史永麗，熊 軍，支康儀，武登云，魏文杉

(北京控制工程研究所，北京 100190)

0 引 言

控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope, CMG)應(yīng)用在航天器上的一類慣性執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由低速框架和高速轉(zhuǎn)子組成。在高速轉(zhuǎn)子中，通常采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并采用開關(guān)式霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置，提供換相信息。然而，由于空間環(huán)境極為惡劣，隨著航天器的長(zhǎng)期運(yùn)行，霍爾傳感器或其信號(hào)傳輸通道難免會(huì)出現(xiàn)故障。一旦霍爾信號(hào)異常，將導(dǎo)致無(wú)刷直流機(jī)換相錯(cuò)誤，輕則可使電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至使繞組電流急劇增加，將電機(jī)燒毀，從而使控制力矩陀螺失效。

針對(duì)霍爾傳感器故障檢測(cè)與信號(hào)重構(gòu)問(wèn)題，目前已進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[1]提出了一種基于功率譜密度的霍爾故障診斷方法和基于120 電角度遞推的信號(hào)重構(gòu)方法，但故障角較大，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。文獻(xiàn)[2]提出了一種基于霍爾矢量變換順序的故障檢測(cè)方法，但該方法所需時(shí)間較長(zhǎng)，在信號(hào)重構(gòu)中還需要存儲(chǔ)大量的狀態(tài)序列信息。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)位置傳感器方法也已分別應(yīng)用于霍爾故障的檢測(cè)與容錯(cuò)控制[3-4]，但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。

為便于實(shí)現(xiàn)，并考慮轉(zhuǎn)速的變化，文獻(xiàn)[5]提出了一種基于線性插值的預(yù)報(bào)方法，對(duì)霍爾故障進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行矯正，但在轉(zhuǎn)速較高情況下，信號(hào)具有一定的滯后。文獻(xiàn)[6-9]在角度外插估計(jì)法的基礎(chǔ)上，提出了基于閉環(huán)角度觀測(cè)器和霍爾矢量跟蹤觀測(cè)器的霍爾故障檢測(cè)與容錯(cuò)方法，但算法實(shí)現(xiàn)亦較復(fù)雜。文獻(xiàn)[10]則根據(jù)霍爾信號(hào)的邏輯對(duì)故障進(jìn)行診斷，并通過(guò)兩個(gè)無(wú)故障的霍爾信號(hào)來(lái)構(gòu)造另一個(gè)霍爾信號(hào)，但該方法只適用于一相霍爾故障的情況。

為適應(yīng)控制力矩陀螺高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大范圍變化的需要，針對(duì)一相或兩相霍爾故障，本文提出了一種變轉(zhuǎn)速情況下的霍爾位置傳感器故障檢測(cè)和重構(gòu)方法。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并考慮了霍爾安裝誤差和轉(zhuǎn)速的變化，不僅適用于動(dòng)態(tài)過(guò)程，也適用于穩(wěn)態(tài)過(guò)程。

1 控制力矩陀螺高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

高速轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)，采用霍爾傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，并根據(jù)三相霍爾信號(hào)讀取三個(gè)轉(zhuǎn)速值。霍爾位置傳感器三相霍爾電路的輸出信號(hào)為互差120°電角度的開關(guān)信號(hào)?？刂齐娐凡捎谩疤幚砥?FPGA”的形式，通過(guò)斬波器調(diào)節(jié)高速電機(jī)中點(diǎn)電壓，采用三相半橋逆變電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。高速轉(zhuǎn)控制組成框圖如圖1所示。

