一种永磁同步电机转子位置的检测方法及装置与流程

本发明实施例涉及电机领域，尤其涉及一种永磁同步电机转子位置的检测方法及装置。
背景技术：
：永磁同步电机(简称电机)具有高功率密度、高效率、低损耗、体积小和结构简单等特点，得到了越来越广泛的应用。永磁同步电机优越的控制性能需要准确的转子位置信息。传统的转子位置检测一般通过霍尔位置传感器在检测周期内对电机转动过程中6个绝对位置(0°,60°,120°,180°,240°和300°)的确定实现。该传统方法存在的不足在于：该方法仅能准确的确定转子的6个绝对位置；同时，在电机刚启动时，霍尔位置传感器无法进行转子位置检测；此外，如果电机转速较低，霍尔位置传感器也不能有效的检测转子位置。在传统检测方法的基础上，技术人员还提出了先利用反电动势积分来计算转子位置，然后基于霍尔位置传感器检测的6个绝对位置对计算出的转子位置进行校正，最终得到准确转子位置。然而，该方法中基于反电势积分法计算转子位置时需要依赖电机的自身参数，因此对于不同的电机该方法往往需要重新设定控制参数，从而丧失了算法的普适性；此外，在电机刚启动时，反电势也为零，此时基于反电势积分法也不能准确检测转子位置，仍无法很好的克服电机启动时霍尔位置传感器转子位置检测失效的问题。技术实现要素：本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子位置的检测方法及装置，能够有效解决电机启动时霍尔位置传感器转子位置检测失效的问题。一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子位置的检测方法，包括：当检测到电机启动时，根据设定的位置计算公式及初始的转速校正频率，确定所述电机在当前控制周期内的转子位置角；基于霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的电平信号值，校正所述转速校正频率；根据所述位置计算公式及所述当前控制周期校正的转速校正频率，确定所述电机在下一控制周期内的转子位置角，并将所述下一控制周期作为新的当前控制周期，返回执行转速校正频率的校正操作。另一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子位置的检测装置，包括：位置角预确定模块，用于当检测到电机启动时，根据设定的位置计算公式及初始的转速校正频率，确定所述电机在当前控制周期内的转子位置角；转速频率校正模块，用于基于霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的电平信号值，校正所述转速校正频率；转子位置确定模块，用于根据所述位置计算公式及所述当前控制周期校正的转速校正频率，确定所述电机在下一控制周期内的转子位置角，并将所述下一控制周期作为新的当前控制周期，返回执行转速校正频率的校正操作。本发明实施例中提供了一种永磁同步电机转子位置的检测方法及装置，该方法首先在检测到电机启动时，根据位置计算公式和初始的转速校正频率预确定电机的转子位置角；然后通过霍尔位置传感器校正转速校正频率；之后就通过校正后的转速校正频率确定电机在一个控制周期内的转子位置角，最终周期性重复执行转速校正频率的校正操作以及转子位置角的确定操作。利用该方法，能够有效的克服电机启动时霍尔位置传感器转子位置检测失效的问题，同时该方法能够对转速校正频率进行持续调节，从而实时准确地实现转子位置角的检测，此外，该方法也使得转子位置角的检测对电机自身参数变化的鲁棒性得到显著增强。附图说明图1为本发明实施例一提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法的流程示意图；图2为本发明实施例二提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法的流程示意图；图3为本发明实施例三提供的一种永磁同步电机转子位置的检测装置的结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本发明实施例一提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法的流程示意图，该方法适用于对永磁同步电机转子位置进行实时检测的情况，该方法可以由永磁同步电机转子位置的检测装置执行，其中该检测装置可由软件和/或硬件实现，并一般集成在与永磁同步电机配套使用的单片机上。如图1所示，本发明实施例一提供的永磁同步电机转子位置的检测方法，包括如下操作：S101、当检测到电机启动时，根据设定的位置计算公式及初始的转速校正频率，确定电机在当前控制周期内的转子位置角。在本实施例中，控制周期具体可理解为预设的永磁同步电机(下述简称电机)转动一周的时间内进行一次转子位置检测所花费的时间。示例性地，假设进行一次转子位置检测花费的时间为10s，相当于转子位置检测的控制周期为2ms，此时，电机转动一周就可以进行5000次的转子位置检测。