CN117879438A - 永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质 - Google Patents
永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质。包括：获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的有效霍尔区间；分别通过估算法和状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息、第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息；利用可变权值参数调节器对上述估算转子信息进行加权处理，得到对应的加权估算结果；依据加权估算结对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。本申请解决了相关控制技术无法利用离散霍尔信号对永磁同步电机进行容错控制的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质。
背景技术
在电力与电子科学技术高速发展的当今社会，对现代控制理论的实际运用日益深入，驱动电机作为无人机、天线自动控制系统等产品的核心动力单元，与其整体产品的性能有着密不可分的关系。其中，在驱动电机的发展历史过程中，随着永磁材料的发展，永磁同步电机凭借其能效比高、易于控制等优点，逐步成为各类智能产品驱动电机的首选。
目前，在交流电机伺服控制系统的控制算法中，获取永磁同步电机的转子位置信息和速度信息作为闭环控制系统不可或缺的一环，采用高精度位置传感器可保障电机有较好的控制效果。但使用高精度位置传感器无疑会使研发与生产成本增加，且在各类使用场景中，生产厂商也多采用多极对PMSM(Permanent-magnet Synchronous Motor，永磁同步电机)作为多种产品的驱动电机，且使用高精度位置传感器也造成了不必要的资源浪费。而采用无传感器的控制策略，对永磁同步电机在零速状态下的安全启动提出了较高的控制要求。即使可以通过脉冲高频注入等算法在电机零低速运行的过程估算转子信息，达到矢量控制启动的目的，但由于注入电流、电压的高频率信号将加大系统的振荡、损耗，而这种方法本身也对控制器的计算能力提供了较高的需求。为此，低分辨率位置传感器如开关型霍尔位置传感器凭借其价格低廉、响应迅速、可满足矢量控制要求等优点，使得其常被应用于永磁同步电机矢量控制中。但是在日常使用中，安装于电机转子轴末端或外转子壳体的霍尔位置传感器，在大批量组装阶段，难免会产生较大的公差，恶劣的使用工况与各类碰撞也会造成传感器线路或结构损坏。
以上多种场景中出现的霍尔位置传感器故障，会导致其输出的信号发生异常，继而无法继续反馈电机转子的位置信息与速度信息，导致永磁同步电机的控制系统无法正常工作，影响驱动电机的稳定性。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质，以至少解决相关控制技术无法利用离散霍尔信号对永磁同步电机进行容错控制的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种永磁同步电机容错控制方法，包括：获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个霍尔位置传感器在电机转子周围对称安装，根据各个霍尔位置传感器输出的霍尔信号将电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；依据加权电机转子位置信息和加权角速度信息对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
可选地，依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，包括：对于每个霍尔位置传感器，依据霍尔位置传感器在各个霍尔区间上的边沿信号的信号周期长度，确定霍尔位置传感器的故障情况；依据各个霍尔位置传感器的故障情况，确定目标霍尔位置传感器的故障类型，其中，故障类型包括：单相霍尔位置传感器故障、双相霍尔位置传感器故障。
可选地，依据霍尔位置传感器在各个霍尔区间上的边沿信号的信号周期长度，确定霍尔位置传感器的故障情况，包括：判断是否可以获取霍尔位置传感器在第一霍尔区间上的第一边沿信号，其中，第一霍尔区间为六个霍尔区间中的任意一个霍尔区间；在无法获取第一边沿信号的情况下，再次获取与第一霍尔区间相邻的第二霍尔区间上的第二边沿信号，以及与第二霍尔区间相邻的第三霍尔区间上的第三边沿信号，并分别确定获取第二边沿信号的第一信号周期长度和获取第三边沿信号的第二信号周期长度；在第一信号周期长度远大于第二信号周期长度的情况下，确定霍尔位置传感器发生故障。
可选地，目标霍尔位置传感器包括：第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器、第三霍尔位置传感器，其中，依据各个霍尔位置传感器的故障情况，确定目标霍尔位置传感器的故障类型，包括：获取预设的霍尔故障标志位，并判断霍尔故障标志位的有效值，其中，霍尔故障标志位的初始值为0，且在第一霍尔位置传感器发生故障时，霍尔故障标志位的有效值等于初始值加一；在第二霍尔位置传感器发生故障时，霍尔故障标志位的有效值等于初始值加二；在第三霍尔位置传感器发生故障时，霍尔故障标志位的有效值等于初始值加四；依据霍尔故障标志位的有效值，确定目标霍尔位置传感器的故障类型，其中，在有效值为1、2、4的情况下，确定目标霍尔位置传感器的故障类型为单相霍尔位置传感器故障；在有效值为3、5、6的情况下，确定目标霍尔位置传感器的故障类型为双相霍尔位置传感器故障。
可选地，依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，包括：在故障类型为单相霍尔位置传感器故障时，确定霍尔位置传感器有四个有效霍尔区间；在故障类型为双相霍尔位置传感器故障时，确定霍尔位置传感器有两个有效霍尔区间。
可选地，通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，包括：
