无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制
无刷电机故障分析与解决方法
无刷电机故障分析与解决方法一：无刷电机的常见故障综：无锡、天津、浙江分公司及部分客户信息反馈，所得结论如下：1:霍尔坏没有按标准测试方法测试：a用摇表测试绝缘时没有将霍尔5根线并在一块摇，产生压降差、2.测试电机转速时，没等电机停下就将电机相线与霍尔线同时拔下，相线上的反电势迅间就将霍尔击穿，等等….虚焊：三叉小线与霍尔脚没焊好。
漏电：a,由于电机里进了很多水绝缘程度降低，从而产生了漏电、b,绝缘套管没有套好、c,霍尔根部有异物没有处理干净等。
扫堂：a,霍尔没有放好，造成中间霍尔高出定子表面、b,转子上有异物。
本身质量有问题。
2:电机漏水定子出线孔处涂胶没严实端盖止口处涂胶不均匀油封质量偏差，不能防水端盖螺钉没有打紧，造成端盖合不紧返修电机没有作全面处理3:线损、线断导线质量较差，线皮薄，公差偏负，含氟量不够轴的出线孔比较锋利，毛刺较多，轴孔里面残留物比较多，穿线过程中易将线皮破损轴的设计不到位，要改为斜出线4:电机轮毂易裂与变形过大铝轮材质有问题、或波动较大没有热处理工艺运输时没有轻拿轻放、包装箱质量较差5:端盖划伤较严重油漆附着力不够整个物流过程没有轻拿轻放端盖的运输过程要加塑料袋6:轴一螺母拧不进、易滑丝螺纹受伤较严重，主要为：a,毛坯没处理好、b,热处理过程撞击比较厉害电机轴倒角偏小铳扁处毛刺没有处理干净锣牙的幅值不够，偏小7:扫堂磁钢偏tWj电机内有异物，如：a,波形垫片碎、b,磁钢碎片、c,许多线头等颗粒物定子上公共头绑扎处黄蜡管过高定子铁芯摆动过大端盖与轮子配合超差，如：9孔位置不同心、止口跑偏等8:转速波动幅度较大磁钢磁通量的一致性波动较大电机定子材料材质的波动性较大装配时定子与磁钢可能有偏离9:电机效率低、续行里程较短定子材料标号过高，损耗偏大，来料过杂磁钢磁能积比较低铁圈的含碳量过高、厚度偏薄。
尤其是铁轮铁圈10:电机漏电定子整形不到位、漆包线与铁心直接相碰出线口处线皮破霍尔胶没有涂好定子上有不洁物二：电机结构与原理1:电机的结构电机由定子、转子、及相关辅助件组成1.1定子由铁芯、支架、绕组、霍尔、轴、及导线接插件等组成铁芯：铁芯是主磁路的一部分，也是绕组线圈产生磁场关键件，其好坏是决定电机效率的关键因素，同时对电机的空载电流、温升、功率及扭矩都有影响。
电动汽车电驱动系统故障诊断及容错控制
冷却故障
逆变单元故障
S.
CO
短路
B
断路
N EV
母排 故障 电容 故障 辅助电 源故障 预充电继 电器故障 主继电器 故障
水泵 故障
水路 故障
滤波 储能 单元 故障
高压 上电 单元 故障
FO
逆变 电路 故障 功率器 件故障 预充电电 阻故障
辅助电 源故障
传感器单 元故障
电流 传感器 故障
温度 传感器 故障
Magnitude (N/cm2)
2.5 2 1.5 1 0.5 0 400 1200 2000 2800 3600 4400 5200 6000 Speed (rpm)
400 1200 2000 2800 3600 4400 5200 6000 Speed (rpm)
FO
M
Normal Phase(A)-2 Phase(B) Phase(C)
Current(A)
Current(A)
100 150 200 Frequency(Hz)
250
300
100 150 200 Frequency(Hz)
250
300
电力电子与电力传动实验室
Lab of PEED
Bring Ideas Together
M
电力电子与电力传动实验室
Lab of PEED
Bring Ideas Together
电动汽车驱动用电机噪声特点
105 100
Noise（dB）
95 90 85 80 80
N EV
60
40
FO
CU
S.
