获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法和装置与流程

本申请涉及电机控制技术，尤其涉及一种获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法和装置。

背景技术：

永磁同步电机因其高转矩惯性比，高能量密度和高效率等优点而得到了广泛的应用。目前，永磁同步电机大量应用于各种各样的传动系统，比如电动自行车、电动汽车，大功率的永磁同步电机传动系统也应用到了高铁传动系统。

实现永磁同步电机的高性能控制需要精确地检测出转子的初始位置角。目前，大多数传动系统采用绝对式编码器、uvw编码器、旋转变压器等获取转子的初始位置角，成本较高。还有的通过对永磁同步电机注入高频电压信号，提取反馈电流的基频信号分量，对永磁同步电机的转子初始位置角进行估算，该方法算法复杂，用时较长。

技术实现要素：

本申请提供一种获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法和装置，以克服现有技术中获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法成本高和用时长的技术问题。

第一方面，本申请涉及一种获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法，包括：

获取在永磁同步电机的第一相和第二相之间施加第一电压激励后对应的第一电流响应值；

根据所述第一电压激励对应的电压值和角频率，以及所述第一电流响应值得到转子的n级与所述永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角；

若第一夹角和第二夹角不相同，获取在永磁同步电机的第一相和第三相之间施加第二电压激励后对应的第二电流响应值，获取在永磁同步电机的第二相和第三相之间施加第三电压激励后对应的第三电流响应值；

根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从所述第一夹角和第二夹角中确定所述永磁同步电机的转子初始位置角

如上所述的方法，所述第一相为u相，根据所述第一电压激励对应的电压值和角频率，以及所述第一电流响应值得到转子的n级与所述永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角，包括：

根据所述永磁同步电机的定子电感、所述第一电流响应值、所述第一电压激励对应的电压值和角频率、所述永磁同步电机的永磁磁链，得到所述第一夹角和所述第二夹角。

如上所述的方法，根据所述永磁同步电机的定子电感、所述第一电流响应值、所述第一电压激励对应的电压值和角频率、所述永磁同步电机的永磁磁链，得到所述第一夹角和所述第二夹角，包括：

获取所述永磁同步电机的定子电感与所述第一电流响应值的第一乘积；

获取所述第一乘积与所述第一电压激励对应的电压值的差值；

获取所述第一电压激励对应的角频率与所述永磁同步电机的永磁磁链的第二乘积；

对所述差值与所述第二乘积的比值进行反正弦计算，得到所述第一夹角和所述第二夹角。

如上所述的方法，所述第一夹角大于等于0度且小于等于180度，所述第二夹角大于等于180度且小于等于360度，所述根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从所述第一夹角和所述第二夹角中确定所述永磁同步电机的初始位置角，包括：

若第二电流响应值大于所述第三电流响应值，则确定所述永磁同步电机的转子初始位置角为所述第一夹角；

若第二电流响应值小于第三电流响应值，则确定所述永磁同步电机的转子初始位置角为所述第二夹角。

如上所述的方法，所述第一电压激励对应的电压值为所述永磁同步电机的额定电压的0.5倍；所述第一电压激励对应的角频率为所述永磁同步电机的额定频率。

第二方面，本申请提供一种获取永磁同步电机的转子初始位置角的装置，包括：

电流获取模块，用于在永磁同步电机的第一相和第二相之间施加第一电压激励，得到第一电流响应值；

角度获取模块，用于根据所述第一电压激励对应的电压值和角频率，以及所述第一电流响应值得到转子的n级与所述永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角；

若所述第一夹角和所述第二夹角不相同，所述电流获取模块，还用于在所述永磁同步电机的第一相和第三相之间施加第二电压激励，得到第二电流响应值，在永磁同步电机的第二相和第三相之间施加第三电压激励，得到第三电流响应值；

角度确定模块，用于根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从所述第一夹角和所述第二夹角中确定所述永磁同步电机的转子初始位置角。