通过如下公式电机转子在当前有效霍尔区间的第一起始时刻下的第一电机转子位置信息：
其中，i表示当前有效霍尔区间的序号，t表示当前有效霍尔区间内的任意时刻，θk表示第k个单相方向相反的有效霍尔区间内电机转子的第一电机转子位置信息，τ表示在当前有效霍尔区间内的电机转子旋转的时间；
获取电机转子在当前有效霍尔区间的第一起始时刻以及当前有效霍尔区间相邻的前一霍尔区间的第二起始时刻，并基于第一起始时刻、第二起始时刻，通过如下公式计算前一霍尔区间的第二角速度：
其中，tk表示的第一起始时刻，tk-1表示前一霍尔区间的第二起始时刻，ω(tk-1)表示第二角速度；
获取电机转子在当前有效霍尔区间的第一角速度，并基于第一起始时刻、第二起始时刻、第一角速度和第二角速度，通过如下公式确定当前有效霍尔区间的第一加速度：
其中，表示当前有效霍尔区间的第一加速度，ω(tk)表示第一角速度；
基于第一角速度、第一加速度、第一起始时刻、第一电机转子位置信息，通过如下公式计算第一起始时刻下的第三电机转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，其表达式可以写作：
其中，ω(t)表示第一转子角速度估算信息，θ(t)表示第三电机转子位置估算信息；
获取电机转子在前一霍尔区间的第二电机转子位置信息以及当前有效霍尔区间的预设电机转子位置信息，并依据第三电机转子位置和预设电机转子位置信息确定估算差值，依据估算差值、第二电机转子位置、第二角速度、第一起始时刻、前一霍尔区间的第二加速度、当前有效霍尔区间的第三信号周期长度，通过如下公式计算第一电机转子位置估算信息：
其中，Δθ表示估算差值，θk-1表示第二电机转子位置信息，ωk-1表示第二角速度，表示第二加速度，Tk表示第三信号周期长度，/>表示第一电机转子位置估算信息。
可选地，状态观测器包括以下至少之一：龙伯格观测器、模型自适应观测器、卡尔曼滤波。
可选地，利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息，包括：
将第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息和第二转子角速度估算信息作为可变权值参数调节器的输入参数，并通过如下公式计算加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息：
其中，表示第一转子位置估算信息、/>表示第二转子位置估算信息、/>表示加权电机转子位置信息、/>表示第一转子角速度估算信息、/>表示第二转子角速度估算信息、/>表示加权转子角速度信息、λ表示加权参数，且根据加权角速度信息将加权参数分为三部分，其对应的权值分段函数的表达式如下：
其中，表示转子速度，ωmin表示永磁同步电机所提供的反电势驱动观测器工作的最小电机转子速度，ωn表示永磁同步电机的额定电机转子速度。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种永磁同步电机容错控制装置，包括：获取模块，用于获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；确定模块，用于依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个霍尔位置传感器在电机转子周围对称安装，根据各个霍尔位置传感器输出的霍尔信号将电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；估算模块，用于通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；加权处理模块，用于利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；控制模块，用于依据加权电机转子位置信息和加权角速度信息对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质包括存储的计算机程序，其中，非易失性存储介质所在设备通过运行该计算机程序执行上述的永磁同步电机容错控制方法。
在本申请实施例中，获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个霍尔位置传感器在电机转子周围对称安装，根据各个霍尔位置传感器输出的霍尔信号将电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；依据加权电机转子位置信息和加权角速度信息对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
在上述技术方案中，通过引入估算法和状态观测器分别对有效霍尔区间内的转子位置信息和转子角速度信息进行估算，将两种估算方法所得的估算结果进行加权，所的加权估算结果对永磁同步电机进行容错控制，实现平滑的估算过渡，减少直接切换对电机矢量控制造成的影响，进而解决了相关控制技术无法利用离散霍尔信号对永磁同步电机进行容错控制技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种用于实现永磁同步电机容错控制方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是根据本申请实施例的一种可选的永磁同步电机容错控制方法的流程示意图；
图3是根据本申请实施例的一种可选的目标霍尔位置传感器的安装示意图；
图4是根据本申请实施例一种可选的霍尔信号组合的状态值示意图；
图5是根据本申请实施例的一种可选的无故障状态下霍尔位置传感器输出的边沿信号示意图；
图6是根据本申请实施例的一种可选的A相霍尔位置传感器故障状态下的霍尔信号周期示意图；
图7是根据本申请实施例的一种可选的故障类型检测的流程示意图；
图8是根据本申请实施例的一种可选的A相霍尔位置传感器故障下的边沿信号示意图；
图9是根据本申请实施例的一种可选的A、B双相霍尔位置传感器故障下的边沿信号示意图；
图10是根据本申请实施例的一种可选的霍尔区间的示意图；
图11是根据本申请实施例的一种可选的第一电机转子位置估算信息的误差校正示意图；
图12是根据本申请实施例的一种可选的龙伯格观测器的原理示意图；
图13是根据本申请实施例的一种可选的锁相环的原理示意图；