20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Speed（rpm）
永磁无刷直流电机霍尔传感器故障诊断与容错运行新方法
永磁无刷直流电机霍尔传感器故障诊断与容错运行新方法目前，针对无刷直流电机无法正常运行的情况已提出了基于振动和定子电流频谱分析的故障检测和诊断方法，同时也有霍尔传感器FTC方案。
本文提出在霍尔传感器发生故障的瞬间进行精确的诊断，并保证无刷直流电机持续稳定运行的方法。
根据霍爾信号的持续时间是否出现异常来判断是否出现霍尔传感器故障，同时，切断出现故障的霍尔传感器，采用正常工作霍尔传感器的信号预测故障霍尔传感器的信号，使无刷直流电机进行正常换相。
标签：永磁无刷直流电机;霍尔传感器故障诊断;容错控制;Simulink仿真引言：文章围绕一个霍尔传感器出现故障和两个霍尔传感器出现故障的情况进行了详细的分析和仿真，提出了一种霍尔传感器实时故障分析诊断与容错运行的方法。
本容错运行方法利用正常工作霍尔传感器高电平与低电平的时间计算，并模拟故障霍尔传感器高、低电平时间，在故障霍尔传感器电平不改变的情况下也可以使电机正确换相。
实验结果表明，通过正常工作的霍尔传感器可以较好地判断故障霍尔传感器电平变化的情况，进而控制晶体管的导通与关断，保证无刷直流电机的正常换相。
采用本文的容错方式运行可以保证无刷直流电机运行驱动系统在霍尔传感器故障的情况下可靠运行，对提高无刷直流电机驱动系统的可靠性具有重要的应用意义。
1 基于霍尔传感器的BLDC驱动系统基于霍尔传感器的永磁无刷直流电机（BLDC）驱动系统的基本结构，此结构由转速PI调节器、电流幅值限制模块、电流检测模块、电流PI调节器、PWM 及换相模块、位置检测模块、转速检测模块和永磁无刷直流电机组成。
无刷直流电机一般采用三相逆变器供电和两两导通的控制方式，需要三个霍尔传感器对电机转子位置进行实时检测，在一个电周期内提供六路换相信号实现电机换相。
三个霍尔传感器分别独立工作，在一个电周期内可发出相位相差120°的方波信号，用以确定转子位置，进而控制晶体管开断.2 霍尔传感器故障诊断及容错控制2.1 一路霍尔传感器出现故障当一路霍尔传感器出现故障时，可以分为三种情况：H1出现故障、H2出现故障、H3出现故障。
直流无刷电机控制器常见故障及排除方法
直流无刷电机控制器常见故障及排除方法直流无刷电机控制器常见故障及排除方法08-10-31 23:37 发表于：《E车一族◆ 电动车综合服务论坛》分类：未分类以下针对PIC16F72单片机的控制器一、控制器静态电流正常应在50MA内，电机空载最高转速时电流一般在1.4A左右，部分电机在1.8A左右。
当控制板不工作时，首先应看板上信号灯以秒/次闪烁，如未加转把信号时而信号灯不闪烁，则应检查：1．5V电压是否正常，不正常时外部接插是否有短路，板上有无搭锡短路等；2．单片机第2脚电压是否为5V；3．石英晶体是否工作；4．信号灯损坏二、控制器电流电压调整1．电流调整：调节康铜长度（新程序可调整LM358第6脚对地的电阻（R6），取值范围取2K到3.3K内，调到所需运电流，（500W老程序在26A到35A有较好的运行效果，新程序在22A到28A有较好的效果。
）2．电压调整：欠压取样电路为48V或36V电源对地的两个分压电阻组成，通常调整电源连接的电阻（Ra）就可以调整欠压点，因与地连接的电阻通常取1.2K故欠压值及电阻阻值可按下面公式计算；Ra=(1.2xv-1.2x3)/3例：使用48V电瓶电压，欠压V的取值为40.5时:Ra=(1.2x40.5-1.2x3)/3-------→Ra=15K注：其中的1.2为与地连接的电阻。
试中的3为单片机部处理欠压AD值。
当欠压值需在40.5V到42V间调节时满载1.2K电阻上并82K、39K、36K、33K、30K时，欠压分别对应：41.04V、41.65V、41.75V、41.86V、42V。
三、当控制板上单片机能工作时（不加转把信号灯应闪烁），但不能正常工作，请注意信号闪烁状态，下面例出常见闪烁状态：1．弱信号控制部分正常工作约为秒/次；2．慢闪2次电路处于刹车状态；3．慢闪3次康铜到LM358有参数不对或有开路情况；4．慢闪4次上桥到驱动到输出MOS有故障5．慢闪5次下桥到驱动到输出MOS有故障；6．慢闪6次60度120度选择与电机霍尔相序连接不对；7．慢闪7次运行中电流过大保护，康铜过长或短路检测的基准电平偏底（正常取值为20K对1.2K分压）：8．慢闪8次欠压状态9．快闪2次等待转把归零（上电防飞车功能）10．快闪3次，电机堵转停止；11．电机转动时信号灯闪烁，霍尔线断线缺相或电机不匹配。
一种无刷直流电机故障诊断及容错控制策略
