}}_{3\mathrm{av}}-{\mathrm{\&omega;}}_{2\mathrm{av}}=\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_3}-\frac{S}{\mathrm{\&Delta;}{t}_2}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_4-{\mathrm{\&omega;}}_2}{2}---\left(8\right)$

在恒加速运动中，角速度ω₁、ω₃与时间和角加速度的关系为： 

ω₃-ω₁＝a(Δt₁+Δt₂)（9） 

角速度ω2、ω4与时间和角加速度的关系为： 

ω₄-ω₂＝a(Δt₂+Δt₃)（10） 

将(9)代入(7)中，(10)代入(8)中，消除各个时刻的角速度ω₁、ω₂、ω₃、ω₄,得： 

$\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}2}-\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}1}=\frac{a(\mathrm{\&Delta;t}1+\mathrm{\&Delta;t}2)}{2}---\left(11\right)$

$\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}3}-\frac{S}{\mathrm{\&Delta;t}2}=\frac{a(\mathrm{\&Delta;t}2+\mathrm{\&Delta;t}3)}{2}---\left(12\right)$

虽然θ是固定的22.5°，但是角加速度α在不同的运行阶段是不一样的，甚至在宏观上是看实时变化的。因此，需要将角加速度α消去。当角加速度α≠0时，式(11)除以式(12)，得到： 

$\frac{(\mathrm{\&Delta;}{t}_1-\mathrm{\&Delta;}{t}_2)\mathrm{\&Delta;}{t}_3}{({\mathrm{\&Delta;t}}_2-\mathrm{\&Delta;}{t}_3)\mathrm{\&Delta;}{t}_1}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{t}_1+\mathrm{\&Delta;}{t}_2}{\mathrm{\&Delta;}{t}_2+\mathrm{\&Delta;}{t}_3}---\left(13\right)$

由上式可以看出，Δt₁、Δt₂和Δt₃间的确存在着一个递推关系，即若已知了 Δt₁和Δt₂，就可以计算出Δt₃。为求出Δt₃，对式(13)变形即可得到以Δt₃为未知量，Δt₁和Δt₂为已知量的一元二次方程： 

(Δt₁-Δt₂)·Δt₃ ²+(2Δt₁·Δt₂+Δt₁ ²-Δt₂ ²)·Δt₃-Δt₁ ²·Δt₂-Δt₁·Δt₂ ²＝0    (14） 

解这个一元二次方程中的未知量Δt₃得： 

${\mathrm{\&Delta;t}}_3=\frac{1}{2({\mathrm{\&Delta;t}}_1-{\mathrm{\&Delta;t}}_2)}\&CenterDot;[-({2\mathrm{\&Delta;t}}_1\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;t}}_2+{{\mathrm{\&Delta;t}}_2}^2-{{\mathrm{\&Delta;t}}_2}^2)+\sqrt{{({2\mathrm{\&Delta;t}}_1\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;t}}_2+{{\mathrm{\&Delta;t}}_1}^2-{{\mathrm{\&Delta;t}}_2}^2)}^2-4\&CenterDot;({\mathrm{\&Delta;t}}_1-{\mathrm{\&Delta;t}}_2)\&CenterDot;({{-\mathrm{\&Delta;t}}_1}^2\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;t}}_2-{\mathrm{\&Delta;t}}_1\&CenterDot;{{\mathrm{\&Delta;t}}_2}^2)}]---\left(15\right)$

当第二个边沿出现时，可以得到Δt₁，当第三个边沿出现时，可以得到Δt₂，这时若Δt₁≠Δt₂，则说明加速度α≠0，可以根据Δt₁和Δt₂，利用公式(15)计算出第四个边沿与第三个边沿之间的时间间隔Δt₃。若Δt₁=Δt₂，则角加速度α=0，这时Δt₃=Δt₁=Δt₂，同样也可以得到Δt₃。 

若以当前边沿为第三个边沿，记录当前边沿以及前两个边沿时刻，就能够利用上述方法预测出下一个边沿即第四个边沿应该出现的时刻，即图3中t₄。 

当下一个边沿出现的时刻与预测的时刻偏差较大，或者在预测时刻之后的一小段时间下一个边沿还未出现，则可判断该位置传感器发生故障； 

根据位置传感器的故障后电平的高低，将传感器的故障分为两种，即高电平故障（位置信号保持为高电平）和低电平故障（位置信号保持为低电平），而在不同的时刻发生（在低电平段发生还是在高电平段发生）高电平故障或低电平故障会产生不同的影响。 

