针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法、装置及介质与流程

1.本发明涉及电涡流传感器技术领域，尤其涉及针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法、装置及介质。


背景技术：

2.车辆大多采用永磁同步电机来进行驱动，在驱动时，需要先检测电机转子的角度位置，以根据角度位置调节电机的直轴电流id以及交轴电流iq，进而改变电机的输出扭矩。电机转子的角度位置一般是采用电涡流传感器来检测，并根据电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号计算正切值，再根据正切值直接通过查表法得到对应的反正切函数值，即电机转子的角度。
3.为了保证检测到的角度足够精确，通常会事先存储一张非常巨大的数据表，以供查询，但由于数据表非常巨大，会涉及到大量的浮点运算，导致电机转子的角度检测非常费时，效率很低。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法、装置及介质，旨在在保证电机转子角度的精度的同时提高检测效率。
6.为实现上述目的，本发明提供一种针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法包括以下步骤：
7.获取所述电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号；
8.在平面直角坐标系中，获取与所述正弦信号以及余弦信号对应的向量；
9.将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内；
10.采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的所述向量进行旋转，以使旋转后的所述向量逼近所述平面直角坐标系的x轴；
11.根据变换后的所述向量的旋转角度确定所述电机转子的角度。
12.可选地，所述将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内的步骤包括：
13.将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内，以使所述向量与所述x轴的正方向在逆时针方向上的夹角大于0
°
，且小于45
°
。
14.可选地，所述将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内的步骤之后，所述方法还包括：
15.获取变换后的所述向量对应的正切值；
16.在预存的数据表中，检测是否存在与所述正切值相等的预设正切值，其中，所述预存的数据表包括多个所述预设正切值以及与所述预设正切值对应的预设角度；
17.若不存在，则执行所述采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的所述向量进行旋
转的步骤。
18.可选地，所述采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的所述向量进行旋转的步骤包括：
19.在所述预存的数据表的多个预设正切值中，获取小于所述正切值，且与所述正切值的差值最小的目标正切值；
20.按照所述目标正切值对应的预设角度旋转所述向量；
21.将旋转后的所述向量作为变换后的所述向量，并执行所述获取变换后的所述向量对应的正切值的步骤。
22.可选地，所述在预存的数据表中，检测是否存在与所述正切值相等的预设正切值的步骤之后，还包括：
23.若存在，则获取与所述正切值相等的所述预设正切值；
24.根据与所述正切值相等的所述预设正切值对应的预设角度确定所述电机转子的角度。
25.可选地，所述预存的数据表中的预设角度为：θ
i
，与预设角度对应的预设正切值tanθ
i
＝2
‑
i
，其中，i为自然数。
26.可选地，所述获取所述电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号的步骤之后，所述方法还包括：
27.检测所述正弦信号的值以及所述余弦信号的值是否为零；
28.在所述正弦信号的值以及所述余弦信号的值均不为零时，执行所述在平面直角坐标系中，获取与所述正弦信号以及余弦信号对应的向量的步骤，其中，在所述正弦信号的值为零时，根据所述余弦信号的值的正负确定所述电机转子的角度，在所述余弦信号的值为零时，根据所述正弦信号的值的正负确定所述电机转子的角度。
29.可选地，所述根据变换后的所述向量的旋转角度确定所述电机转子的角度的步骤包括：
30.获取将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内时采用的变换公式；
31.根据变换后的所述向量的旋转角度以及所述变换公式确定所述电机转子的角度。
32.此外，为实现上述目的，本发明还提供一种针对电涡流传感器的电机转子角度检测装置，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序被所述处理器执行时实现如上所述中任一项所述的针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法的步骤。
33.此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序被处理器执行时实现如上所述中任一项所述的针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法的步骤。
34.本发明实施例提出的针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法、装置及介质，获取电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号；在平面直角坐标系中，获取与正弦信号以及余弦信号对应的向量；将向量变换至平面直角坐标系的第一象限内；采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的向量进行旋转，以使旋转后的向量逼近平面直角坐标系的x轴；根