一种无刷直流电机故障诊断及容错控制策略张星宇;冯能莲;邹广才【期刊名称】《微电机》【年(卷),期】2017(50)10【摘要】Rotor position sensor failed when brushless DC motor(BLDCM) was under control,which would contribute to whole system breakdown.For this question,a new fault diagnosis method was put forward and the experiment had been carried out.By detecting the abnormal signal of the non-position sensor mode which keep the motor running.The position sensor mode was based on hall signal and the non-position sensor mode was based on the back EMF signal from motor's three-phase.The results show that the fault diagnosis method can locate the fault quickly and accurately,and choose the corresponding mode to run,so that the fault tolerance control of the motor can be achieved.%针对无刷直流电机在控制过程中存在由于转子位置传感器发生故障而导致电机无法运行的问题,提出了一种故障诊断方法并进行了试验研究.该方法通过检测电机转子位置信号的异常,使系统从有位置传感器模式切换至无位置传感器模式继续控制电机.有位置传感器模式以霍尔信号作为电机转子换相依据,无位置传感器模式以电机三相的反电动势信号为电机转子换相依据.结果表明,该故障诊断方法可以快速的定位故障并选择相应的模式运行,从而实现电机的容错控制.【总页数】5页(P58-61,68)【作者】张星宇;冯能莲;邹广才【作者单位】安徽农业大学,合肥230036;安徽农业大学,合肥230036;北京工业大学,北京100124;北京汽车集团有限公司,北京101300【正文语种】中文【中图分类】TM36+1;TP272【相关文献】1.一种电动汽车传感器故障诊断与容错控制策略 [J], 谢恩;汪兆栋;汪玄旺2.一种电动汽车传感器故障诊断与容错控制策略 [J], 谢恩;汪兆栋;汪玄旺;3.永磁无刷直流电机霍尔传感器故障诊断与容错运行新方法 [J], 温嘉斌;刘子宁;赵红阳;刘金辉;姜彪4.无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制 [J], 张轩磊5.无刷直流电机故障诊断及容错控制技术 [J], 吕德刚;李松因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法研究
电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法研究摘要：电机控制系统在工业领域的广泛应用中扮演着重要角色。
然而，由于不可避免的故障和异常情况，这些系统可能会受到严重影响，甚至导致生产中断和安全事故。
因此，开发可靠的故障诊断与容错控制方法对于确保电机控制系统的可靠性、稳定性和安全性至关重要。
传统的故障诊断方法主要基于信号处理和模型匹配技术，凭借对异常信号和已知模型的比对来识别故障。
尽管这些方法在一定程度上能够实现故障诊断的目标，但仍然存在对特定故障模式的依赖性和对系统动态特性的不足之处。
然而，随着机器学习和人工智能技术的迅猛发展，基于这些新方法的故障诊断技术逐渐受到关注，如深度学习、支持向量机和贝叶斯网络等。
这些方法通过学习大量数据来建立模型并进行故障分类，从而提高了故障诊断的准确性和鲁棒性。
基于此，本篇文章对电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法进行研究，以供参考。
关键词：电机控制系统；故障诊断；容错控制方法引言电机控制系统中的故障诊断与容错控制方法。
基于机器学习和人工智能的故障诊断方法以及基于模型预测控制的故障诊断方法，比较它们的性能和适用性。
基于模型预测控制的容错控制方法，包括算法设计、系统重构和状态切换等方面。
对于电机控制系统的容错控制，传统方法主要采用备件冗余、积分调节和自适应控制等手段，以提高系统的鲁棒性和稳定性。