如上所述的装置，所述第一相为u相，所述角度获取模块，具体用于：

根据所述永磁同步电机的定子电感、所述第一电流响应值、所述第一电压激励对应的电压值和角频率、所述永磁同步电机的永磁磁链，得到所述第一夹角和所述第二夹角。

如上所述的装置，所述角度获取模块，具体用于：

获取所述永磁同步电机的定子电感与所述第一电流响应值的第一乘积；

获取所述第一乘积与所述第一电压激励对应的电压值的差值；

获取所述第一电压激励对应的角频率与所述永磁同步电机的永磁磁链的第二乘积；

对所述差值与所述第二乘积的比值进行反正弦计算，得到所述第一夹角和所述第二夹角。

如上所述的装置，所述第一夹角大于等于0度且小于等于180度，所述第二夹角大于等于180度且小于等于360度，所述角度确定模块，具体用于：

若第二电流响应值大于所述第三电流响应值，则确定所述永磁同步电机的转子初始位置角为所述第一夹角；

若第二电流响应值小于第三电流响应值，则确定所述永磁同步电机的转子初始位置角为所述第二夹角。

如上所述的装置，所述第一电压激励对应的电压值为所述永磁同步电机的额定电压的0.5倍；所述第一电压激励对应的角频率为所述永磁同步电机的额定频率。

本实施例中通过在永磁同步电机的三相中的各两相之间施加电压激励，根据施加电压激励得到的电流响应值得到转子的初始位置角，获取过程方便、省时，且无需绝对式编码器、uvw编码器、旋转变压器等复杂的传感器，只需在三相电缆上各自设置一个电流传感器，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法的流程图；

图2为本申请提供的获取永磁同步电机的转子初始位置角的装置示意图一；

图3为本申请提供的获取永磁同步电机的转子初始位置角的装置的示意图二。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本申请提供的获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤s101、获取在永磁同步电机的第一相和第二相之间施加第一电压激励后对应的第一电流响应值；

步骤s102、根据第一电压激励对应的电压值和角频率，以及第一电流响应值得到转子的n级与永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角；

步骤s103、若第一夹角和第二夹角不相同，获取在永磁同步电机的第一相和第三相之间施加第二电压激励后对应的第二电流响应值，获取在永磁同步电机的第二相和第三相之间施加第三电压激励后对应的第三电流响应值；

步骤s104、根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从第一夹角和第二夹角中确定永磁同步电机的转子初始位置角。

具体地，本实施例中的永磁同步电机的转子初始位置角为转子的n极与永磁同步电机的u相的夹角，本领域技术人员可知转子的n极与永磁同步电机的u相的夹角按不同的方向(顺时针方向或逆时针方向)有两个角度值：大于等于0度且小于等于180度或大于等于180度且小于等于360度，最终的永磁同步电机的转子初始位置角是由转子的磁极方向决定的。

图2为本申请提供的获取永磁同步电机的转子初始位置角的装置示意图一。

参见图2，该装置包括：控制板21、绝缘栅双极晶闸管(insulatedgatebipolartransistor，简称igbt)驱动板22、多个igbt、永磁同步电机23和多个电流传感器。igbt可设置有6个，比如第一igbt231、第二igbt232、第三igbt233、第四igbt234、第五igbt235和第六igbt236；电流传感器可设置有3个，比如第一电流传感器251、第二电流传感器252、第三电流传感器253。

控制板21和igbt驱动板22连接，igbt驱动板22和每个igbt连接，在永磁同步电机的u相电缆、v相电缆和w相电缆上分被设置有一个电流传感器，用于检测施加电压激励后的电流。

本实施例中的第一相可为u相、第二相可为v相，第三相可为w相。

对于步骤s101、获取在永磁同步电机的第一相和第二相之间施加第一电压激励后的第一电流响应值。

比如：在永磁同步电机的u相和v相之间施加第一电压激励，第一电压激励对应的电压值可为永磁同步电机的额定电压的0.5倍，第一电压激励对应的角频率可为永磁同步电机的额定频率。

当在u相和v相之间施加第一电压激励后，设置在u相电缆上的电流传感器检测到第一电流响应值，将第一电流响应值发送至控制板21，控制板21获取到在永磁同步电机的第一相u相和第二相v相之间施加第一电压激励后对应的第一电流响应值；同时，设置在v相电缆上的电流传感器检测到第四电流响应值，其中，u相电缆上的电流传感器检测到的第一电流响应值与v相电缆上的电流传感器检测到的第四电流响应值的大小相等，方向相反。

