一种电机初始位置角的校准方法及装置与流程

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机初始位置角的校准方法及装置。

背景技术：

永磁同步电机的起动与矢量控制需要知道转子磁极的初始位置角，在现有技术中，往往使用机械的方式来调整初始位置角。

需要说明的是，通过上述机械方式获取到的初始位置角往往不够精确，会严重影响转子转动时位置的计算，以致无法正确完成电机控制的其它一系列算法，将造成电机运转的紊乱，使之无法进入正常运行，在具体应用场景下还会影响四轮电动车的性能。

技术实现要素：

本发明提供了一种电机初始位置角的校准方法，该方法包括：确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转；以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度；根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准。

进一步地，以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度的步骤包括：在增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；其中，以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度的步骤包括：增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度。

进一步地，根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数、电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准的步骤包括：根据第一相位角以及第二相位角按照如下公式生成相位角度偏差值：Δθ＝(θ1+θ2)/2-90；其中，θ1为第一相位角，θ2为第二相位角，Δθ为相位角度偏差值；根据电机的极对数n以及电机的旋转变压器的极对数m按照如下公式生成变比系数K：K＝4096*m/360*n；根据相位角度偏差值Δθ以及变比系数K按照如下公式生成电机初始位置角偏差值Δθ0：Δθ0＝Δθ*K；根据电机初始位置角偏差值Δθ0对预设电机初始位置角进行校准，生成校准后的第一电机初始位置角。

进一步地，根据电机初始位置角偏差值Δθ0对电机初始位置角进行校准，生成校准后的第一电机初始位置角的步骤包括：根据电机初始位置角偏差值Δθ0以及电机初始位置角按照如下公式生成校准后的第一初始位置角：θ0±Δθ0＝θa或θb；θa或θb为校准后的第一初始位置角，θ0为预设电机初始位置角。

进一步地，在生成校准后的第一电机初始位置角之后，方法还包括：

以电流控制模式控制电机按照第一电机初始位置角正转；在增大电机的相电流至目标相电流并增加电机的相位角至预设相位角的情况下，若检测到电机的转速值为零，则判定第一电机初始位置角为电机的标准初始位置角。

根据本发明的另一方面，提供了一种电机初始位置角的校准装置，该装置包括：确定单元，用于确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转；第一控制单元，用于以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；第二控制单元，用于以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度；校准单元，用于根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准。

进一步地，第一控制单元包括：第一调节模块，用于在增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；其中，第二控制单元包括：第二调节模块，用于在增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度。

进一步地，其特征在于，校准单元包括：第一计算模块，用于根据第一相位角以及第二相位角按照如下公式生成相位角度偏差值：Δθ＝(θ1+θ2)/2-90；其中，θ1为第一相位角，θ2为第二相位角，Δθ为相位角度偏差值；第二计算模块，用于根据电机的极对数n以及电机的旋转变压器的极对数m按照如下公式生成变比系数K：K＝4096*m/360*n；第三计算模块，用于根据相位角度偏差值Δθ以及变比系数K按照如下公式生成电机初始位置角偏差值Δθ0：Δθ0＝Δθ*K；

生成模块，用于根据电机初始位置角偏差值Δθ0对预设电机初始位置角进行校准，生成校准后的第一电机初始位置角。

进一步地，生成模块包括：第四计算模块，用于根据电机初始位置角偏差值Δθ0以及电机初始位置角按照如下公式生成校准后的第一初始位置角：θ0±Δθ0＝θa或θb；θa或θb为校准后的第一初始位置角，θ0为预设电机初始位置角。

进一步地，装置还包括：第三控制单元，用于以电流控制模式控制电机按照第一电机初始位置角正转；判定单元，用于在增大电机的相电流至目标相电流并增加电机的相位角至预设相位角的情况下，若检测到电机的转速值为零，则判定第一电机初始位置角为电机的标准初始位置角。

本发明提供了一种电机初始位置角的校准方法及装置，该方法包括：确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转；以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度；根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准。解决了现有技术中通过机械的方式获取到的电机初始位置角不精确的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据本发明实施例一的电机初始位置角的校准方法的流程图；

图2是根据本发明实施例一的电机初始位置角的校准方法的流程图；以及

图3是根据本发明实施例二的电机初始位置角的校准装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例一

本发明提供了一种电机初始位置角的校准方法，如图1所示，该方法可以包括：

步骤S12，确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转。

具体的，在本方案中，上述电机可以为永磁同步电机，上述永磁同步电机的极对数可以为n，旋转变压器的极对数可以为m。本方案可以由工作人员给定或者是预设一个初始位置角即上述预设电机初始位置角θ0，使得电机能够用电压控制模式正转。