根据故障发生的时刻不同，低电平故障和高电平故障发生后的位置信号有如下两种：1、若故障后电平与故障前的电平不一致，将产生错误边沿。2、若故障后的电平与故障前的电平一致，那么本该出现的边沿消失。因此，只需检测位置信号的边沿是否正常，即是否提前出现或在正常出现时刻消失，就可诊断两种故障。 

令下一边沿实际出现时刻为t_x，与当前边沿的时间间隔为Δt₃’=t_x-t₃，则理论上若Δt₃’≠Δt₃，说明t₄≠t_x，这个边沿提前出现，如图4所示的第一种低电平故障和图6所示的第一种高电平故障。考虑实际情况，令Δt₃’与Δt₃的误差为ξ，则： 

$\mathrm{\&xi;}=\frac{|\mathrm{\&Delta;}{t3}^{\&prime;}-\mathrm{\&Delta;t}3|}{\mathrm{\&Delta;t}3}\&times;100\%---\left(16\right)$

若误差ξ<=5%，则可认为这个边沿出现的时刻时正确的，即没有发生故障；若误差ξ>5%，则可认为这个边沿出现时刻不正确，即边沿提前出现，因此可以诊断出传感器故障。 

若发生了如图5所示的第二种低电平故障和如图7的第二种低电平故障，即边沿消失故障，此时由于没有下一个边沿出现，因此检测不到t_x。理论上下一个边沿出现的时刻为t₃+Δt₃，这个时刻后电平将发生改变。考虑到实际存在一定的误差，令t₄’=(1+5%)·Δt₃+t₃，若t₄’时位置信号电平仍不改变，则说明未出现边沿，因此可以诊断出传感器故障。 

上述诊断过程的流程图如图12所示。 

由上面的分析可以看出，当发生边沿提前到来的故障时（第一种低电平故障和第一种高电平故障），在故障边沿到来时中断程序里就可以诊断出故障，然后立即改变控制策略，避免了转子角度将被错误的定位，使得本该处于非导通区间的某一相可能被导通，对电机运行造成很大影响。当发生边沿消失的故障时（第二种低电平故障和第二种高电平故障），在本该出现的正常边沿时刻，立刻检测出故障，改变控制策略，不会对转速计算产生影响，从而不会影响到电机的运行。因此该方法能够在故障边沿瞬间诊断出故障，快速性很好。同时，当电机运行在加减速频繁的情况下，仍然具有较高的可靠性和动态性能。并且，由于对于每个位置信号的分析都是单独进行的，不需要综合利用三路位置信号，因此，本方法具有很强的独立性和可移植性。 

若三个位置传感器都正常时，根据转子实际装配位置，利用三个位置传感器计算出转速以及转子实际角度；某个传感器故障后，利用另外两相正常的传感器计算出转速以及转子实际角度，去除故障传感器信号的不良影响；若两个位置传感器故障，则利用剩下一个正常的位置信号计算转速及转子实际角度； 

若以A相位置传感器信号为基准，即令A相传感器信号上升沿为0°，下降沿为22.5°，则周期为45°。由于三相位置传感器安装的对称性，使得B相位置信号上升沿对应7.5度，下降沿对应30°，C相位置信号上升沿对应15°，下降沿对应37.5°。实际运行中即可通过每相的上升沿或下降沿对角度（共六个）进行定位，并取三相信号周期的平均值来计算转速。通过转速就能计算出实时角度，再根据每相导通角度，确定每相导通区间。若一相位置传感器发生故障时， 转速可以由剩下两个正常相的周期平均值来计算；若两相位置传感器发生故障，转速可以由剩下一个正常相的周期来计算，从而实现对转速计算的容错。故障位置传感器不再产生跳变沿，无法对其中某些角度进行定位，但是通过转速计算的角度仍在误差范围内，因此，对系统不会有影响，实现了一相和两相位置传感器故障的容错控制。 

若某相位置传感器故障，则边沿消失，但仍然对边沿进行实时监测，如果出现了边沿，则比较该边沿的出现时刻与预测时刻。若偏差较小，则判断故障位置传感器恢复正常，同时恢复故障前的转速和角度计算算法； 

根据之前的故障类型，也可以将故障恢复分成两种，即低电平故障恢复（如图10和图11所示，电平一直为低到恢复正常）和高电平故障恢复（如图8和图9所示，电平一直为高到恢复正常）。由于在不同的时刻恢复故障可能会产生不正常的跳变沿，为了防止这个错误的跳变沿将转子角度错误地定位，同时对转速计算产生影响，此时要延时一段时间才能更改故障状态，恢复到原来的控制算法。 