图14是根据本申请实施例的一种可选的可变权值参数调节器的原理示意图；
图15是根据本申请实施例的一种可选的加权值分段函数的示意图；
图16是根据本申请实施例的一种可选的永磁同步电机容错控制系统的架构示意图；
图17是根据本申请实施例的一种可选的永磁同步电机容错控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
另外，本申请所涉及的相关信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。例如，本系统和相关用户或机构间设置有接口，在获取相关信息之前，需要通过接口向前述的用户或机构发送获取请求，并在接收到前述的用户或机构反馈的同意信息后，获取相关信息。
实施例1
根据本申请实施例，提供了一种永磁同步电机容错控制方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请实施例所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于实现永磁同步电机容错控制方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10可以包括一个或多个(图中采用102a、102b，……，102n来示出)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输装置106。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口(可以作为BUS总线的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
应当注意到的是上述一个或多个处理器102和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10中的其他元件中的任意一个内。如本申请实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的永磁同步电机容错控制方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的应用程序的永磁同步电机容错控制方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(LCD)，该液晶显示器可使得用户能够与计算机终端10的用户界面进行交互。
在上述运行环境下，图2是根据本申请实施例的一种可选的永磁同步电机容错控制方法的流程示意图，如图2所示，该方法至少包括步骤S201-S205，其中：
步骤S201，获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号。
在步骤S201提供的技术方案中，在电机运行过程中，在故障时间段内获取目标霍尔位置传感器检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号。
步骤S202，依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间。
在步骤S202提供的技术方案中，具体地，图3是根据本申请实施例的一种可选的目标霍尔位置传感器的安装示意图，如图3所示，以极对数为4的永磁同步电机为例，三个开关型霍尔位置传感器Halla、Hallb和Hallc以三相绕组的磁动势轴线为基准呈中心对称分布(即呈120°分布式安装)，其输出的霍尔信号hA、hB和hC为三相电角度相位差2π/3、周期为π的单极性方波。另外，图4是根据本申请实施例一种可选的霍尔信号组合的状态值示意图，如图4所示，EA、EB、EC分别表示图3中Halla、Hallb和Hallc三个开关型霍尔位置传感器各自的相反电动势，ωe表示电机转子的电角速度。通过图4可知，这些离散的霍尔信号hA、hB、hC共有6种组合输出状态，分别为(0,0,1)、(0,1,0)、(0,1,1)、(1,0,0)、(1,0,1)、(1,1,0)。在各个霍尔位置传感器无安装位置误差的理想状态下，该6种组合输出状态可以将一个2π的电角度周期均分为6个π/3电角度的霍尔区间。为了简化后续分析，可以将此6种组合状态的表现形式转换为区间编码，并通过sV、sIV、sVI、sII、sIII与sI进行表示。
进而，在霍尔位置传感器正常输出的情况下，可以得出霍尔信号与转子旋转电角度之间的关系表，从而可以根据该霍尔信号确定转子当前所在的霍尔区间，如表1所示。
表1
图5是根据本申请实施例的一种可选的无故障状态下霍尔位置传感器输出边沿信号的示意图，如图5所示，针对霍尔信号周期内的六个霍尔区间内的上升沿跳变信号和下降沿跳变信号均进行编码，得到E1、E2、E3、E4、E5与E6，因此本申请实施例中所说的有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间。另外，由图5可以看出，本申请实施例中通过对边沿信号进行编码，可以直接通过有效边沿信号判断目标霍尔传感器的故障类型。例如，当电机转子从电角度θ0位置旋转至π/3时，结合上述表1可以看出，电机转子转过了编码为sV的霍尔区间，触发了两次霍尔位置传感器的电平跳变(即上升沿跳变信号E1和下降沿跳变信号E2)，且两次跳变间的时间间隔为TV。
作为一种可选的实施方式，在上述步骤S202提供的技术方案中，该方法可以包括：
步骤S2021，对于每个霍尔位置传感器，依据霍尔位置传感器在各个霍尔区间上的边沿信号的信号周期长度，确定霍尔位置传感器的故障情况。
这是因为，由于永磁同步电机的机电时间常数远大于其电磁时间常数，故当电机处于恒定转速或者进行缓慢变加速度运动时，在一个霍尔区间(又称电角度区间)内，电机所表现出的转速变化很小，因此，电机运行在中低转速下时或多极对电机运行在额定转速下时，可认为相邻的两个霍尔区间的速度变化也很小。因此，在一个霍尔信号周期内，存在TI至TVI近似相等的情况。因此，可以通过一路霍尔信号周期的长度来判断该路的故障情况。
可选地，上述步骤S2022所提供的技术方案中，该方法还可以包括：
第一步：判断是否可以获取霍尔位置传感器在第一霍尔区间上的第一边沿信号，其中，第一霍尔区间为六个霍尔区间中的任意一个霍尔区间；