据变换后的向量的旋转角度确定电机转子的角度。本发明通过坐标旋转数字计算方法来计算电机转子的角度，避免了在非常巨大的数据表中进行查询，且通过将正余弦信号对应的向量变换至第一象限内进行计算，减小了坐标旋转数字计算方法的迭代次数，简化了计算，在保证电机转子角度的精度的同时，极大地提高了电机转子角度的检测效率。
附图说明
35.图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图；
36.图2为本发明针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法的一实施例的流程示意图；
37.图3为本发明针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法另一实施例的流程示意图；
38.图4为本发明针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法再一实施例的流程示意图；
39.图5为本发明传感器输出的正弦信号和余弦信号的一种示意图；
40.图6为本发明将向量变换至平面直角坐标系的第一象限内的转换关系示意图；
41.图7为本发明采用坐标旋转数字计算方法对向量进行旋转的一种示意图；
42.图8为本发明在0
°
至45
°
内的向量迭代旋转示意图；
43.图9为本发明角度计算模型的一种示意图。
44.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
45.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
46.本发明实施例提供一种解决方案，通过坐标旋转数字计算方法来计算电机转子的角度，避免了在非常巨大的数据表中进行查询，且通过将正余弦信号对应的向量变换至第一象限内进行计算，减小了坐标旋转数字计算方法的迭代次数，简化了计算，在保证电机转子角度的精度的同时，极大地提高了电机转子角度的检测效率。
47.如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。
48.本发明实施例终端为针对电涡流传感器的电机转子角度检测装置。
49.如图1所示，该终端可以包括：处理器1001，例如cpu、dsp、mcu等，通信总线1002，存储器1003。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。存储器1003可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non
‑
volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1003可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
50.本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
51.如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1003中可以包括针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序。
52.在图1所示的终端中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，并执
行以下操作：
53.获取所述电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号；
54.在平面直角坐标系中，获取与所述正弦信号以及余弦信号对应的向量；
55.将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内；
56.采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的所述向量进行旋转，以使旋转后的所述向量逼近所述平面直角坐标系的x轴；
57.根据变换后的所述向量的旋转角度确定所述电机转子的角度。
58.进一步地，处理器1001可以调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，还执行以下操作：
59.将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内，以使所述向量与所述x轴的正方向在逆时针方向上的夹角大于0
°
，且小于45
°
。
60.进一步地，处理器1001可以调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，还执行以下操作：
61.获取变换后的所述向量对应的正切值；
62.在预存的数据表中，检测是否存在与所述正切值相等的预设正切值，其中，所述预存的数据表包括多个所述预设正切值以及与所述预设正切值对应的预设角度；
63.若不存在，则执行所述采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的所述向量进行旋转的步骤。
64.进一步地，处理器1001可以调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，还执行以下操作：
65.在所述预存的数据表的多个预设正切值中，获取小于所述正切值，且与所述正切值的差值最小的目标正切值；
66.按照所述目标正切值对应的预设角度旋转所述向量；
67.将旋转后的所述向量作为变换后的所述向量，并执行所述获取变换后的所述向量对应的正切值的步骤。
68.进一步地，处理器1001可以调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，还执行以下操作：
69.若存在，则获取与所述正切值相等的所述预设正切值；
70.根据与所述正切值相等的所述预设正切值对应的预设角度确定所述电机转子的角度。