需要说明的是，上述初始电角度可以自定义灵活设定，在本方案中，粗调初始位置角，使电机在电压控制模式下能够正转，判定转子磁极所在电角度的区间，电机在矢量控制算法下，由每次控制周期采集回来的三相电流进行坐标转换，合成两个互相垂直的分量，其中一个分量方向和转子永磁体的N-S极平行(重合)，该分量称为直轴分量Id，另一个分量方向垂直于转子永磁体的N-S极，该分量称为交轴分量Iq，只在直轴分量上注入电流，而交轴分量上不注入电流。矢量控制算法为本领域技术人员所公知的算法，在此不再详细赘述。

步骤S14，以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度。

具体的，在给定预设电机初始位置角之后，本方案可以用电流控制模式驱动电机，并且调节电机的相位角和相电流，在相位角达到第一相位角时，电机正转的转速值能稳定在一个固定的速度即目标速度。

可选地，本方案可以给定相电流，相位角，使电机能够正转，本方案可以加大相电流至I1，调整相位角为θ1，使电机正转并能够稳定在固定的转速上，需要说明的是，上述固定的转速为上述目标速度，例如，相电流逐步加至30A，调节相位角为θ1，使电机转速稳定在+300转/分。在电机稳定速度之后，本方案可以记录调好的相位角θ1即上述第一相位角。

步骤S16，以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度。

具体的，在本方案中，本方案可以给定相电流，相位角，使电机能够反转，本方案可以加大相电流至I1，调整相位角为θ2，(即上述第二相位角)，使电机反转并能够稳定在S14相同的转速上即上述目标速度。例如，相电流逐步加至30A，调节相位角为θ2，使电机转速稳定在-300转/分，在电机稳定速度之后，本方案可以记录调好的相位角θ2即上述第二相位角。

需要说明的是，在本方案中，可以记录电机中当前编码器的相位角，并且将电机MCU的增量式编码器接口对应的寄存器的值设为初始电角度的数值。由于编码器是作为电机的速度位置反馈传感器，此时记录当前编码器的绝对位置数值。电机的微控制单元MCU选择自带增量式编码器接口的MCU，有一个负责对该增量式编码器接口进行计数的时钟，用于计数增量式编码器接口捕捉到的脉冲个数，个数会存储在寄存器内。例如编码器旋转一圈输出4096个脉冲对应360度机械角度，那么该寄存器将会存储4096(若是m倍频功能，则相应的记录实际是4096*n，程序代码会根据读到的脉冲个数自动转成实际的角度值)。

步骤S18，根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准。

具体的，在记录好上述θ1以及θ2之后，本方案可以根据θ1、θ2、电机的极对数n以及旋转变压器的极对数m对上述预设电机初始位置角θ0进行校准，以初步得到校准后的初始位置角，需要说明的是，通过本方法获得的校准之后的电机初始位置角与现有技术相比，更加精确。

本方案，通过确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转；以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度；根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准，解决了现有技术中通过机械的方式获取到的电机初始位置角不精确的问题。

可选地，步骤S14以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度的步骤可以包括：

步骤S141，在增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度。

其中，步骤S16以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度的步骤可以包括：

步骤S161，增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度。

可选地，步骤S18根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数、电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准的步骤可以包括：

步骤S181，根据第一相位角以及第二相位角按照如下公式生成相位角度偏差值：Δθ＝(θ1+θ2)/2-90；其中，θ1为第一相位角，θ2为第二相位角，Δθ为相位角度偏差值。

步骤S182，根据电机的极对数n以及电机的旋转变压器的极对数m按照如下公式生成变比系数K：K＝4096*m/360*n。

具体的，极对数为n的电机就有n个机械零点，该n可以是2、3、4或者其他。极对数为m的旋转变压器，该m可以是2、3、4或者其它。

步骤S184，根据相位角度偏差值Δθ以及变比系数K按照如下公式生成电机初始位置角偏差值Δθ0：Δθ0＝Δθ*K。

步骤S185，根据电机初始位置角偏差值Δθ0对预设电机初始位置角进行校准，生成校准后的第一电机初始位置角。

可选地，步骤S185根据电机初始位置角偏差值Δθ0对电机初始位置角进行校准，生成校准后的第一电机初始位置角的步骤可以包括：

步骤S1851，根据电机初始位置角偏差值Δθ0以及电机初始位置角按照如下公式生成校准后的第一初始位置角：θ0±Δθ0＝θa或θb；θa或θb为校准后的第一初始位置角，θ0为预设电机初始位置角。