圖1 高速轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1中霍爾信號(hào)故障檢測(cè)和重構(gòu)在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。從電機(jī)本體輸出的霍爾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電環(huán)輸出三相信號(hào)Ha、Hb、Hc，經(jīng)過(guò)濾波、整形、電平轉(zhuǎn)換后的霍爾信號(hào)HaF、HbF、HcF進(jìn)入FPGA，在FPGA內(nèi)對(duì)三相霍爾信號(hào)插入周期脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)霍爾故障檢測(cè)判斷后，進(jìn)入重構(gòu)模塊，最后經(jīng)換相邏輯計(jì)算后輸出換相信號(hào)，對(duì)三相半橋逆變電路中的MOSFET進(jìn)行通斷控制，使電機(jī)按照預(yù)定的指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。Cnt_Ha、Cnt_Hb、Cnt_Hc為三相霍爾信號(hào)對(duì)應(yīng)的周期脈沖計(jì)數(shù)器，HaO、HbO、HcO為重構(gòu)模塊的輸出信號(hào)，EnR為重構(gòu)使能控制信號(hào)。

FPGA內(nèi)部的霍爾狀態(tài)寄存器Hall_State用來(lái)表示三相霍爾信號(hào)是否發(fā)生故障，D2D1D0分別對(duì)應(yīng)三相霍爾信號(hào)Hc、Hb、Ha的狀態(tài)，Hall_State的含義如表1所示。處理器通過(guò)讀取霍爾狀態(tài)，判斷出無(wú)故障的霍爾信號(hào)，通過(guò)周期脈沖計(jì)數(shù)器得到真實(shí)的高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速值。

表1 霍爾狀態(tài)寄存器Hall_State定義

2 霍爾故障檢測(cè)方法及實(shí)現(xiàn)

2.1 霍爾故障形式及影響分析

對(duì)于任意一相霍爾信號(hào)故障，可以表現(xiàn)為霍爾信號(hào)上升沿提前、下升沿延遲、多出一組霍爾信號(hào)、缺少一組霍爾信號(hào)以及霍爾信號(hào)一直處于一種電平[5]。對(duì)控制力矩陀螺來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)的故障形式是霍爾信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間斷開或瞬斷。無(wú)故障時(shí)的霍爾信號(hào)、換相信號(hào)和反電勢(shì)的波形如圖2所示。圖中M1、M2、M3為經(jīng)換相邏輯運(yùn)算后的三相半橋MOSFET開關(guān)信號(hào)，Ea、Eb、Ec為三相電機(jī)繞組的反電勢(shì)。無(wú)故障時(shí)，三相半橋的3個(gè)開關(guān)管順序?qū)ǎ姍C(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)B相霍爾信號(hào)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間斷開時(shí)，波形如圖3所示。故障發(fā)生后，M1的高電平持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，表明A相電機(jī)繞組的導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng)，B相電機(jī)繞組處于關(guān)斷狀態(tài)，C相電機(jī)繞組通斷正常。由無(wú)刷直流電機(jī)相電壓方程可知，繞組A上的電流為

(1)

式中，u為中點(diǎn)電壓，由于A相繞組導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng)，多出的這一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)應(yīng)的反電勢(shì)Ea為負(fù)值，由式(1)可知，在這段時(shí)間內(nèi)電機(jī)中點(diǎn)u與反電勢(shì)Ea疊加，在A相繞組中產(chǎn)生較大的電流沖擊，電流沖擊形成的制動(dòng)力矩，使電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。轉(zhuǎn)速越高，反電勢(shì)越大，電流沖擊越大，制動(dòng)力矩越大，轉(zhuǎn)速下降也越快。

圖2 無(wú)故障時(shí)霍爾信號(hào)、換相信號(hào)和反電勢(shì)波形圖

圖3 HbF長(zhǎng)斷時(shí)霍爾信號(hào)、換相信號(hào)和反電勢(shì)波形圖

從故障產(chǎn)生到故障被消除，這一段時(shí)間內(nèi)霍爾信號(hào)對(duì)應(yīng)的電角度稱為故障角。故障角越大，對(duì)系統(tǒng)的影響越大。轉(zhuǎn)速越高，霍爾脈沖頻率越高，換相間隔時(shí)間越短，反電勢(shì)越大，電流沖擊也越大。所以如果檢測(cè)和重構(gòu)不及時(shí)，大的繞組電流對(duì)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路的損害越大。因此轉(zhuǎn)速越高，故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性要求越高，故障出現(xiàn)后對(duì)重構(gòu)能力的要求也越高。