基于模型预测控制的容错控制方法正在逐渐崭露头角。
该方法能够通过建立精确的系统模型，并根据故障状态进行在线优化，从而根据实际情况调整控制策略，保证系统正常运行。
基于此，强调了故障诊断与容错控制方法在提高电机控制系统可靠性和安全性方面的重要性。
1电机控制系统在工业应用中的重要性电机控制系统在工业应用中具有重要性的原因如下：（1）驱动力。
电机作为一种将电能转化为机械能的设备，是工业生产中最常用的驱动力之一。
它们广泛应用于各个行业，如制造业、采矿业、建筑业和交通运输等。
（2）精确控制。
电机控制系统可以通过改变电机的转速、转矩和位置等来实现精确控制。
基于深度学习的电机故障诊断与容错控制
基于深度学习的电机故障诊断与容错控制电机故障诊断是电动机领域中一个重要的研究方向，它对于提高电机的稳定性、可靠性和安全性具有关键作用。
近年来，随着深度学习技术的发展和应用，基于深度学习的电机故障诊断与容错控制受到了广泛关注。
本文将详细介绍基于深度学习的电机故障诊断与容错控制的相关内容，从原理、方法和应用三个方面进行阐述。
首先，我们来介绍基于深度学习的电机故障诊断的原理。
深度学习是一种模拟人脑神经网络的机器学习算法，在电机故障诊断中可用于自动提取特征并进行分类。
常用的深度学习算法包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）和长短时记忆网络（LSTM）。
通过对大量电机运行特征数据进行训练，深度学习网络能够学习到电机不同故障状态的特征表征，实现电机故障的自动诊断。
其次，我们介绍基于深度学习的电机故障诊断的方法。
首先，需要准备大量的电机故障数据集，包括正常状态和各类故障状态下的电机运行数据。
接着，针对电机故障特征的不同，选择合适的深度学习模型进行训练。
训练好的模型可以用于实时监测电机的运行状态，并及时发现异常情况。
最后，根据诊断结果，可以采取相应的容错控制策略，保证电机的安全运行。
基于深度学习的电机故障诊断与容错控制在实际应用中有着广泛的需求和应用前景。
首先，它可以提高电机的故障诊断准确性和速度。
传统的电机故障诊断方法通常依赖于专家经验和手动提取特征，容易受主观因素影响，而基于深度学习的方法可以自动学习特征，并且具有更高的诊断准确率。
其次，基于深度学习的方法还能够实现电机故障的提前预警，减少故障对电机的损害。
通过实时监测电机运行数据并提前发现异常情况，可以采取相应措施进行容错控制，避免故障进一步扩大。
此外，基于深度学习的方法还可以提高电机系统的自适应性和智能化水平，为电机的智能化控制提供支持。
然而，基于深度学习的电机故障诊断与容错控制也存在一些挑战和问题。
首先，深度学习需要大量的标注数据集进行训练，但电机故障数据集的获得相对困难，同时标注数据集也需要专业领域知识和经验。
新型直流无刷电机容错控制方法的仿真分析_陈霄峰
本文对整个运行区间中的三种代表性工况进行 研究： 低 速 空 载 （ 2000 r / min，5 A ） ， 中 速 常 载 （ 6000 r / min，20 A） 和高速重载（ 12 000 r / min，40 A） 。
首先是 空 载 条 件 下，转 速 设 置 为 2000 r / min， 预设电流幅值为 5 A。这种情况下，电机的反电动势 较小，峰值约为 25 V 左右，与电源电压相比很小， SSMC 输出电压对电流影响很大，因此电流变化速度 较快，开关频率相对较高； 根据仿真数据，开关频 率可达 31 kHz，现有 IGBT 开关难以实现。因此在转 子绕组添 加 6 mH 额 外 电 感，使 开 关 频 率 降 低 至 10 kHz范围。
添加 容 错 控 制 逻 辑 后，五 相 电 流 波 形 如 图 8 所示。
输出转矩波形对比如图 9 所示。 计算输出转矩的数据，两个周期内无容错控制 的转矩平均值为 3. 89 N·m，标准差为 1. 09； 有容 错控制的转矩平均值为 4. 29 N·m，标准差为 0. 74。 从以上仿真可以看出，添加容错控制逻辑后，电流 波形明显优于无容错控制逻辑的电流波形； 输出转 矩幅值提高，转矩波动减小。 然后是最恶劣工况下，转速设置为 12 000 r / min， 预设电流为 40 A。这种情况下，电机反电势峰值可 达 150 V； 因电源电压为 115 V，单边矩阵变换器输
12 期
陈霄峰等： 新型直流无刷电机容错控制方法的仿真分析
采用这样的容错控制逻辑后，当发生单个开关 故障开 路 后， 不 必 立 即 检 修， 可 以 维 持 正 常 工 作， 整个电机驱动系统的可靠性大大提升。
·33 ·
图 4 容错控制逻辑
4 建模与仿真容错控制仿真分析