具体地，每个控制周期都可看作一个进行一次转子位置检测的时间段，因此，当前控制周期就可以理解为正在进行转子位置检测的当前时间段，也可将与当前时间段相连的下一时间段称为进行转子位置检测的下一控制周期，同理，可将与当前时间段相连的上一时间段称为进行转子位置检测的上一控制周期。在本实施例中，在检测到电机启动时，就可以将电机转动第一周时进行的第一次转子位置检测作为当前控制周期，此时，可以根据设定的位置计算公式以及初始设定的转速校正频率来确定当前控制周期(相当于电机转动第一周的第一次转子位置检测)的转子位置角。进一步地，所述位置计算公式为其中，n为不小于0的整数，n＝0时，θ(0)设定为0°，表示电机在启动前的转子位置角，且Δf(0)设定为0，表示初始的转速校正频率；n≥1时，n表示当前控制周期，n+1表示所述当前控制周期的下一控制周期，且θ(n)∈[0°，360°)表示当前控制周期n内的转子位置角，Δf(n)表示当前控制周期n内的转速校正频率；fs表示电机运行时的转速频率；fc表示电机转动一周的控制频率。在本实施例中，位置计算公式中的转速频率fs具体可为电机的转动频率，属于电机自身的特性，一般地，不同的电机所具有的转速频率存在不同；此外，位置计算公式中的控制频率fc具体可理解为基于历史经验设定的电机转动一周期望进行的转子位置检测的次数。可以理解的是，在确定电机的转动频率和控制频率后，就可以确定一个控制周期的时间长度。具体地，由上述给定的位置计算公式可知，电机在下一控制周期待确定的转子位置角依赖于当前控制周期的已确定的转子位置角以及当前控制周期的转速校正频率。因此，当检测到电机启动时，电机开始第一周转动并进行第一次转子位置检测，此时的转子位置检测可看作当前控制周期，且转子位置角可表示为θ(1)。在基于其位置计算公式确定θ(1)时，除了需要确定电机的转动频率和控制频率，还需要确定θ(0)以及初始的转速校正频率Δf(0)，本实施例优选地将θ(0)以及Δf(0)设定为0。S102、基于霍尔位置传感器输出端在当前控制周期内的电平信号值，校正转速校正频率。在本实施例中，可以根据不断校正的转速校正频率来提高转子位置检测时所确定转子位置角的准确性。本实施例优选地基于霍尔位置传感器周期性的对转速校正频率进行校正，具体地，周期性的对转速校正频率进行校正，相当于在当前控制周期内对上一控制周期提供的转速校正频率进行校正。示例性地，可以基于霍尔位置传感器输出端在第一控制周期内的电平信号值，对初始的转速校正频率进行校正。在本实施例中，可认为霍尔位置传感器包括U端、V端以及W端三个输出端，通过对霍尔位置传感器的检测，可以确定每个输出端的电平信号值，一般地，每个输出端的电平信号值可以根据所输出电平的高低来确定相应的电平信号值，如输出为低电平时，可确定输出端(U端、V端或W端)的电平信号值为0；输出为高电平时，确定输出端(U端、V端或W端)的电平信号值为1。本实施例可基于霍尔位置传感器U端、V端以及W端所具有的电平信号值在当前控制周期内实现对上一控制周期所确定转速校正频率的校正。S103、根据位置计算公式及当前控制周期校正的转速校正频率，确定电机在下一控制周期内的转子位置角，并将下一控制周期作为新的当前控制周期，返回执行转速校正频率的校正操作。在本实施例中，可以将转子位置的检测看作一个周期性的循环检测，在确定当前控制周期内的转子位置角后，还需要基于位置计算公式及当前控制周期内已经校正后的转速校正频率确定下一控制周期的转子位置角；之后，可以将下一控制周期作为新的当前控制周期，返回步骤S102继续在当前控制周期内对上一控制周期所确定的转速校正频率进行校正，由此循环往复的进行转子位置检测，保证了转子位置角的实时检测及准确性。需要注意的是，本实施例可以将关闭电机(如关闭电机开关或关闭电源)作为循环往复进行转子位置检测操作的结束条件；此外，本实施例除可以将步骤S101中初始的转速校频率设定为0外，还可以对转子位置检测循环结束时校正的转速校正频率进行保存，然后在下次启动电机时将所保存的转速校正频率作为初始的转校正频率，由此可以更好的保证电机启动时所确定转子位置角的准确性。本发明实施例一提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法，首先在检测到电机启动时，根据位置计算公式和初始的转速校正频率预确定电机的转子位置角；然后通过霍尔位置传感器校正转速校正频率；之后就通过校正后的转速校正频率确定电机在一个控制周期内的转子位置角，最终周期性重复执行转速校正频率的校正操作以及转子位置角的确定操作。利用该方法，能够有效的克服电机启动时霍尔位置传感器转子位置检测失效的问题，同时该方法通过反馈控制对转速校正频率进行持续调节，从而实时准确地实现转子位置角的检测，由于引入了闭环控制，也使得转子位置角的检测对电机自身参数变化的鲁棒性得到显著增强。实施例二图2为本发明实施例二提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法的流程示意图。