2.2 霍爾故障檢測(cè)原理

正常情況下，三相霍爾信號(hào)互差120°，如圖4所示，隨著轉(zhuǎn)速的升高，三相霍爾脈沖寬度逐漸變窄，圖中的T表示電角度周期。

從Ha的上升沿開始，將每個(gè)電角度周期分為6個(gè)部分，每相鄰兩個(gè)脈沖時(shí)間分別記為t1,t2,…,t6，理想情況下，相鄰脈沖的上升沿或下降沿之間的電角度均為60°，然而由于霍爾傳感器安裝誤差、轉(zhuǎn)子磁極安裝誤差、霍爾處理器電路延遲等因素的影響，相鄰脈沖的電角度不是嚴(yán)格的60°，主要影響因素是安裝誤差和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

圖4 理想情況下升速過(guò)程中的霍爾信號(hào)

在不考慮磁極安裝偏差情況下，一個(gè)電角度周期對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度為2π/p，其中p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。對(duì)于一個(gè)電角度周期T，假設(shè)初始時(shí)刻的角速度為ω0，角加速度為α，忽略角加速度的變化，由此可寫出：

(2)

由于T>0，上式的解可以表示為

(3)

為便于分析，上式可變換為

(4)

(5)

如果忽略α的影響，則對(duì)于一個(gè)電角度周期T內(nèi)的6個(gè)脈沖，假設(shè)對(duì)應(yīng)的6個(gè)機(jī)械角度增量分別為θ1,θ2,…,θ6，時(shí)間間隔分別為t1,t2,…,t6，則

(6)

(7)

每一個(gè)脈沖的占空比分別為

(8)

由式(8)可知占空比與轉(zhuǎn)速ω?zé)o關(guān)，所以在控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子升速過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，盡管電角度周期逐漸變短，但t1～t6值在一個(gè)電周期中所占的占空比是不變的?；谶@樣的思想，設(shè)計(jì)了一種霍爾故障檢測(cè)方法。實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1)計(jì)算一個(gè)電角度周期內(nèi)的6個(gè)脈沖寬度t1～t6值在電角度周期中的占空比。

處理中設(shè)置一個(gè)故障檢測(cè)和重構(gòu)使能信號(hào)DR_En，起動(dòng)開始前先設(shè)置該信號(hào)禁止，即DR_En=0。在FPGA中設(shè)置6個(gè)晶體時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)寄存器，用于計(jì)算t1～t6值。當(dāng)克服起動(dòng)摩擦力矩，電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)一段時(shí)間后，設(shè)定此時(shí)的轉(zhuǎn)速為ωen。當(dāng)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速ω>ωen后，就可以讀取一次t1～t6中的計(jì)數(shù)值，并計(jì)算t1～t6值在當(dāng)前電角度周期中的占空比μi(i=1,2,…,6)。之后將故障檢測(cè)和重構(gòu)使能信號(hào)開啟，即DR_En=1。

(2)設(shè)置6個(gè)脈沖寬度t1～t6的置信區(qū)間，判斷霍爾是否發(fā)生故障，設(shè)置霍爾狀態(tài)。

設(shè)置t1～t6的置信區(qū)間為[ti-Δt,ti+Δt](i=1,2,…,6)，分別檢測(cè)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下以及一定轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)的t1～t6值的脈沖寬度變化是否超過(guò)置信區(qū)間，來(lái)判斷是否有霍爾信號(hào)故障產(chǎn)生。t1～t6未超出置信區(qū)間范圍，表明此時(shí)未發(fā)生霍爾故障，霍爾狀態(tài)寄存器Hall_State設(shè)置為0x000；t1～t6超出置信區(qū)間范圍，表明發(fā)生霍爾故障，霍爾狀態(tài)寄存器相應(yīng)位置1。其中 t可以設(shè)置為