其中，在u相和v相之间施加第一电压激励的方法为，控制板21获取其自身的供电电压，根据自身的供电电压和所需施加的第一电压激励的电压值，确定脉冲宽度，将该脉冲宽度发送至igbt驱动板，igbt驱动板控制第一igbt231、第三igbt233、第四igbt234和第六igbt236发出该脉冲宽度的脉冲波，即实现了在u相和v相之间施加第一电压激励。

对于步骤s102、控制板21获取到第一电流感应值，根据第一电压激励对应的电压值和角频率，以及第一电流响应值得到转子的n级与永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角，包括：根据永磁同步电机的定子电感、第一电流响应值、第一电压激励对应的电压值和角频率、永磁同步电机的永磁磁链，得到第一夹角和第二夹角。

具体地，根据永磁同步电机的定子电感、第一电流响应值、第一电压激励对应的电压值和角频率、永磁同步电机的永磁磁链，得到第一夹角和第二夹角，包括：

a、获取永磁同步电机的定子电感与第一电流响应值的第一乘积；

b、获取第一乘积与第一电压激励对应的电压值的差值；

c、获取第一电压激励对应的角频率与永磁同步电机的永磁磁链的第二乘积；

d、对该差值与该第二乘积的比值进行反正弦计算，得到第一夹角和第二夹角。

相应地，永磁同步电机的转子绕转子轴做0～360度的旋转运动，当永磁同步电机的转子处于0～360度的不同位置时，对永磁同步电机施加相同的电压激励，永磁同步电机的电流响应因为转子位置的不同而不相同，这种关系见如下公式一：

其中：u为施加在定子上的电压激励，l为电机的定子电感，为第一电流响应值，w为施加在定子上的电压激励的角频率，为永磁同步电机永磁磁链，θ为永磁同步电机转子的n级与永磁同步电机的u相的夹角。

也就是可根据公式一，得到永磁同步电机转子的n级与永磁同步电机的u相的夹角，该夹角的角度值包括第一夹角和第二夹角，其中，第一夹角大于等于0度且小于等于180度，第二夹角大于等于180度且小于等于360度。

对于步骤s103～步骤s104、当第一夹角和第二夹角不相同时，获取在永磁同步电机的第一相u相和第三相w相之间施加第二电压激励后对应的第二电流响应值，获取在永磁同步电机的第二相v相和第三相w相之间施加第三电压激励后对应的第三电流响应值；根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从第一夹角和第二夹角中确定永磁同步电机的转子初始位置角。

具体地，当第一夹角和第二夹角不相同时，为了从第一夹角和第二夹角中确定永磁同步电机的转子初始位置角，需要获知转子的磁极方向，可通过获取在永磁同步电机第一相u相和第三相w相之间施加第二电压激励后对应的第二电流响应值，获取在永磁同步电机第二相v相和第三相w相之间施加第三电压激励后对应的第三电流响应值后，比较第二电流响应值和第三电流响应值的大小得知磁极方向，从而从第一夹角和第二夹角中确定永磁同步电机的转子初始位置角。

具体为：若第一夹角大于等于0度且小于等于180度，第二夹角大于等于180度且小于等于360度，且第二电流响应值大于第三电流响应值，则确定永磁同步电机的初始位置角为第一夹角；若第一夹角大于等于0度且小于等于180度，第二夹角大于等于180度且小于等于360度，且第二电流响应值小于等于第三电流响应值，则确定永磁同步电机的初始位置角为第二夹角。

本领域技术人员可以理解的是，第一夹角和第二夹角可相同，若第一夹角和第二夹角相同，存在两种情况，一种情况为：第一夹角和第二夹角均为0度(其中，第一夹角和第二夹角均为360度与第一夹角和第二夹角均为0度相同)，另一种情况为：第一夹角和第二夹角均为180度，此时，永磁同步电机的转子初始位置角即为第一夹角或者第二夹角，无需进行步骤s103和步骤s104。

其中，当在u相和w相之间施加第二电压激励后，设置在u相电缆上的电流传感器检测到第二电流响应值，将第二电流响应值发送至控制板21；设置在w相电缆上的电流传感器检测到第五电流响应值，其中，u相电缆上的电流传感器检测到的第二电流响应值与w相电缆上的电流传感器检测到的第五电流响应值的大小相等，方向相反。