第二步：在无法获取第一边沿信号的情况下，再次获取与第一霍尔区间相邻的第二霍尔区间上的第二边沿信号，以及与第二霍尔区间相邻的第三霍尔区间上的第三边沿信号，并分别确定获取第二边沿信号的第一信号周期长度和获取第三边沿信号的第二信号周期长度；
第三步：在第一信号周期长度远大于第二信号周期长度的情况下，确定霍尔位置传感器发生故障。
例如，图6是根据本申请实施例的一种可选的A相霍尔位置传感器故障状态下的霍尔信号周期示意图，如图6所示。在A相霍尔位置传感器故障时，结合图5可知，若其无法捕获边沿信号E1时，可以再次捕获下一个间隔时间最短的边沿信号如E2，并开始使用控制器芯片时钟对计时，再次捕获边沿信号E2时停止对T1计时，此时若T1计时时间远大于T2(即再次捕获与边沿信号E2相邻的间隔时间最短的边沿信号E3的时长)，对于该情况可认为霍尔区间T1发生了缺失，故可以判断A相T1霍尔位置传感器发生了故障。
步骤S2022，依据各个霍尔位置传感器的故障情况，确定目标霍尔位置传感器的故障类型。
由于开关型霍尔传感器采用的结构为非门电路或差分运放电路，因此，霍尔元件的故障类型可分为霍尔信号持续处于高电平状态和持续处于低电平状态两种类型。根据霍尔位置传感器故障的数量进行分类，可将霍尔信号故障分为两个大类：单相霍尔位置传感器故障、双相霍尔位置传感器故障。
因此，在电机运转过程中，在霍尔位置传感器输出信号故障时，可以通过如下流程图确定对应的故障类型：
第一步：获取预设的霍尔故障标志位，并判断霍尔故障标志位的有效值，其中，霍尔故障标志位的初始值为0，且在第一霍尔位置传感器发生故障时，霍尔故障标志位的有效值等于初始值加一；在第二霍尔位置传感器发生故障时，霍尔故障标志位的有效值等于初始值加二；在第三霍尔位置传感器发生故障时，霍尔故障标志位的有效值等于初始值加四；
第二步：依据霍尔故障标志位的有效值，确定目标霍尔位置传感器的故障类型，其中，
在有效值为1、2、4的情况下，确定目标霍尔位置传感器的故障类型为单相霍尔位置传感器故障；
在有效值为3、5、6的情况下，确定目标霍尔位置传感器的故障类型为双相霍尔位置传感器故障。
具体地，上述实施例可以理解为，在确定故障类型时，首先设定一个霍尔故障标志位R，并对霍尔故障标志位R清零，其中，当A相霍尔位置传感器发生故障时，R加1；当B相霍尔位置传感器发生故障时，对R加2；当C相霍尔位置传感器发生故障时，对R加4。然后，通过筛选R值的8种类型实现对目标霍尔位置传感器的故障类型的分类操作。其中，当R＝0时，无霍尔故障发生，当R＝7时，三相霍尔传感器全部损坏；当R＝1、2、4时，发生单相霍尔位置传感器故障，当R＝3、5、6时，发生双相霍尔位置传感器故障，其中，上述判断流程如图7所示。
进一步地，可以根据上述所确定目标霍尔位置传感器的故障类型，按照如下方法确定每种故障类型所对应的有效霍尔区间：
在故障类型为单相霍尔位置传感器故障时，确定霍尔位置传感器有四个有效霍尔区间；
在故障类型为双相霍尔位置传感器故障时，确定霍尔位置传感器有两个有效霍尔区间。
接下来，通过图8所示的A相霍尔位置传感器故障下的边沿信号示意图和图9所示的A、B双相霍尔位置传感器故障下的边沿信号示意图对上述不同故障类型对应的有效霍尔区间的确定方法进行说明。
如图8所示，A相霍尔位置传感器故障时，其边沿信号E1和边沿信号E4缺失，有效边沿信号为E2、E3、E5与E6。故在该相霍尔位置传感器发生单相霍尔位置传感器故障时，存在长度为2π/3的霍尔区间内无边沿信号发生。另外，如图9所示，在A、B相霍尔位置传感器同时发生故障时，其边沿信号E1、E3、E4与E6均缺失，有效边沿信号为E2、E5。故在该A、B相霍尔位置传感器发生双相霍尔位置传感器故障时，存在长度为π的霍尔区间内无边沿信号发生。
因此，通过对不同工况下的单相霍尔位置传感器故障、双相霍尔位置传感器故障进行分析，可以总结得到如下表2所示的故障类型分类。
表2
具体地，在图6对单相霍尔位置传感器HA发生故障时，通过表2可知，由于霍尔区间T1、T4和对应的边沿信号E1、E4丢失。因此，这种情况下只能通过边沿信号E2、E3、E5、E6和对应的霍尔区间T2、T3、T5、T6对转子位置信息进行估算。且边沿信号每间隔π/3或2π/3发生一次跳变，用于角度校正。如在边沿信号E3与E5之间没有其他边沿信号，在这个2π/3区间范围内Ti总是等于T3，即在该范围内可以不使用缺失的霍尔区间T4对转子速度进行估算，也能实现对转子位置的实时估算。
同理，通过上述表2可知，在图7所示的双相霍尔位置传感器HA、HB发生故障时，由于霍尔区间T1、T3、T4、T6和对应的边沿信号E1、E3、E4、E6发生缺失，因此，这种情况下只能通过霍尔区间T2、T5和对应的边沿信号E2、E5对转子的实时位置进行估算，如在边沿信号E2与E5之间没有其他边沿信号，在这个2π/3区间范围内Ti总是等于T2。
因此，针对单相霍尔位置传感器故障，其所对应的有效霍尔区间有四个，其中，单相霍尔位置传感器HA故障时，采用T3代替T1、T6代替T4；单相霍尔位置传感器HB故障时，采用T2代替T3、T1代替T6；单相霍尔位置传感器HC故障时，采用T1代替T2、T6代替T5。而针对双相霍尔位置传感器故障，其所对应的有效霍尔区间有两个，其中，若双相霍尔位置传感器HA、HB发生故障时，其对应的有效霍尔区间为T2、T5；若双相霍尔位置传感器HA、HC发生故障时，其对应的有效霍尔区间为T3、T6；若双相霍尔位置传感器HB、HC发生故障时，其对应的有效霍尔区间为T1、T4。
步骤S203，通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息。
在步骤S203提供的技术方案中，图10是根据本申请实施例的一种可选的霍尔区间的示意图，如图10所示，使用三个连续的π/3的有效霍尔区间内的转子平均速度，即使用单相霍尔位置传感器输出信号中一对方向相反的霍尔区间内的平均速度，作为下一个相同区间内的转子平均速度，从而实现对转子实时位置的估算，其中，将该单相霍尔位置传感器的霍尔区间的周期定义为T1～T6，则电机转子在有效霍尔区间的起始时刻下的电机转子位置信息：
其中，i表示有效霍尔区间的序号，t表示有效霍尔区间内的任意时刻，θk表示第k个单相方向相反的霍尔区间内电机转子的电机转子位置信息(即边沿信号触发周期内电机转子的电角度位置)，τ表示在有效霍尔区间内的电机转子旋转的时间；
