电机转子初始位置检测方法和装置与流程

本发明涉及电机控制，具体涉及一种电机转子初始位置检测方法和装置。

背景技术：

1、电机转子初始位置的确定在某些场景下是不可或缺的，例如增量式编码器启动时需要避免上电运动寻零抖动或启动抖动失稳，电机无位置传感器低速启动、极性辨识运行需要初始位置信息，电机现场或台架需要静态矫正零位等。

2、为检测电机转子的初始位置，目前常用的方式主要有高频脉振注入法、高频旋转注入法、脉冲初始位置识别法等。高频脉振注入法和高频旋转注入法往往需要采用滤波器，算法中角度收敛较慢，检测耗时较长，且在信号注入时会出现明显噪声。脉冲初始位置识别法通过施加特定方向的直流电压脉冲来估算电机转子位置，在注入时角度即存在很大误差，难以满足对电机转子角度定位的精确性要求。

技术实现思路

1、本发明为解决上述技术问题，提供了一种电机转子初始位置检测方法和装置，能够快速、精确地检测电机转子的初始位置，且能够有效避免检测过程中的噪声。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种电机转子初始位置检测方法，包括以下步骤：s1，通过多角度的电压矢量注入进行电机转子的粗定位，得到电机转子的粗角度；s2，在所述粗角度的基础上，以q轴电流幅值最小化作为收敛判据，进行变步长的极值搜索，得到所述电机转子的精细角度；s3，对所述精细角度进行极性辨识，确认所述电机转子的最终角度，以得到所述电机转子的初始位置。

4、根据本发明实施例的电机转子初始位置检测方法，首先通过多角度的电压矢量注入进行电机转子的粗定位，然后在粗定位的基础上以q轴电流幅值最小化作为收敛判据进行变步长的极值搜索，最后对搜索得到的精细角度进行极性辨识，确认电机转子的最终角度，由此，相对于高频注入而言，仅需要少量次数的电压矢量注入，用时较短，且不会出现明显的振动和噪声；通过在粗定位的基础上进行变步长的极值搜索和极性辨识，能够保证位置检测的精确度，从而能够快速、精确地检测电机转子的初始位置，且能够有效避免检测过程中的噪声。

5、另外，根据本发明上述实施例提出的电机转子初始位置检测方法还可以具有如下附加的技术特征：

6、步骤s1具体包括：在磁场定向控制中，注入第一角度的电压矢量，采集所述第一角度下的三相电流；注入第二角度的电压矢量，采集所述第二角度下的三相电流，其中，所述第二角度与所述第一角度相差180°；根据所述第一角度与所述第二角度下同相电流的大小关系、所述第一角度下相邻相电流的大小关系判断所述电机转子所处的90°角范围；注入第i角度的电压矢量，采集所述第i角度下的三相电流，根据所述第i角度下相邻相电流的大小关系判断所述电机转子所处的90°/2i-2角范围，其中，所述第i角度为所述电机转子所处的90°/2i-3角范围的中心角度，i取3至n的整数，n为粗定位中电压注入的总次数；以所述电机转子所处的90°/2n-2角范围内的任一角度值作为所述粗角度。由此，能够方便、快速、准确地实现电机转子电角度的粗定位。

7、步骤s2具体包括：在第j轮，注入基础角度与x°/2j-1之和的电压矢量，获取q轴电流幅值，并注入所述基础角度与x°/2j-1之差的电压矢量，获取q轴电流幅值，比较该两个q轴电流幅值，以q轴电流幅值较小的注入角度作为第j+1轮的基础角度，其中，x°为初始角度步长，j取1至m的整数，m为实际极值搜索的总轮次，第一轮的基础角度等于所述粗角度；以第m+1轮的基础角度作为所述精细角度。通过比较双边偏移的q轴电流幅值，是一种差分比较方式，相对于相关技术的脉冲法而言，共模干扰相互抵消，不易受电压或温度波动的干扰，抗扰性和稳定性较好。

8、步骤s3具体包括：向所述精细角度的方向施加正向电压，获取峰值电流矢量幅值；向所述精细角度加上180°的方向施加反向电压，获取峰值电流矢量幅值；根据该两个峰值电流矢量幅值的大小关系判断转子极性是否正确；如果转子极性正确，则将所述精细角度确定为所述电机转子的最终角度；如果转子极性不正确，则将所述精细角度加上180°确定为所述电机转子的最终角度。由此，能够方便、有效地辨识转子极性，避免检测的位置相反。

9、进一步地，所述的电机转子初始位置检测方法还包括：分别获取每次注入电压矢量时的三相电流；在多次注入不同角度的电压矢量后，获取多次注入不同角度的电压矢量时各相电流的最大值；根据各相电流的最大值判断是否出现断路故障和断路故障所在的相。由此，可在电机转子初始位置检测的过程中进行断路检测，不依赖于单次注入电压的角度，而是取各相在整个注入序列中的最大值，覆盖0°至360°全角度区间，消除了转子位置处于过零点导致的误判问题，且无需额外检测时间，从而方便、准确地检测出具体某相的断路故障。