可选地，在步骤S185生成校准后的第一电机初始位置角之后，本方法还可以包括：

步骤S186，以电流控制模式控制电机按照第一电机初始位置角正转。

步骤S187，在增大电机的相电流至目标相电流并增加电机的相位角至预设相位角的情况下，若检测到电机的转速值为零，则判定第一电机初始位置角为电机的标准初始位置角。

具体的，在本方案中，在校准初始位置角生成第一电机初始位置角之后，可以对上述第一电机初始位置角进行验证，本方案可以给定第一电机初始初始位置角θa，依旧用电流控制模式，给定相位角相电流，使电机能够正转，例如，相电流加至30A，相位角加至90度，电机转速会迅速减小至0，即使再加电流电机也无法旋转，说明这个第一电机初始位置角θa为正确的初始位置角即标准初始位置角，需要说明的是，若θa不正确，则给定初始位置角θb，参照步骤S187再次验证初始位置角θb。

需要说明的是，如果电机停转说明当前定子磁场方向和转子磁极位置中心线重合，辨识过程结束。如果电机顺时针旋转，说明电机当前Id产生的定子磁场牵引着转子顺时针方向旋转，表示θ处于[θ,θa]之间。如果电机逆时针旋转，说明电机当前Id产生的定子磁场牵引着转子逆时针方向旋转，表示θ处于[θ,θb]之间。

优选地，本发明实施例还提供了一种电机初始位置角的辨识方法，该方法基于极对数为n的电机，极对数为m的旋转变压器，如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤210，设定初始位置角θ0。

步骤211，以电压控制模式控制电机运转。

步骤212，判断电机是否能够正转，在是的情况下，执行步骤213，在否的情况下，执行步骤210。

步骤213，以电流控制模式控制电机运转。

步骤214，将相电流增加至30A。

步骤215，调节相位角。

步骤216，判断电机是否匀速正转300转/分，在是的情况下，执行步骤217，在否的情况下，执行步骤215。

步骤217，记录相位角为θ1。

步骤218，以电流控制模式控制电机反转。

步骤219，增加相电流至30A。

步骤220，调节相位角。

步骤221，判断电机是否匀速反转300转/分，在是的情况下，执行步骤222，在否的情况下，执行步骤220。

步骤222，记录当前相位角θ2。

步骤223，确定电机极对数n，旋变极对数m。

步骤224，根据上述电机极对数n，旋变极对数m计算得到系数K。

步骤225，由θ0、θ1、θ2、系数K计算初始位置角θa或θb。

步骤226，验证角度，设定初始位置角。

步骤227，调节相电流至30A，调节相位角至90°。

步骤228，判断电机转速是否降为0，在是的情况下，执行步骤229，在否的情况系下，执行步骤229。

步骤229，初始位置角校准成功。

实施例二

本实施例提供了一种电机初始位置角的校准装置，上述装置可以用于执行上述实施例一的方法，如图3所示，该装置可以包括：

确定单元32，用于确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转。第一控制单元34，用于以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度。第二控制单元36，用于以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度。校准单元38，用于根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准。

本方案，通过上述装置，确定预设电机初始位置角，其中，电机在电压控制模式下能够按照预设电机初始位置角正转；以电流控制模式控制电机正转，调节电机的相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；以电流控制模式控制电机反转，调节电机的相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度；根据第一相位角、第二相位角、电机的极对数和电机的旋转变压器的极对数对预设电机初始位置角进行校准，解决了现有技术中通过机械的方式获取到的电机初始位置角不精确的问题。

可选地，第一控制单元可以包括：第一调节模块，用于在增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第一相位角，使得电机正转的转速值达到目标速度；其中，第二控制单元可以包括：第二调节模块，用于在增大电机的相电流至目标相电流的情况下，调节相位角至第二相位角，使得电机反转的转速值达到目标速度。

可选地，校准单元可以包括：第一计算模块，用于根据第一相位角以及第二相位角按照如下公式生成相位角度偏差值：Δθ＝(θ1+θ2)/2-90；其中，θ1为第一相位角，θ2为第二相位角，Δθ为相位角度偏差值；第二计算模块，用于根据电机的极对数n以及电机的旋转变压器的极对数m按照如下公式生成变比系数K：K＝4096*m/360*n；第三计算模块，用于根据相位角度偏差值Δθ以及变比系数K按照如下公式生成电机初始位置角偏差值Δθ0：Δθ0＝Δθ*K；生成模块，用于根据电机初始位置角偏差值Δθ0对预设电机初始位置角进行校准，生成校准后的第一电机初始位置角。

可选地，生成模块可以包括：第四计算模块，用于根据电机初始位置角偏差值Δθ0以及电机初始位置角按照如下公式生成校准后的第一初始位置角：θ0±Δθ0＝θa或θb；θa或θb为校准后的第一初始位置角，θ0为预设电机初始位置角。

可选地，装置还可以包括：第三控制单元，用于以电流控制模式控制电机按照第一电机初始位置角正转；判定单元，用于在增大电机的相电流至目标相电流并增加电机的相位角至预设相位角的情况下，若检测到电机的转速值为零，则判定第一电机初始位置角为电机的标准初始位置角。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。