本发明实施例二以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将“基于霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的电平信号值，校正所述转速校正频率”进一步具体化为：监测记录霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的当前电平信号值，并获取所述霍尔位置传感器输出端在上一控制周期时的前电平信号值；根据所述前电平信号值与所述当前电平信号值的比对结果，确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值，并确定所述电机当前的绝对转子位置角；根据所述标志值、绝对转子位置角及设定的转子校正公式，校正所述转速校正频率。本发明实施例二提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法，具体包括如下操作：S201、当检测到电机启动时，根据设定的位置计算公式及初始的转速校正频率，确定电机在当前控制周期内的转子位置角。示例性地，本实施例可以将初始的转速校正速率直接确定为0或者确定为上一次点击关闭时所保存的转速校正速率。在本实施例中，通过下述步骤S202至步骤S204给出了当前周期内对转速校正频率进行校正的具体描述。S202、监测记录霍尔位置传感器输出端在当前控制周期内的当前电平信号值，并获取霍尔位置传感器输出端在上一控制周期时的前电平信号值。具体地，可以监测霍尔位置传感器输出端(U端、V端及W端)在当前控制周期内的当前电平信号值，并记录三个输出端分别对应的当前电平信号值。同时，还可获取霍尔位置传感器的三个输出端在上一控制周期时对应的前电平信号值。S203、根据前电平信号值与当前电平信号值的比对结果，确定换向标志位在当前控制周期内的标志值，并确定电机当前的绝对转子位置角。在本实施例中，换向标志位具体可理解为对输出端所输出电平高低变化进行标记的标记位，即，可通过换向标志位的标志值来确定输出端的电平是否发生了由低到高或由高到低的变化，其中，换向标志位的标记值可以取0或1，本实施例可以基于输出端的前电平信号值与当前电平信号值的比对结果，确定换向标志位在当前控制周期内的标志值。可以知道的是，利用霍尔位置传感器可以在电机正常转动时检测电机转子的绝对转子位置角，即相当于可以确定电机转动一周内的6个绝对转子位置角(分别为0°,60°,120°,180°,240°和300°)，而电机转动时转子位置的6个绝对转子位置角则需要基于三个输出端所对应换向标志位的标志值来具体确定。进一步地，所述根据所述前电平信号值与所述当前电平信号值的比对结果，确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值，并确定所述电机的绝对转子位置角，包括：如果所述前电平信号值等于所述当前电平信号值，则确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值为0且所述电机当前不存在绝对转子位置角；如果所述前电平信号值不等于所述当前电平信号值，则确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值为1，并根据设定的信号值位置映射表确定所述电机当前的绝对转子位置角。具体地，当霍尔位置传感器三个输出端的前电平信号值分别与当前电平信号值相等时，可认为霍尔位置传感器在当前控制周期内所输出的电平均没有发生变化，此时可确定换向标志位在当前控制周期内的标志值为0，还可认为电机此时的转子位置角不等于绝对转子位置角中的任何一个；当霍尔位置传感器三个输出端中任一个的前电平信号值与当前电平信号值不相等，就可认为霍尔位置传感器在当前控制周期内所输出的电平发生了变化，此时可确定换向标志位在当前控制周期内的标志值为1，之后可根据具体发生信号值改变的输出端及设定的信号值位置映射表来确定电机当前具有的绝对转子位置角。表1信号值位置映射表电平输出端第n-1控制周期信号值第n控制周期信号值绝对转子位置角U010U10180°V0160°V10240°W01120°W10300°如表1所示，给出了设定的信号值位置映射表，其中，第n-1控制周期相信号值相当于所获取的上一控制周期的前电平信号值，第n控制周期信号值相当于当前控制周期的当前电平信号值。示例性地，基于上述信号值位置映射表，可以确定在U端的当前电平信号值为0，前电平信号值为1时，其对应的电机当前的绝对转子位置角为60°。S204、根据标志值、绝对转子位置角及设定的转子校正公式，校正转速校正频率。在本实施例中，可以根据步骤S203确定的当前控制周期内换向标志位的标志值和绝对转子位置角以及设定的转子校正公式，来对上一控制周期所提供的转速校正频率进行校正。进一步地，所述转子校正公式为：其中，m为不小于1的整数，m表示当前控制周期，m-1表示当前控制周期的上一控制周期；Δf(m)表示当前控制周期m内的转速校正频率；θ(m)表示当前控制周期m内的转子位置角；θs表示电机当前的绝对转子位置角；s表示换向标志位的标志值；fc表示电机转动一周的控制频率。