10、进一步地，多次执行步骤s1至s3中的至少一个步骤，以对该至少一个步骤得到的结果进行置信度校验。由此，能够保障电机转子初始位置检测的成功率，并进一步提高电机转子初始位置检测的精确度。

11、一种电机转子初始位置检测装置，包括：粗定位模块，所述粗定位模块用于通过多角度的电压矢量注入进行电机转子的粗定位，得到电机转子的粗角度；极值搜索模块，所述极值搜索模块用于在所述粗角度的基础上，以q轴电流幅值最小化作为收敛判据，进行变步长的极值搜索，得到所述电机转子的精细角度；极性辨识模块，所述极性辨识模块用于对所述精细角度进行极性辨识，确认所述电机转子的最终角度，以得到所述电机转子的初始位置。

12、根据本发明实施例的电机转子初始位置检测装置，首先通过多角度的电压矢量注入进行电机转子的粗定位，然后在粗定位的基础上以q轴电流幅值最小化作为收敛判据进行变步长的极值搜索，最后对搜索得到的精细角度进行极性辨识，确认电机转子的最终角度，由此，相对于高频注入而言，仅需要少量次数的电压矢量注入，用时较短，且不会出现明显的振动和噪声；通过在粗定位的基础上进行变步长的极值搜索和极性辨识，能够保证位置检测的精确度，从而能够快速、精确地检测电机转子的初始位置，且能够有效避免检测过程中的噪声。

13、另外，根据本发明上述实施例提出的电机转子初始位置检测装置还可以具有如下附加的技术特征：

14、所述粗定位模块具体用于：在磁场定向控制中，注入第一角度的电压矢量，采集所述第一角度下的三相电流；注入第二角度的电压矢量，采集所述第二角度下的三相电流，其中，所述第二角度与所述第一角度相差180°；根据所述第一角度与所述第二角度下同相电流的大小关系、所述第一角度下相邻相电流的大小关系判断所述电机转子所处的90°角范围；注入第i角度的电压矢量，采集所述第i角度下的三相电流，根据所述第i角度下相邻相电流的大小关系判断所述电机转子所处的90°/2i-2角范围，其中，所述第i角度为所述电机转子所处的90°/2i-3角范围的中心角度，i取3至n的整数，n为粗定位中电压注入的总次数；以所述电机转子所处的90°/2n-2角范围内的任一角度值作为所述粗角度。由此，能够方便、快速、准确地实现电机转子电角度的粗定位。

15、所述极值搜索模块具体用于：在第j轮，注入基础角度与x°/2j-1之和的电压矢量，获取q轴电流幅值，并注入所述基础角度与x°/2j-1之差的电压矢量，获取q轴电流幅值，比较该两个q轴电流幅值，以q轴电流幅值较小的注入角度作为第j+1轮的基础角度，其中，x°为初始角度步长，j取1至m的整数，m为实际极值搜索的总轮次，第一轮的基础角度等于所述粗角度；以第m+1轮的基础角度作为所述精细角度。通过比较双边偏移的q轴电流幅值，是一种差分比较方式，相对于相关技术的脉冲法而言，共模干扰相互抵消，不易受电压或温度波动的干扰，抗扰性和稳定性较好。

16、所述极性辨识模块具体用于：向所述精细角度的方向施加正向电压，获取峰值电流矢量幅值；向所述精细角度加上180°的方向施加反向电压，获取峰值电流矢量幅值；根据该两个峰值电流矢量幅值的大小关系判断转子极性是否正确；如果转子极性正确，则将所述精细角度确定为所述电机转子的最终角度；如果转子极性不正确，则将所述精细角度加上180°确定为所述电机转子的最终角度。由此，能够方便、有效地辨识转子极性，避免检测的位置相反。

17、所述的电机转子初始位置检测装置还包括：断路检测模块，所述断路检测模块用于分别获取每次注入电压矢量时的三相电流，在多次注入不同角度的电压矢量后，获取多次注入不同角度的电压矢量时各相电流的最大值，根据各相电流的最大值判断是否出现断路故障和断路故障所在的相。由此，可在电机转子初始位置检测的过程中进行断路检测，不依赖于单次注入电压的角度，而是取各相在整个注入序列中的最大值，覆盖0°至360°全角度区间，消除了转子位置处于过零点导致的误判问题，且无需额外检测时间，从而方便、准确地检测出具体某相的断路故障。

18、所述的电机转子初始位置检测装置还包括：校验模块，所述校验模块用于对所述粗定位模块、所述极值搜索模块、所述极性辨识模块中的至少一个多次执行其功能的结果进行置信度校验。由此，能够保障电机转子初始位置检测的成功率，并进一步提高电机转子初始位置检测的精确度。