如图8所示，位置信号原来发生了高电平故障，但是在信号本该为低电平的时间内，传感器恢复正常，电平由高变低，产生了一个错误的下降沿。图10中位置信号故障恢复时也产生了一个错误边沿。由于此时仍然认为位置传感器时故障的，因此不会将角度错误定位，也不会影响转速的计算。若以这个错误边沿为第一个边沿，令其时刻为t₁，第二个边沿时刻为t₂，第三个沿时刻为t₃，则根据这三个边沿出现的时刻预测出下一个边沿时刻为t₄。由于第一个边沿到第二个边沿之间的距离θ₀≠θ，因此实际下一个边沿时刻t_x与t₄误差很大，认为仍然是故障状态。但若考虑出现时刻分别为t₂、t₃和t₄的边沿，预测的下一个边沿时刻t₅与实际下一个边沿时刻t_x’基本相同，即可以认为故障已经恢复，可以将容错算法更改为原来的控制算法。因此，若故障恢复时产生了错误的边沿，则在这个错误边沿后第五个边沿出现时诊断出故障恢复正常，开始定位角度，恢复原来的控制算法。 

如图9所示，若高电平故障恢复在高电平区间内，则恢复时刻不会产生错误的下降沿，而是在正常的下降沿时刻出现正确的下降沿。图11中位置信号故障恢复时出现的第一个边沿也是正确的。以该边沿为第一个边沿考虑连续三个边沿，预测的下一个边沿出现的时刻t₄与实际出现时刻t_x基本相同，即可认为故障 已经恢复。因此，若故障恢复时不产生错误边沿，则在第一个边沿后第四个边沿出现时诊断出故障恢复正常，开始定位角度，恢复原来的控制算法。 

因此，本方法能够诊断出故障恢复正常的情况，虽然会延时一两个周期，但是能够保证位置信号的正确性，即即使位置信号有了高低电平的变化，但是如果边沿不是在正常时刻到来，也不会诊断其为正常的，故具有较高的可靠性。 

综上所述，本发明的开关磁阻电机位置传感器故障诊断方法同时适合于现有的容错控制算法，能够适用于电机运行的各种状态（匀速，加速，减速），能够在故障发生瞬间诊断出故障而对电机运行没有任何影响，能够独立对各路位置信号进行诊断，能够在故障信号完全恢复正常后诊断出信号正常。因此，具有较宽的使用范围，良好的快速性，良好的独立性和较高的可靠性，具有重要意义。 

Claims (2)

1.一种开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）对于电机的某一路位置传感器信号，采用DSP实时检测三个连续边沿出现的时刻t₁、t₂、t₃，计算出相邻两个边沿间隔的时间Δt₁=t₂-t₁，Δt₂=t₃-t₂；

（2）比较Δt₁和Δt₂的关系，并根据以下两种情况预测边沿时刻t₃与下一个边沿时刻t₄的差值Δt₃：

a.Δt₁=Δt₂时，角加速度α=0，得到Δt₃=Δt₁=Δt₂；

b.Δt₁≠Δt₂时，角加速度α≠0，根据以下公式计算Δt₃：

$\mathrm{\&Delta;t}3=\frac{-(2\mathrm{\&Delta;t}1\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}2+{\mathrm{\&Delta;t}1}^2-{\mathrm{\&Delta;t}2}^2)+\sqrt{{(2\mathrm{\&Delta;t}1\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}2+{\mathrm{\&Delta;t}1}^2-{\mathrm{\&Delta;t}2}^2)}^2-4\&CenterDot;(\mathrm{\&Delta;t}1-\mathrm{\&Delta;t}2)\&CenterDot;(-{\mathrm{\&Delta;t}1}^2\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;t}2-\mathrm{\&Delta;t}1\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;t}2}^2)}}{2(\mathrm{\&Delta;t}1-\mathrm{\&Delta;t}2)}$

根据Δt₃=t₄-t₃，计算出下一个边沿出现的预测时刻t₄；

（3）检测下一个边沿出现的实际时刻t_x，若在预定时间内下一个边沿不出现，则判断该位置传感器故障，诊断方法结束；如果检测到下一个边沿出现的实际时刻t_x，计算边沿时刻t₃与下一个边沿出现的实际时刻t_x的实际差值Δt₃’=t_x-t₃，令Δt₃’与Δt₃的误差为ξ，则：

$\mathrm{\&xi;}=\frac{|{\mathrm{\&Delta;t}3}^{\&prime;}-\mathrm{\&Delta;t}3|}{\mathrm{\&Delta;t}3}\&times;100\%$

若误差ξ<=5%，则判断该下一个边沿出现的时刻是正确的，即没有发生故障；

若误差ξ>5%，则判断该下一个边沿出现时刻不正确，即边沿提前出现，判断该位置传感器故障。

2.如权利要求1所述的开关磁阻电机位置传感器的带有容错控制的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述预定时间为一个周期的时间。

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