由于在电机处于较大转速变动工况下(如急加速或急减速)时，相邻的霍尔区间内的转子旋转速度存在较大差值，此时仍采用上述基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法(又称平均速度估算法)便会带来较大估算误差。而在误差累积的过程中，若不对估算位置进行校正，则电机转子位置将会发生失步，导致矢量控制无法继续进行。
因此，本申请实施例在此基础上通过引入电角速度的加速度值，便可以有效地规避在此类运转工况带来的估算误差。并当动态估算误差超过一定范围时，为防止转子位置变化不连续对电机性能造成较大影响，可以采用加速度线性校正法将计算得到的动态估算误差平均到相邻的霍尔区间内进行均匀校正，对原本突变的角速度值进行平滑处理，从而实现在一定程度上保证了电机的稳定运行。
作为一种可选的实施方式，在上述步骤S203提供的技术方案中，可以通过如下改进型转子速度估算法确定第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，包括：
第一步：通过如下公式电机转子在当前有效霍尔区间的第一起始时刻下的第一电机转子位置信息：
第二步：获取电机转子在当前有效霍尔区间的第一起始时刻以及当前有效霍尔区间相邻的前一霍尔区间的第二起始时刻，并基于第一起始时刻、第二起始时刻，通过如下公式计算前一霍尔区间的第二角速度：
其中，tk表示的第一起始时刻，tk-1表示前一霍尔区间的第二起始时刻，ω(tk-1)表示第二角速度；
第三步：获取电机转子在当前有效霍尔区间的第一角速度，并基于第一起始时刻、第二起始时刻、第一角速度和第二角速度，通过如下公式确定当前有效霍尔区间的第一加速度：
其中，表示当前有效霍尔区间的第一加速度，ω(tk)表示第一角速度；
第四步：基于第一角速度、第一加速度、第一起始时刻、第一电机转子位置信息，通过如下公式计算第一起始时刻下的第三电机转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，其表达式可以写作：
其中，ω(t)表示第一转子角速度估算信息，θ(t)表示第三电机转子位置估算信息；
第五步：获取电机转子在前一霍尔区间的第二电机转子位置信息以及当前有效霍尔区间的预设电机转子位置信息，并依据第三电机转子位置和预设电机转子位置信息确定估算差值，依据估算差值、第二电机转子位置、第二角速度、第一起始时刻、前一霍尔区间的第二加速度、当前有效霍尔区间的第三信号周期长度，通过如下公式计算第一电机转子位置估算信息：
其中，Δθ表示估算差值，θk-1表示第二电机转子位置信息，ωk-1表示第二角速度，atk-1表示第二加速度，Tk表示第三信号周期长度，表示第一电机转子位置估算信息。
其中，图11是根据本申请实施例的一种可选的第一电机转子位置估算信息的误差校正示意图，如图11所示，直接校正法和加速度线性校正法的位置估算误差校正结果对比可知，在第k个霍尔区间内，当第一电机转子位置估算信息大于预设电机转子位置信息(即理想位置)时，令Δθ＝θk+-θk；反之，则令Δθ＝θk-θk-。
可选地，上述采用的状态观测器包括以下至少之一：龙伯格观测器、模型自适应观测器、卡尔曼滤波。下面以龙伯格(Luenberger)观测器为例，对确定第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息的具体过程做如下说明。
具体地，图12是根据本申请实施例的一种可选的龙伯格观测器的原理示意图，如图12所示，采用龙伯格观测器对永磁同步电机进行观测时，满足如下方程：
其中，uα、uβ表示旋转坐标系下ud、uq经过反Park变换后，在静止坐标系α-β下的电压值；表示观测器估算电流；iα、iβ表示三相采样电流经过Clarke变换后静止坐标系α-β下的电流值；/>表示观测器估计反电动势值；ε1、ε2表示观测器误差反馈系数；Rs表示电机等效电阻值；Ls表示电机等效电感值；ωe表示转子旋转角速度。
为了简化系数矩阵的特征根计算，该状态观测器的数学模型可经引入采样时间系数Ts进行离散化处理，并得到如下式子：
另外，通过如图13所示的锁相环，根据估算反电动势以估计PMSM的转子位置信息与速度信息，进而再通过PI调节器重构，得出估算电机的转子角速度与转子位置/>/>
步骤S204，利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息。
在步骤S204提供的技术方案中，由于在霍尔位置传感器存在故障的情况下，无论是切换无速度传感器的状态观测器，还是采用改进型转子速度估算法，都存在一定使用缺陷，但通过将两种方法结合使用，则既可以提高在低转速区间内估算结果的准确度，又提高了在中高转速区间内估算结果的跟随度。
为此，本申请实施例提供了如图14所示的可变权值参数调节器，以将上述步骤S203所估算的第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，使得电机处于中低转速区间内，采用改进型转子速度估算法所估算的电机转子位置；在电机处于高转速区间内，采用基于状态观测器所估算的电机转子位置。
作为一种可选的实施方式，在上述步骤S204提供的技术方案中，该方法可以包括：
将第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息和第二转子角速度估算信息作为可变权值参数调节器的输入参数，并通过如下公式计算加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息：
其中，表示第一转子位置估算信息、/>表示第二转子位置估算信息、/>表示加权电机转子位置信息、/>表示第一转子角速度估算信息、/>表示第二转子角速度估算信息、/>表示加权转子角速度信息、λ表示加权参数。
若想要达到上述转子信息调节的策略目的，需要确定合理的关于加权参数λ的函数，使得在电机处于低转速区间运行时，确保低速运行时转子位置检测的准确性，且参数调节器的权值函数过渡区所对应的速度下限应该大于Luenberger观测器能够可靠工作的最小速度，上限值应确保控制器计算资源的合理利用。
