电动助力转向系统永磁同步电机故障诊断方法.pdf

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1、电动助力转向系统永磁同步电机故障诊断方法王俊毅(东华汽车实业有限公司，南京210037)【摘要】介绍电动助力转向系统中永磁同步电机的故障诊断方法。重点对初始电机开路诊断法、电流失控诊断法和电压估算诊断法3种电机诊断方法进行了分析。【Abstract】ThefaultdiagnosemethodofelectricpowersteeringPMSMisintroduced．Initialmotorphaseopendiagnosticmethod，motorphasevoltagemeasurediagnosticm

2、ethodandMotorvoltageestimatediagnosticmethodisfocused．【关键词】转向系统汽车永磁同步电机开路诊断doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2014．07．07电动助力转向系统(EPS)由于具有转向助力容、驱动桥Mosfet开路、Mosfet门级驱动电路、驱动特性灵活、能耗低、结构紧凑等特点，已经成为汽桥Mosfet短路等故障。车转向系统的发展方向。永磁同步电机(PMSM)电机传感器故障主要有永磁同步电机角度传作为助力电机优势显著，逐渐替代了直流电

3、机被感器故障和电流传感器故障两类。广泛应用到EPS系统中。EPS属于汽车安全相关部件，对安全性能的要求极高。本文介绍了EPS2国内外电机故障诊断技术永磁同步电机及其驱动电路可能出现的故障类型，提出了EPS中电机及其驱动电路故障诊断技术。目前，针对电机故障的诊断技术，国内外有大量的研究，并且在工业控制等领域有了成熟的应1电机故障类型用，不过针对永磁同步电机在EPS中的应用，国内在电机诊断技术上的研究文献还较少。永磁同步电机驱动控制相关的故障类型通常针对伺服电机的开关开路故障，故障诊断可有3种：电机本体故障、电机驱动电

4、路故障和电机以使用电压传感器，直接测量加载到电机相线的传感器故障。电压来进行开路诊断，其原理是当开关闭合时，通电机本体故障主要有定子线圈和电机转子故过检测开关的电压降来判断是否发生开关开路故障两类。电机定子可能发生的故障有电机相线对障。测量方法有端电压、线电压、相电压和中心点地短路、电机相线对电源短路、电机相线开路、相电压方法。使用电压传感器的优点为故障确认时线间短路、线圈匝间短路等故障；电机转子涉及的间短，缺点是需要增加额外的硬件电路。如果选主要故障有永磁体故障、电机转子轴承、联轴器和取内置电压传感器的门级驱动芯

5、片可以减少外置减速机构等故障。的电压传感器和隔离电路，但是当该门级驱动电电机驱动电路故障的类型有直流侧大容量电路损坏时，无法判断Mosfet开关开路故障。不少收稿日期：2014—05—29·26·上海汽车2014．07文献资料采用电流矢量轨迹分析法来判断是否发出现动作，由式(1)得到简化的电压方程为生开路故障，对于正常情况，电机的电流矢量和为=尺+·嘉(3)0，电压矢量轨迹为圆形轨迹。该诊断策略的缺点是造成故障确认延时，同时在电机高速和瞬态变表达式(3)为一阶方程，方程的解电流为指数化时容易误判，而在电机慢速运行时

6、无法工作，同函数，即t时需要大量的内存来保存矢量轨迹。由于EPS的id(t)=I·(1一e一了)(4)电机在大多数情况处于静止和低速情况，显然电流其中时间常数为矢量轨迹分析法无法适用EPS电机诊断的应用。：旦(5)一RL)J针对电机的开路和相线匝间短路诊断方法主要有：FFTr快速傅里叶变换、电流信号分析、电流这样可以根据实际采样电流信号的变化率来矢量分析、振动频谱分析、温升测量、噪声测量方判断是否发生开路短路故障(如图1)，由前面的推法。电流信号分析方法，通过FFvr变换得到电流导可以知道，正常电机电流信号指数变化

7、的时间常信号的频谱，从信号的频率特性来确认电机是否数为，该值为电流上升到终值62％的时间点。发生故障；电流向量分析方法，通过检测转子电压矢量和电流矢量的Park变换量，根据变换量来分析电机是否发生故障；振动频谱分析方法，通过测量转子的高频振动频率来进行诊断；温升测量方法通过红外线摄像头测量电机的表面温度来确认电机是否发生故障。图1电机开路短路故障判断3初始电机开路诊断法为了简化计算，实际上只需要在电机三相电永磁同步电机在d、q轴同步旋转坐标系下的压上加载特定的电压矢量，而不管电机转子的位电压方程为置，这样只需要采集

8、三相的一相电流，通过某一相，

9、=尺·d+。一W。Lq：l=iq(1)电流的变化规律来判断是否发生电机线圈短路开路故障。由于判断的电流是原始的某相电流，不=R·iq+Lq‘q+Ldia+W。Ap再需要采集三相的电流并进行坐标变换到d轴电流，使计算过程得到很大的简化。简化的策略需(2)要注意加载的电压矢量的幅值不能太大，并保证式中：R为电机相电阻；va、Vq分别