Δt=ti×δ(i=1,2,…,6)

(9)

為保證升速過(guò)程中的故障角盡可能小，δ根據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分段設(shè)置。由于低轉(zhuǎn)速下電角度周期時(shí)間長(zhǎng)，因此希望故障出現(xiàn)的時(shí)間要相對(duì)短些，低速下的置信區(qū)間 可以取得小些。高轉(zhuǎn)速下的置信區(qū)間要稍微大些，否則容易誤進(jìn)入故障狀態(tài)。δ一般取為5%～10%，根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化范圍和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行適當(dāng)選取，

(3)根據(jù)轉(zhuǎn)速變化及時(shí)更新電角度周期內(nèi)的6個(gè)霍爾脈沖寬度t1～t6。

考慮到轉(zhuǎn)速是實(shí)時(shí)變化，需要計(jì)算轉(zhuǎn)速的變化Δω，并查詢?chǔ)う厥欠襁_(dá)到設(shè)定閾值Δωth。

當(dāng)Δω<Δωth時(shí)，t1～t6值不更新；

當(dāng)Δω>Δωth時(shí)，t1～t6值需要更新。計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電角度周期Tk。為保證高精度的轉(zhuǎn)速檢測(cè)，在一個(gè)機(jī)械周期內(nèi)對(duì)同一個(gè)霍爾的所有脈沖填充FPGA基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖，根據(jù)測(cè)量的基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的當(dāng)前高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωk。處理器分別讀取三相霍爾信號(hào)計(jì)數(shù)值Cnt_Ha、Cnt_Hb和Cnt_Hc，就可以獲得三相霍爾對(duì)應(yīng)的3個(gè)轉(zhuǎn)速ωka、ωkb、ωkc。無(wú)故障情況下，可以任取一個(gè)轉(zhuǎn)速值作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；當(dāng)檢測(cè)到霍爾故障時(shí)，根據(jù)霍爾狀態(tài)寄存器指示的霍爾狀態(tài)，選取無(wú)故障的霍爾信號(hào)計(jì)算出的轉(zhuǎn)速值作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值ωk。

根據(jù)電機(jī)的極對(duì)數(shù)，可以計(jì)算出ωk對(duì)應(yīng)的當(dāng)前電角度周期Tk。根據(jù)Tk和步驟(1)中得到的占空比μ1～μ6，可以獲得更新后的t1～t6值為

ti=Tk×μi(i=1,2,…,6)

(10)

為保證變轉(zhuǎn)速下故障判斷的準(zhǔn)確性，Δωth的選取需要根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速加速度確定，加速度小，Δωth可以選擇大一些；加速度大，Δωth需要選擇小一些，以保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度和精度。中型控制力矩陀螺中Δωth一般取2 r/min分～5 r/min。

(4) 重復(fù)步驟(2)和步驟(3)，持續(xù)進(jìn)行故障診斷。

如果檢測(cè)到一相或兩相霍爾故障，就進(jìn)入霍爾重構(gòu)模塊。

如果檢測(cè)到三相霍爾故障，則進(jìn)入故障處理模塊，故障檢測(cè)和重構(gòu)使能信號(hào)禁止，停止電機(jī)運(yùn)行。

該檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)及時(shí)，故障角小。

3 霍爾信號(hào)重構(gòu)

考慮安裝誤差，根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化，通過(guò)霍爾信號(hào)的占空比預(yù)報(bào)下一電角度周期的6個(gè)霍爾脈沖寬度，進(jìn)行故障重構(gòu)。