如图15所示的加权值分段函数的示意图，将加权转子角速度信息的速度区间分为低转速区间、过渡区间和高转速区间。为保证容错自适应控制系统的可靠性，将加权参数λ的上限值设定为λmax＝1/2，下限值设定为λmin＝0。而控制速度过渡区间的上限和下限分别为ωmin与ωn/10，其中，ωn表示永磁同步电机的额定电机转子速度，ωmin表示永磁同步电机所提供的反电势驱动观测器工作的最小电机转子速度，其中，根据工程经验，一般取ωmin＝ωn/20。过渡区间的下限，即过渡区间与高速区间的临界转速一般取ω＝ωn/10，从而得到关于加权参数λ对应的权值分段函数，其表达式如下：
步骤S205，依据加权电机转子位置信息和加权角速度信息对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
在步骤S205提供的技术方案中，若发生霍尔位置传感器输出信号故障，可以通过加权估算结果(即加权电机转子位置信息和加权角速度信息)作为矢量控制速度外环和反Park变换的输入，进行容错控制。
具体地，图16是根据本申请实施例的一种可选的永磁同步电机容错控制系统的架构示意图，如图16所示，在该系统内应用本申请实施例所提供的上述永磁同步电机容错控制方法，相比于现有方案，本申请实施例存在如下技术优势：
(1)在结合平均速度算法与加速度线性校正法所得的改进型转子平均速度估算法中引入了计算边沿信号采样间隔周期的方法，针对不同的霍尔位置传感器的故障类型，在故障时刻通过替换上述缺失采样间隔周期的方法，实现对霍尔位置传感器发生故障时的容错控制，该方法相较于其他基于故障霍尔信号的转子速度估算法，在单相、双相霍尔位置传感器故障工况下统一性地采用同一套转子速度估算法，有效提供控制系统的鲁棒性，且在相同估算效果下，简化了容错控制系统的复杂度。此外，改进型转子平均速度估算法还引入了加速度线性法，实现了累计估算误差的平滑校正，可以有效降低因直接校正法带来的转矩突变，在一定程度上保证了电机的稳定运行。
(2)考虑到由于状态观测器法对电机对最小稳定工作转速有一定要求，且在PMSM运行在低速工况下时，产生的反电势较小，易受噪声干扰，采用状态测器法对电机转子位置与速度信息估算时会产生较大的误差，故一般在低速工况下，可采用改进型转子速度估算法对故障时刻的电机转子位置与速度信息进行估算。但在高速故障工况下，基于霍尔位置传感器输出信号的改进型转子速度估算法是需要进行估算校正的，且当电机在中高转速区间内进行加减速的情况下，采用该方法会出现较大的估算误差。此时采用基于电压电流采样的状态观测器法可实现对电机转子位置与速度信息的精确估算。故本申请实施例创造性地将上述两种转子信息估算方法结合起来，并实现平滑的估算过渡，减少直接切换对电机矢量控制造成的影响。使得电机处于中低转速区间内，采用改进型转子速度估算法所估算的转子信息结果；在电机处于高转速区间内，采用基于状态观测器法所估算的转子信息结果，从而减小高速区间内转子信息估算误差的同时，提高了在低速区间内矢量控制系统的快速响应度。
实施例2
基于本申请实施例1，还提供了一种永磁同步电机容错控制装置的实施例，该装置运行时执行上述实施例的上述永磁同步电机容错控制方法。其中，图17是根据本申请实施例的一种可选的永磁同步电机容错控制装置的结构示意图，如图17所示，该永磁同步电机容错控制装置中至少包括获取模块171，确定模块172，估算模块173，加权处理模块174和控制模块175，其中：
获取模块171，用于获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；
确定模块172，用于依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个霍尔位置传感器在电机转子周围对称安装，根据各个霍尔位置传感器输出的霍尔信号将电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；
估算模块173，用于通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；
加权处理模块174，用于利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；
控制模块175，用于依据加权电机转子位置信息和加权角速度信息对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
需要说明的是，上述永磁同步电机容错控制装置中的各个模块可以是程序模块(例如是实现某种特定功能的程序指令集合)，也可以是硬件模块，对于后者，其可以表现为以下形式，但不限于此：上述各个模块的表现形式均为一个处理器，或者，上述各个模块的功能通过一个处理器实现。
实施例3
根据本申请实施例，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质中存储有程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行实施例1中的永磁同步电机容错控制方法。
可选地，非易失性存储介质所在设备通过运行该程序执行实现以下步骤：
步骤S201，获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；
步骤S202，依据边沿信号确定目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据故障类型确定目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个霍尔位置传感器在电机转子周围对称安装，根据各个霍尔位置传感器输出的霍尔信号将电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；
步骤S203，通过估算法确定电机转子在有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定电机转子在有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；
步骤S204，利用可变权值参数调节器对第一转子位置估算信息和第二转子位置估算信息、第一转子角速度估算信息第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；
步骤S205，依据加权电机转子位置信息和加权角速度信息对永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种永磁同步电机容错控制方法，其特征在于，包括：