具体地，基于上述转子校正公式可知当前控制周期的转速校正频率首先取决于换向标志位的标志值，当标志值为1时，该转速校正频率取决于所确定的转子位置角以及绝对转子位置角；当标志位为1时，该转速校正频率则等同于上一控制周期的转速校正频率。S205、根据位置计算公式及当前控制周期校正的转速校正频率，确定电机在下一控制周期内的转子位置角，并将下一控制周期作为新的当前控制周期，返回执行步骤S202。示例性地，可在校正转速校正频率后，基于该转速校正频率以及位置计算公式重新确定下一控制周期的转子位置角，并在将下一控制周期确定为新的当前控制周期后返回S202循环往复的执行，直至关闭电机的电源开关。此外，还可以在循环结束时保存校正所得的转速校正频率，以作为下次电机启动时初始的转速校正频率。本发明实施例二提供的一种永磁同步电机转子位置的检测方法，具体化了转速校正频率的具体校正过程。利用该方法，能够有效的克服电机启动时霍尔位置传感器转子位置检测失效的问题，同时该方法能够对转速校正频率进行持续调节，从而实时准确地实现转子位置角的检测，此外，该方法也使得转子位置角的检测对电机自身参数变化的鲁棒性得到显著增强。实施例三图3为本发明实施例三提供的一种永磁同步电机转子位置的检测装置的结构框图。该装置适用于对永磁同步电机转子位置进行实时检测的情况，其中该检测装置可由软件和/或硬件实现，并一般集成在与永磁同步电机配套使用的单片机上。如图3所示，该检测装置包括：位置角预确定模块31、转速频率校正模块32以及转子位置确定模块33。其中，位置角预确定模块31，用于当检测到电机启动时，根据设定的位置计算公式及初始的转速校正频率，确定所述电机在当前控制周期内的转子位置角。转速频率校正模块32，用于基于霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的电平信号值，校正所述转速校正频率。转子位置确定模块33，用于根据所述位置计算公式及所述当前控制周期校正的转速校正频率，确定所述电机在下一控制周期内的转子位置角，并将所述下一控制周期作为新的当前控制周期，返回执行转速校正频率的校正操作。在本实施例中，该检测装置通过位置角预确定模块31当检测到电机启动时，根据设定的位置计算公式及初始的转速校正频率，确定所述电机在当前控制周期内的转子位置角；然后通过转速频率校正模块32基于霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的电平信号值，校正所述转速校正频率；最终通过转子位置确定模块33根据所述位置计算公式及所述当前控制周期校正的转速校正频率，确定所述电机在下一控制周期内的转子位置角，并将所述下一控制周期作为新的当前控制周期，返回执行转速校正频率的校正操作。本发明实施例三提供的一种永磁同步电机转子位置的检测装置，能够有效的克服电机启动时霍尔位置传感器转子位置检测失效的问题，同时该装置能够对转速校正频率进行持续调节，从而实时准确地实现转子位置角的检测，此外，该装置也使得转子位置角的检测对电机自身参数变化的鲁棒性得到显著增强。进一步地，所述位置计算公式为：其中，n为不小于0的整数，n＝0时，θ(0)设定为0°，表示电机在启动前的转子位置角，且Δf(0)设定为0，表示初始的转速校正频率；n≥1时，n表示当前控制周期，n+1表示所述当前控制周期的下一控制周期，且θ(n)∈[0°，360°)表示当前控制周期n内的转子位置角，Δf(n)表示当前控制周期n内的转速校正频率；fs表示电机运行时的转速频率；fc表示电机转动一周的控制频率。进一步地，所述转速频率校正模块32，具体包括：信号值监测单元，用于监测记录霍尔位置传感器输出端在所述当前控制周期内的当前电平信号值，并获取所述霍尔位置传感器输出端在上一控制周期时的前电平信号值；标志值确定单元，用于根据所述前电平信号值与所述当前电平信号值的比对结果，确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值，并确定所述电机当前的绝对转子位置角；频率校正单元，用于根据所述标志值、绝对转子位置角及设定的转子校正公式，校正所述转速校正频率。在上述优化的基础上，所述标志值确定单元，具体用于：如果所述前电平信号值等于所述当前电平信号值，则确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值为0且所述电机当前不存在绝对转子位置角；如果所述前电平信号值不等于所述当前电平信号值，则确定换向标志位在所述当前控制周期内的标志值为1，并根据设定的信号值位置映射表确定所述电机当前的绝对转子位置角。进一步地，所述转子校正公式为：其中，m为不小于1的整数，m表示当前控制周期，m-1表示当前控制周期的上一控制周期；Δf(m)表示当前控制周期m内的转速校正频率；θ(m)表示当前控制周期m内的转子位置角；θs表示电机当前的绝对转子位置角；s表示换向标志位的标志值；fc表示电机转动一周的控制频率。注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页1 2 3