當(dāng)無(wú)霍爾故障發(fā)生時(shí)，F(xiàn)PGA采集到的霍爾信號(hào)經(jīng)過(guò)FPGA濾波后，直接進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元，經(jīng)計(jì)算后輸出換相控制信號(hào)；當(dāng)發(fā)生一相或兩相霍爾信號(hào)故障時(shí)，F(xiàn)PGA切斷故障信號(hào)進(jìn)入后續(xù)功能模塊的通路，利用無(wú)故障的霍爾信號(hào)，根據(jù)轉(zhuǎn)速變化和占空比重新構(gòu)造出與未發(fā)生故障時(shí)一致的另外兩相霍爾信號(hào)。

經(jīng)過(guò)重構(gòu)產(chǎn)生的霍爾信號(hào)進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元，計(jì)算后輸出換相控制信號(hào)，轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中霍爾信號(hào)重構(gòu)方法如下：

查詢轉(zhuǎn)速的變化是否達(dá)到設(shè)定閾值Δωth，將Δω與轉(zhuǎn)速變化閾值Δωth進(jìn)行比較：

(1)當(dāng)Δω<Δωth時(shí)，重構(gòu)控制策略如下：

如果此時(shí)未發(fā)生故障，則三相霍爾信號(hào)直接進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元直接進(jìn)行計(jì)算，然后輸出換相控制信號(hào)。

如果此時(shí)發(fā)生一相霍爾故障：

若Ha故障，則按照Hc和t1～t6產(chǎn)生Ha和Hb的重構(gòu)信號(hào)；

若Hb故障，則按照Ha和t1～t6產(chǎn)生Hb和Hc的重構(gòu)信號(hào)；

若Hc故障，則按照Hb和t1～t6產(chǎn)生Ha和Hc的重構(gòu)信號(hào)。

如果此時(shí)發(fā)生二相霍爾故障：

若Ha和Hb故障，則按照Hc和t1～t6產(chǎn)生Ha和Hb的重構(gòu)信號(hào)；

若Ha和Hc故障，則按照Hb和t1～t6產(chǎn)生Ha和Hc的重構(gòu)信號(hào)；

若Hb和Hc故障，則按照Ha和t1～t6產(chǎn)生Hb和Hc的重構(gòu)信號(hào)。

當(dāng)故障恢復(fù)為正常時(shí)，按照新的霍爾狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

(2)當(dāng)Δω>Δωth時(shí)，根據(jù)占空比μ1～μ6以及當(dāng)前的電角度周期，可以計(jì)算獲得更新后的電子角度周期內(nèi)的新的6個(gè)霍爾脈沖寬度t1～t6值，然后再根據(jù)步驟(1)的重構(gòu)策略進(jìn)行重構(gòu)控制。

經(jīng)過(guò)重構(gòu)后的三相霍爾信號(hào)進(jìn)入換相邏輯計(jì)算單元直接計(jì)算后輸出換相控制信號(hào)。

處理器和FPGA中霍爾傳感器故障檢測(cè)和重構(gòu)的程序流程如圖5和圖6所示。

圖5 處理器中的相關(guān)程序流程圖

圖6 FPGA中的霍爾故障檢測(cè)和重構(gòu)算法流程圖

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該方法的有效性，在70 Nms中型控制力矩陀螺上進(jìn)行了試驗(yàn)，控制力矩陀螺由控制力矩陀螺本體、控制力矩陀螺線路盒組成，通過(guò)轉(zhuǎn)接盒以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式將三相霍爾信號(hào)接入，以轉(zhuǎn)接盒上開關(guān)關(guān)斷來(lái)模擬霍爾故障。高速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)采用恒流1.3 A升速，當(dāng)接近設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)速

和電流雙閉環(huán)控制，直至進(jìn)入穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由測(cè)試設(shè)備測(cè)量讀取。