获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；
依据所述边沿信号确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据所述故障类型确定所述目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，所述有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，所述目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个所述霍尔位置传感器在所述电机转子周围对称安装，根据各个所述霍尔位置传感器输出的霍尔信号将所述电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；
通过估算法确定所述电机转子在所述有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定所述电机转子在所述有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，所述估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；
利用可变权值参数调节器对所述第一转子位置估算信息和所述第二转子位置估算信息、所述第一转子角速度估算信息所述第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；
依据所述加权电机转子位置信息和所述加权角速度信息对所述永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述边沿信号确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型，包括：
对于每个所述霍尔位置传感器，依据所述霍尔位置传感器在各个所述霍尔区间上的边沿信号的信号周期长度，确定所述霍尔位置传感器的故障情况；
依据各个所述霍尔位置传感器的故障情况，确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型，其中，所述故障类型包括：单相霍尔位置传感器故障、双相霍尔位置传感器故障。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据所述霍尔位置传感器在各个所述霍尔区间上的边沿信号的信号周期长度，确定所述霍尔位置传感器的故障情况，包括：
判断是否可以获取所述霍尔位置传感器在第一霍尔区间上的第一边沿信号，其中，所述第一霍尔区间为六个霍尔区间中的任意一个霍尔区间；
在无法获取所述第一边沿信号的情况下，再次获取与所述第一霍尔区间相邻的第二霍尔区间上的第二边沿信号，以及与所述第二霍尔区间相邻的第三霍尔区间上的第三边沿信号，并分别确定获取所述第二边沿信号的第一信号周期长度和获取所述第三边沿信号的第二信号周期长度；
在所述第一信号周期长度远大于所述第二信号周期长度的情况下，确定所述霍尔位置传感器发生故障。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标霍尔位置传感器包括：第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器、第三霍尔位置传感器，其中，依据各个所述霍尔位置传感器的故障情况，确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型，包括：
获取预设的霍尔故障标志位，并判断所述霍尔故障标志位的有效值，其中，所述霍尔故障标志位的初始值为0，且在所述第一霍尔位置传感器发生故障时，所述霍尔故障标志位的有效值等于所述初始值加一；在所述第二霍尔位置传感器发生故障时，所述霍尔故障标志位的有效值等于所述初始值加二；在所述第三霍尔位置传感器发生故障时，所述霍尔故障标志位的有效值等于所述初始值加四；
依据所述霍尔故障标志位的有效值，确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型，其中，
在所述有效值为1、2、4的情况下，确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型为所述单相霍尔位置传感器故障；
在所述有效值为3、5、6的情况下，确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型为所述双相霍尔位置传感器故障。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据所述故障类型确定所述目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，包括：
在所述故障类型为所述单相霍尔位置传感器故障时，确定所述霍尔位置传感器有四个所述有效霍尔区间；
在所述故障类型为所述双相霍尔位置传感器故障时，确定所述霍尔位置传感器有两个所述有效霍尔区间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过估算法确定所述电机转子在所述有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，包括：
通过如下公式所述电机转子在当前有效霍尔区间的第一起始时刻下的第一电机转子位置信息：
其中，i表示所述当前有效霍尔区间的序号，t表示所述当前有效霍尔区间内的任意时刻，θk表示第k个单相方向相反的有效霍尔区间内电机转子的第一电机转子位置信息，τ表示在所述当前有效霍尔区间内的电机转子旋转的时间；
获取所述电机转子在所述当前有效霍尔区间的第一起始时刻以及所述当前有效霍尔区间相邻的前一霍尔区间的第二起始时刻，并基于所述第一起始时刻、所述第二起始时刻，通过如下公式计算所述前一霍尔区间的第二角速度：
其中，tk表示所述的第一起始时刻，tk-1表示所述前一霍尔区间的第二起始时刻，ω(tk-1)表示所述第二角速度；