其中，在u相和w相之间施加第二电压激励的方法为，控制板21获取其自身的供电电压，根据自身的供电电压和所需施加的第二电压激励的电压值，确定脉冲宽度，将该脉冲宽度发送至igbt驱动板，igbt驱动板控制第一igbt231、第二igbt232、第四igbt234和第五igbt235发出该脉冲宽度的脉冲波，即实现了在u相和w相之间施加第二电压激励。

当在v相和w相之间施加第三电压激励后，设置在v相电缆上的电流传感器检测到第三电流响应值，将第三电流响应值发送至控制板21；设置在w相电缆上的电流传感器检测得到第六电流响应值，其中，v相电缆上的电流传感器检测到的第三电流响应值与w相电缆上的电流传感器检测到的第六电流响应值的大小相等，方向相反。

其中，在v相和w相之间施加第三电压激励的方法为，控制板21获取其自身的供电电压，根据自身的供电电压和所需施加的第三电压激励的电压值，确定脉冲宽度，将该脉冲宽度发送至igbt驱动板，igbt驱动板控制第二igbt232、第三igbt233、第五igbt235和第六igbt236发出该脉冲宽度的脉冲波，即实现了在v相和w相之间施加第三电压激励。

本实施例中通过在永磁同步电机的三相中的各两相之间施加电压激励，根据施加电压激励得到的电流响应值得到转子的初始位置角，获取过程方便、省时，且无需绝对式编码器、uvw编码器、旋转变压器等复杂的传感器，只需在三相电缆上各自设置一个电流传感器，成本低。

本实施例的获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法包括：获取在永磁同步电机的第一相和第二相之间施加第一电压激励后对应的第一电流响应值；根据第一电压激励对应的电压值和角频率，以及第一电流响应值得到转子的n级与永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角；若第一夹角和第二夹角不相同，获取在永磁同步电机的第一相和第三相之间施加第二电压激励后对应的第二电流响应值，获取在永磁同步电机的第二相和第三相之间施加第三电压激励后对应的第三电流响应值；根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从第一夹角和第二夹角中确定永磁同步电机的转子初始位置角。本实施例的获取永磁同步电机的转子初始位置角的方法，获取过程方便、省时且成本低。

图3为本申请提供的获取永磁同步电机的转子初始位置角的装置的示意图二，如图3所示，本实施例的装置可以包括：电流获取模块61、角度获取模块62和角度确定模块63。

其中，所述电流获取模块61，用于获取永磁同步电机的第一相和第二相之间施加第一电压激励后对应的第一电流响应值；所述第一电压激励对应的电压值为所述永磁同步电机的额定电压的0.5倍；所述第一电压激励对应的角频率为所述永磁同步电机的额定频率。

所述角度获取模块62，根据所述第一电压激励对应的电压值和角频率，以及所述第一电流响应值得到转子的n级与所述永磁同步电机的第一相之间的第一夹角和第二夹角。

所述电流获取模块61，还用于若第一夹角和第二夹角不相同，获取在所述永磁同步电机的第一相和第三相之间施加第二电压激励后对应的第二电流响应值，获取在永磁同步电机的第二相和第三相之间施加第三电压激励后对应的第三电流响应值。

角度确定模块63，用于根据第二电流响应值和第三电流响应值的大小，从所述第一夹角和第二夹角中确定所述永磁同步电机的转子初始位置角。

所述第一相为u相，所述角度获取模块62，具体用于：根据所述永磁同步电机的定子电感、所述第一电流响应值、所述第一电压激励对应的电压值和角频率、所述永磁同步电机的永磁磁链，得到第一夹角和第二夹角。

所述角度获取模块62，具体用于：

获取所述永磁同步电机的定子电感与所述第一电流响应值的第一乘积；

获取所述第一乘积与所述第一电压激励对应的电压值的差值；

获取所述第一电压激励对应的角频率与所述永磁同步电机的永磁磁链的第二乘积；

对所述差值与所述第二乘积的比值进行反正弦计算，得到第一夹角和第二夹角。

所述角度确定模块63，具体用于：第一夹角大于等于0度且小于等于180度，第二夹角大于等于180度且小于等于360度，若第二电流响应值大于所述第三电流响应值，则确定所述永磁同步电机的转子初始位置角为所述第一夹角；若第二电流响应值小于第三电流响应值，则确定所述永磁同步电机的转子初始位置角为所述第二夹角。

本实施例的装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。