(1)一相霍爾信號(hào)故障

高速轉(zhuǎn)子的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速設(shè)置為9500 r/min，升速過(guò)程中，當(dāng)高速轉(zhuǎn)子升速到3000 r/min時(shí)，對(duì)霍爾信號(hào)Hb進(jìn)行通斷測(cè)試，Ha和Hc保持正常狀態(tài)，不進(jìn)行霍爾重構(gòu)時(shí)的測(cè)試波形如圖7所示。圖中HbO為重構(gòu)模塊的輸出信號(hào)，與Hb反相。VI為驅(qū)動(dòng)電路直流側(cè)電流遙測(cè)值，轉(zhuǎn)換系數(shù)為1 A/V。IA為電機(jī)繞組A的電流，電流放大器設(shè)置為10 A/V。

圖7 升速中Hb斷開時(shí)的測(cè)試波形(3000r/min,無(wú)重構(gòu))

由曲線可知，霍爾信號(hào)Hb故障前，采用恒流1.3 A升速，電流穩(wěn)定，此時(shí)繞組A上的電流最大幅值為2.5 A。故障發(fā)生后，由于未進(jìn)行霍爾故障重構(gòu)，直流側(cè)電流由1.3 A升高為2 A，繞組A上的電流尖峰值由2.3 A升高為12.4 A。

圖8 升速中Hb斷開時(shí)的波形(3000r/min,有重構(gòu))

采用霍爾重構(gòu)后的測(cè)試曲線如圖8所示，同樣條件下，升速到3000 r/min時(shí)，Hb斷開，Ha和Hc保持正常狀態(tài)。為了更清楚的觀察波形變化，將檢測(cè)高速電機(jī)繞組A的電流放大器設(shè)置為1 A/V。由圖8可看出，故障前后直流側(cè)電流和繞組A的電流波形未發(fā)生變化，故障發(fā)生后，F(xiàn)PGA重構(gòu)出的Hb波形與故障前是一致的，重構(gòu)效果很好。

(2)兩相霍爾信號(hào)故障

恒流升速中，當(dāng)高速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升至7000 r/min時(shí)，繞組A的電流尖峰值已升高至4.2 A，此時(shí)斷開兩相霍爾信號(hào)Ha和Hb，Hc保持正常狀態(tài)，經(jīng)故障檢測(cè)和重構(gòu)控制后的示波器測(cè)試波形如圖9所示，電流放大器設(shè)置為10 A/V。從圖中可以看出，兩相霍爾信號(hào)故障前后，直流側(cè)電流和繞組A的電流無(wú)變化。

圖9 升速中Ha和Hb斷開時(shí)的波形(7000r/min,有重構(gòu))

圖10 升速直至穩(wěn)速后的轉(zhuǎn)速曲線(有重構(gòu))

圖10為高速轉(zhuǎn)子的一段升速曲線，從2500 r/min升速并穩(wěn)定到9500 r/min的轉(zhuǎn)速曲線。在升速過(guò)程中分別在3000 r/min、5000 r/min、7000 r/min以及穩(wěn)態(tài)9500 r/min下，均進(jìn)行了一相霍爾和兩相霍爾的多次通斷測(cè)試，從圖中可以看出，雖然多次出現(xiàn)霍爾故障，但上升曲線光滑，升速過(guò)程中未發(fā)生轉(zhuǎn)速下滑，穩(wěn)速后轉(zhuǎn)速精度也非常高，轉(zhuǎn)速精度為萬(wàn)分之一。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)霍爾位置傳感器一相和兩相霍爾故障情況下，提出了一種變轉(zhuǎn)速下霍爾故障檢測(cè)和重構(gòu)控制方法，故障檢測(cè)和重構(gòu)均在FPGA內(nèi)部完成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，充分證明了該方法的有效性，該算法易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性高，在故障瞬間不會(huì)引起大電流，故障前后基本無(wú)變化，實(shí)現(xiàn)了故障前后的無(wú)縫連接，且動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)均適用，有效的提高了系統(tǒng)的可靠性。