71.进一步地，处理器1001可以调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，还执行以下操作：
72.检测所述正弦信号的值以及所述余弦信号的值是否为零；
73.在所述正弦信号的值以及所述余弦信号的值均不为零时，执行所述在平面直角坐标系中，获取与所述正弦信号以及余弦信号对应的向量的步骤，其中，在所述正弦信号的值为零时，根据所述余弦信号的值的正负确定所述电机转子的角度，在所述余弦信号的值为零时，根据所述正弦信号的值的正负确定所述电机转子的角度。
74.进一步地，处理器1001可以调用存储器1003中存储的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，还执行以下操作：
75.获取将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内时采用的变换公式；
76.根据变换后的所述向量的旋转角度以及所述变换公式确定所述电机转子的角度。
77.参照图2，在一实施例中，针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法包括以下步骤：
78.步骤s10，获取所述电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号；
79.在本实施例中，电涡流传感器用于检测电机转子的角度位置，电涡流传感器包括一个发射线圈tx和两个接收线圈rx，一个接收线圈是sin接收线圈，另一个接收线圈是cos接收线圈，接收线圈sin和cos形状完全相同，相位差90
°
，sin接收线圈用于输出正弦信号，cos接收线圈用于余弦信号。电涡流传感器内部的振荡电路通过发射线圈tx形成正弦变化内部磁场，两个rx线圈位于振荡磁场中，产生与磁场面积成正比的感应电动势，磁场中导体由于电涡流效应，电涡流磁场与源激励磁场抵消，检测到目标齿盘位置随电机转子角度变化，rx线圈感应电压经过检波、滤波、线性补偿、放大处理最终输出如图5所示的电机转子物理角度对应的正余弦电压信号(vsin和vcos)。
80.可选地，对于sin接收线圈输出的正弦信号以及cos接收线圈输出的余弦信号进行采样，即利用定时器产生固定周期的采样触发信号，触发ad转换器对正弦信号以及余弦信号进行高精度采样，ad转换完成时会产生中断触发dma传输。
81.可选地，在信号采样后，可对采样得到的正弦信号以及余弦信号进行滤波和归一化处理。
82.可选地，在获取到正弦信号以及余弦信号后，可检测正弦信号的值vsin以及余弦信号的值vcos是否为零，若正弦信号的值以及余弦信号的值均不为零，正弦信号与余弦信号对应的向量未与x轴或者y轴重合，因此需要通过坐标旋转数字计算方法来旋转迭代计算电机转子的角度，若正弦信号的值为零，表明正弦信号与余弦信号对应的向量与x轴重合，因此可根据余弦信号的值的正负确定电机转子的角度，例如，在余弦信号的值为负值时，表明正弦信号与余弦信号对应的向量的方向为x轴负方向，电机转子的角度为180
°
，在余弦信号的值为正值时，表明正弦信号与余弦信号对应的向量的方向为x轴正方向，电机转子的角度为0
°
，若余弦信号的值为零，表明正弦信号与余弦信号对应的向量与y轴重合，因此可根据正弦信号的值的正负确定电机转子的角度。
83.步骤s20，在平面直角坐标系中，获取与所述正弦信号以及余弦信号对应的向量；
84.在本实施例中，在得到电涡流传感器输出的正弦信号以及余弦信号之后，采用软件解码的算法来计算电机转子的角度。在软件解码算法中，建立平面直角坐标系，平面直角坐标系包括相互垂直且相交于原点的x轴以及y轴，获取同一时刻采集到的正弦信号的值vsin(即sinθ)以及余弦信号的值vcos(即cosθ)，确定在平面直角坐标系中的坐标点(cosθ，sinθ)，根据原点以及该坐标点即可确定与正弦信号以及余弦信号同时对应的向量，该向量终点的横坐标x＝cosθ，纵坐标y＝sinθ，这样，每一时刻的正弦信号以及余弦信号均同时对应有一个向量，即对应有电机转子此时的角度。
85.步骤s30，将所述向量变换至所述平面直角坐标系的第一象限内；
86.在本实施例中，采用三角函数的转换关系将向量变换至平面直角坐标系的第一象限内，以避免在采用坐标旋转数字计算方法进行迭代旋转时需要从第二象限、第三象限或者第四象限开始将向量旋转至逼近x轴，从而可以极大减小迭代旋转的次数，减少计算量。
80.4482
‑790.2242
‑8100.1122
‑9110.0562
‑
10
99.则旋转方程变为：
[0100][0101]
将要旋转的角度分解成特殊角度，多次旋转后就可逼近真实角度值，即旋转后的向量逼近平面直角坐标系的x轴，由于迭代过程只需要一系列简单旋转运算，处理器运算负荷大大降低。需要说明的是，旋转后的向量逼近平面直角坐标系的x轴是指旋转后的向量是指旋转后的向量近似重合于平面直角坐标系的x轴，可认为旋转后的向量已经与x轴重合，在旋转后的向量越逼近x轴时，最后计算出的电机转子角度的准确度越高。
[0102]
步骤s50，根据变换后的所述向量的旋转角度确定所述电机转子的角度。
[0103]
在本实施例中，变换后的向量的旋转角度指向量在迭代旋转中的总旋转角度，即在迭代旋转达到指定次数或者指定精度后，根据总旋转角度即可确定电机转子的当前角度。
[0104]
可选地，在根据总旋转角度确定电机转子的当前角度时，获取将向量变换至平面直角坐标系的第一象限内时采用的变换公式(即图6中的关系式)，将总旋转角度代入变换公式，即可反向计算电机转子的当前角度。在得到电机转子的当前角度后，可根据当前角度对车辆中的永磁同步电机进行foc(field
‑
oriented control，磁场导向控制)控制。
[0105]
在本实施例公开的技术方案中，通过坐标旋转数字计算方法来计算电机转子的角度，避免了在非常巨大的数据表中进行查询，且通过将正余弦信号对应的向量变换至第一象限内进行计算，减小了坐标旋转数字计算方法的迭代次数，简化了计算，在保证电机转子角度的精度的同时，极大地提高了电机转子角度的检测效率。
[0106]
在另一实施例中，如图3所示，在上述图2所示的实施例基础上，步骤s30之后，还包括：
[0107]
步骤s60，获取变换后的所述向量对应的正切值；