获取所述电机转子在所述当前有效霍尔区间的第一角速度，并基于所述第一起始时刻、所述第二起始时刻、所述第一角速度和所述第二角速度，通过如下公式确定所述当前有效霍尔区间的第一加速度：
其中，表示所述当前有效霍尔区间的第一加速度，ω(tk)表示所述第一角速度；
基于所述第一角速度、所述第一加速度、所述第一起始时刻、所述第一电机转子位置信息，通过如下公式计算所述第一起始时刻下的第三电机转子位置估算信息与所述第一转子角速度估算信息，其表达式可以写作：
其中，ω(t)表示第一转子角速度估算信息，θ(t)表示所述第三电机转子位置估算信息；
获取所述电机转子在所述前一霍尔区间的第二电机转子位置信息以及所述当前有效霍尔区间的预设电机转子位置信息，并依据所述第三电机转子位置和所述预设电机转子位置信息确定估算差值，依据所述估算差值、所述第二电机转子位置、所述第二角速度、所述第一起始时刻、所述前一霍尔区间的第二加速度、所述当前有效霍尔区间的第三信号周期长度，通过如下公式计算所述第一电机转子位置估算信息：
其中，Δθ表示所述估算差值，θk-1表示所述第二电机转子位置信息，ωk-1表示所述第二角速度，表示所述第二加速度，Tk表示所述第三信号周期长度，/>表示所述第一电机转子位置估算信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态观测器包括以下至少之一：龙伯格观测器、模型自适应观测器、卡尔曼滤波。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用可变权值参数调节器对所述第一转子位置估算信息和所述第二转子位置估算信息、所述第一转子角速度估算信息所述第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息，包括：
将所述第一转子位置估算信息和所述第二转子位置估算信息、所述第一转子角速度估算信息和所述第二转子角速度估算信息作为可变权值参数调节器的输入参数，并通过如下公式计算所述加权电机转子位置信息和所述加权转子角速度信息：
其中，表示所述第一转子位置估算信息、/>表示所述第二转子位置估算信息、/>表示加权电机转子位置信息、/>表示所述第一转子角速度估算信息、/>表示所述第二转子角速度估算信息、/>表示加权转子角速度信息、λ表示加权参数，且根据所述加权角速度信息将所述加权参数分为三部分，其对应的权值分段函数的表达式如下：
其中，表示所述转子速度，ωmin表示所述永磁同步电机所提供的反电势驱动所述观测器工作的最小电机转子速度，ωn表示所述永磁同步电机的额定电机转子速度。
9.一种永磁同步电机容错控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标霍尔位置传感器在故障时间段内检测到的永磁同步电机的电机转子在旋转过程中产生的边沿信号；
确定模块，用于依据所述边沿信号确定所述目标霍尔位置传感器的故障类型，并依据所述故障类型确定所述目标霍尔位置传感器的至少一个有效霍尔区间，其中，所述有效霍尔区间为存在上升沿跳变信号和下降沿跳变信号的霍尔区间，所述目标霍尔位置传感器为三个霍尔位置传感器，且各个所述霍尔位置传感器在所述电机转子周围对称安装，根据各个所述霍尔位置传感器输出的霍尔信号将所述电机转子旋转一周平均划分为6个角度为π/3的霍尔区间；
估算模块，用于通过估算法确定所述电机转子在所述有效霍尔区间内的第一转子位置估算信息与第一转子角速度估算信息，并通过状态观测器确定所述电机转子在所述有效霍尔区间内的第二转子位置估算信息与第二转子角速度估算信息，其中，所述估算法是由基于平均电机转子速度的电机转子位置估算法和加速度线性校正法结合所得；
加权处理模块，用于利用可变权值参数调节器对所述第一转子位置估算信息和所述第二转子位置估算信息、所述第一转子角速度估算信息所述第二转子角速度估算信息进行加权处理，得到对应的加权电机转子位置信息和加权转子角速度信息；
控制模块，用于依据所述加权电机转子位置信息和所述加权角速度信息对所述永磁同步电机的电机转子进行容错控制。
10.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，所述非易失性存储介质所在设备通过运行所述计算机程序执行权利要求1至8中任意一项所述的永磁同步电机容错控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410101025.4A CN117879438A (zh) | 2024-01-24 | 2024-01-24 | 永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410101025.4A CN117879438A (zh) | 2024-01-24 | 2024-01-24 | 永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117879438A true CN117879438A (zh) | 2024-04-12 |
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ID=90589932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410101025.4A Pending CN117879438A (zh) | 2024-01-24 | 2024-01-24 | 永磁同步电机容错控制方法、装置、存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117879438A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118117937A (zh) * | 2024-04-29 | 2024-05-31 | 陕西立拓科源科技有限公司 | 一种电机转子位置检测方法及系统 |
-
2024
- 2024-01-24 CN CN202410101025.4A patent/CN117879438A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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