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使用维护无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制
张轩磊
（哈尔滨船科控制技术有限公司，黑龙江哈尔滨150000）
摘要:主要分析了无刷直流电机驱动系统运行中常
见故障类型，重点介绍了故障诊断方法及容错控制策
略。
通过对无刷直流电机驱动系统常见故障及容错控
制策略进行分析，为系统妥全运行提供保证，并实现经
济与社会效益的最大化。
关键词:无刷直流电机驱动系统;故障诊断；容错控制策略
1无刷直流电机驱动系统常见故障类型
通过对无刷直流电机驱动系统进行分析可以发现，其
常见故障类型可以主要包括12类：交流电源对地短路故障、整流二极管短路故障、整流二极管开路故障、直流母线
接地故障、直流母线电容短路故障、功率开关管无驱动信号
故障、功率开关管开路故障、功率开关管短路故障、逆变器单相桥臂短路故障、电机单相开路故障、电机两相短路故障、电机单相接地故障。
通过分析可知，不同故障类型反映了故障的不同位置。
对于无刷直流电机驱动系统而言，其运行过程中常见的故障类型是逆变器功率开关管的通断，进而对系统运行的可靠性产生不利影响。
因此，要做好无刷直流电机驱动系统故障的分析和诊断工作，并在此基础上提出有效的容错控制策略。
2无刷直流电机驱动系统故障诊断流程
在对无刷直流电机驱动系统中常见故障进行诊断时,一般可以通过对母线电流数值进行检测，通过査看检测结
果是否为0,来判断不同状态下电路运行中是否出现了故障。
实际上，可以借助电流传感器来对系统故障进行检测。
某状态下，如果检测结果的母线电流i L=0时，可以假设令F f I,反之则需要假设玖=0,最后通过对不同状态下的F s 值进行分析后来创建故障诊断表。
在无刷直流电机驱动系统运行过程中，虽然某开关管发
生故障，电流受到电感和电容等元器件作用,不会马上降为
0,此时为了确保电压稳定，则需要提前设置电流判定阈值L,其计算公式为:i t=gi refo式中,i心为电流环给定电流,需要将g控制在0〜0.5范围内。
同时对任意工作状态下,借助相关方法来检测母线电流幅值,并査看是否满足I iJ<i s,当符合上述要求时，故障标志调为1,反之则为0。
通常情况下,为了使h述误诊现象得到有效解决，要根据实际情况设定故障检测的时间阈值其公式为:仔式中:kd为设定的时间参数,其取值范围为0〜］；P为电机极对数;站为电机作者简介:张轩磊（1985-）,男，黑龙江哈尔滨人，本科，助理工程师，研究方向：电气控制。
Ci'
C2==Un
图1三相四开关容错拓扑
机械角速度。
3无刷直流电机驱动系统故障容错控制策略
3.1三相四开关容错控制策略
当诊断出无刷
直流电机驱动系统
故障后，要立即结合
实际情况采取针对
性的容错控制措施
进行处理，以畤确
保无刷直流电机驱
动系统的正常运行。
在传统容错控制模式中,三相四开关容错模式得到了广泛应用,其示意图如图lo
本次研究中,通过对A相桥臂开关管故障进行分析,_旦诊断出故障问题时,要在第一时间隔离故障管所在桥臂,同时把该相桥臂切换至2个串联电容的中点，这样就可以通过2个串联电容的中点来构建电流与各相桥臂间的回路。
通常情况下,电机正常运行阶段所采用的逆变拓扑涉及6种开关状态，然而在传统三相四开关容错控制拓扑中，可能会因为某一桥臂不能正常运行，导致只有4个开关管工作。
3.2准Z源网络逆变器容错控制策略
在无刷直流电机驱动系统中，如果在换相时，保持反电动势不变，此时的转矩脉动与转速保持密切的相关性。
因此，可以通过调整略电压的方式来保证Ud=4En。
如果发现逆变桥出现运行故障时，要检测和定位故障桥臂发生位置，并迅速隔离开故障桥臂，并对与故障桥臂连接的双向晶闸管进彳亍有效控制，使其处于导通状态，而且还需要将准Z源网络在同一时刻切换至三相四开关逆变拓扑的前端，以期实现有效控制MOS管Q的开通与关断。
通过该控制策略,既能够实现对母线电压的有效调整,而且还可以保证换向时刻5=4臨，使三相四开关容错葩下所产生的離脉动得到有效抑制。
4结束语
在无刷直流电机驱动系统运行过程中，需要对其中常见的故障进行诊断和分析,并提出有效的容错控制策略，以此来降低故障的发生率，确保无刷直流电机驱动系统的安全、高效运行。
参考文献：
［1］姬淼鑫•无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制①］.
郑州:郑州大学,201&
［2］杨欣荣，蒋林,王嬪林•基于小波变换的无刷宜流电机逆变器故障诊断［J］.电测与仪表,2017,4（5）:75-76.
（收稿日期=2019-06-04）
《湖北农机化》2019年第15期。