[0108]
在本实施例中，变换后的向量终点的横坐标x＝|cosθ|，纵坐标y＝|sinθ|，变换后的向量对应的正切值tan(x/y)＝|cosθ|/|sinθ|。
[0109]
步骤s70，在预存的数据表中，检测是否存在与所述正切值相等的预设正切值，其中，所述预存的数据表包括多个所述预设正切值以及与所述预设正切值对应的预设角度；
[0110]
步骤s80，若不存在，则执行所述采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的所述向量进行旋转的步骤。
[0111]
在本实施例中，在预存的数据表中，检测存在与正切值相等的预设正切值，即检测变换后的向量对应的角度是否已经存在与预存的数据表中，若存在，则可在预存的数据表中则获取与正切值相等的预设正切值，并将预设正切值对应的预设角度作为变换后的向量对应的角度，这样就无需通过迭代旋转来计算角度，而直接通过查表得到角度，并将变换后的向量对应的角度集合图6中的关系式，得到电机转子的当前实际角度。若不存在，则无法
直接通过查表得到角度，因此可执行采用坐标旋转数字计算方法，将变换后的向量进行旋转，以进行迭代计算的步骤。
[0112]
可选地，预设的数据表如表1所示，在表1中，预设角度为：θ
i
，与预设角度对应的预设正切值tanθ
i
＝2
‑
i
，其中，i为自然数。
[0113]
在本实施例公开的技术方案中，获取变换后的向量对应的正切值，在预存的数据表中，检测是否存在与正切值相等的预设正切值，若不存在，通过迭代旋转计算电机转子当前的实际角度，以简化计算，提高电机转子角度的检测效率。
[0114]
在再一实施例中，如图4所示，在图3实施例所示的基础上，步骤s40包括：
[0115]
步骤s41，在所述预存的数据表的多个预设正切值中，获取小于所述正切值，且与所述正切值的差值最小的目标正切值；
[0116]
在本实施例中，对坐标旋转数字计算方法进行了改进，以减少迭代旋转的次数，保证收敛速度最快。具体地，在预存的数据表的多个预设正切值中，不存在与变换后的向量对应的正切值时，则可在预存的数据表的多个预设正切值中，获取小于变换后的向量对应的正切值，且与变换后的向量对应的正切值的差值最小的预设正切值作为目标正切值，目标正切值为变换后的向量本次旋转时需要旋转的角度。
[0117]
可以理解的是，由于目标正切值为小于变换后的向量对应的正切值的最大预设正切值，因此目标正切值为本次旋转角度的最佳值，且均是采用顺时针旋转(即定向旋转)，因此可更加快速地使旋转后的向量逼近平面直角坐标系的x轴。
[0118]
步骤s42，按照所述目标正切值对应的预设角度旋转所述向量；
[0119]
步骤s43，将旋转后的所述向量作为变换后的所述向量，并执行所述获取变换后的所述向量对应的正切值的步骤。
[0120]
在本实施例中，如图8所示，在按照目标正切值对应的预设角度旋转向量后，进行迭代计算，即是将旋转后的向量作为变换后的向量，重新获取变换后的向量对应的正切值，并重新检测在预存的数据表中，检测是否存在与变换后的向量对应的正切值相等的预设正切值，若不存在，则再次进行旋转，通过多次旋转使得旋转后的向量逐渐逼近平面直角坐标系的x轴，提高电机转子角度的检测精度。
[0121]
可选地，预设的数据表如表1所示，在表1中，预设角度为：θ
i
，与预设角度对应的预设正切值tanθ
i
＝2
‑
i
，其中，i为自然数。
[0122]
在本实施例公开的技术方案中，在迭代旋转时，将旋转角度取值为小于变换后的向量对应的正切值的最大预设正切值，以实现最佳角度的定向旋转，提高收敛速度，提高电机转子角度的检测效率。
[0123]
在一示例性说明中，如图9所示，在上述图2至图4任一实施例的基础上，计算过程主要分为以下步骤：
[0124]
1、相位判断：根据sin信号(vsin)/cos信号(vcos)的正负性判断其所在象限。
[0125]
2、预处理：只取绝对值，仅在第一象限内进行旋转计算。
[0126]
3、将角度计算变换到0～45
°
内：根据绝对值大小选择计算arctan|vcos/vsin|还是arctan|vsin/vcos|
[0127]
4、旋转核子模块：基于最优角度选择，利用旋转算法，迭代计算到预期精度。
[0128]
5、相位修正：将迭代结果对应到实际的0～360
°
。
[0129]
本方案具有以下优点：
[0130]
1、利用变换的思想，将0～360
°
内的反正切计算变换为0～45
°
范围内的反正切计算，极大简化了计算；
[0131]
2、在旋转之前进行最优角度选择，并且采用定向旋转，避免盲目旋转，可以极大减少旋转次数，提高收敛速度；
[0132]
3、坐标旋转迭代算法理论可靠，计算速度快，只需要存储一张十几个点的表，内存占用小；
[0133]
4、采用的迭代算法，数值稳定，保证收敛且精度可以任意设置；
[0134]
5、在电机转速较高的实际应用场景下，可以实时解码，及时响应。
[0135]
此外，本发明实施例还提出一种针对电涡流传感器的电机转子角度检测装置，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序被所述处理器执行时实现如上各个实施例所述的针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法的步骤。
[0136]
此外，本发明实施例还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序，所述针对电涡流传感器的电机转子角度检测程序被处理器执行时实现如上各个实施例所述的针对电涡流传感器的电机转子角度检测方法的步骤。
[0137]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0138]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0139]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0140]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。