用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的裝置和方法。用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的裝置和方法包括：電源模塊用于至少對(duì)電機(jī)供電；開關(guān)電路用于對(duì)電機(jī)的供電模式進(jìn)行切換，其中每個(gè)供電模式對(duì)應(yīng)于不同的電角度；反饋電路檢測(cè)電機(jī)繞組的電流并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)反饋給控制器；以及控制器基于在不同的供電模式下通過電機(jī)的電流而確定轉(zhuǎn)子角度，其中所述控制器進(jìn)行如下操作：（a）對(duì)反饋的不同的供電模式下通過電機(jī)的電流的各電流值進(jìn)行加權(quán)后比較，從而得到最大電流值及其對(duì)應(yīng)的供電模式；（b）基于最大電流值及其所對(duì)應(yīng)供電模式的前后的兩個(gè)供電模式的電流值，通過使用相似三角形近似方法來計(jì)算得到最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度PA。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子初始位置的裝置和方法。
技術(shù)介紹
永磁無刷電機(jī)BLDCM（brushlessdirectcurrentmotor）或者PMSM（permanentmagnetsynchronousmotor）具有體積小、功率密度高、噪聲小、機(jī)械特性好等特點(diǎn)，它們?cè)谄嚬I(yè)等許多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。因?yàn)榇祟愲姍C(jī)沒有電刷，所以轉(zhuǎn)子位置信息對(duì)控制性能是非常重要的，也就是說需要知道電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子角度。通常的BLDCM或PMSM需要一個(gè)角度位置傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)控制，但是角度位置傳感器大多比較昂貴，增加了電機(jī)的成本，并且在一些場(chǎng)合安裝困難。為了節(jié)約成本并提高系統(tǒng)可靠性，現(xiàn)在廣泛使用用于電機(jī)控制的無傳感器控制。因此無位置傳感器的電機(jī)控制方法成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)和趨勢(shì)。在無位置傳感器的電機(jī)控制方法中，電機(jī)的啟動(dòng)是個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)，其中一個(gè)原因是電機(jī)的啟動(dòng)涉及到電機(jī)初始轉(zhuǎn)子角度，而我們很難準(zhǔn)確地得到初始轉(zhuǎn)子角度。雖然目前存在一些通過運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)來得到初始角度的簡(jiǎn)單的方法（比如以往一些方法通過稍微轉(zhuǎn)動(dòng)一下電機(jī)以獲得這一初始位置），但是在更多的情況下不允許這樣做。因此在許多應(yīng)用中，要求獲得電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)中的轉(zhuǎn)子角度，也就是說能夠在電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始位置變得非常有必要。先前的一些確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子角度的方法，要么非常復(fù)雜，要么得到的位置精度不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了滿足上述需求。本專利技術(shù)可以在電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下用簡(jiǎn)單的方法來得到精確的電機(jī)轉(zhuǎn)子的初始角度位置。本專利技術(shù)的實(shí)施例是基于通過電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的電機(jī)繞組的電流與轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系來得到電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始角度。為了便于理解本專利技術(shù)，在實(shí)施例中使用三相的BLDC或者PMSM作為示例，但并不是限制三相以上的多相電機(jī)同樣適用于本方法。為了便于理解本專利技術(shù)，下面首先對(duì)本文中使用的一些術(shù)語進(jìn)行定義：供電模式，開關(guān)電路（作為示例本文采用了橋式開關(guān)電路，也有文獻(xiàn)稱之為變流器）中上橋?qū)ㄏ聵蜿P(guān)斷定義為1，下橋?qū)ㄉ蠘蜿P(guān)斷定義為0，上下橋同時(shí)關(guān)斷定義為X，12種供電模式可以據(jù)此依次定義為（U相V相W相）：“011、01X、010、X10、110、1X0、100、10X、101、X01、001、0X1”；本文中的電壓矢量角度，假定供電模式中的第一個(gè)電壓矢量所對(duì)應(yīng)的電角度為0度，則當(dāng)三相橋在12個(gè)開關(guān)模式下工作時(shí)，接下來的模式對(duì)應(yīng)的電角度依次分別為30度、60度、90度、……330度；如果是6個(gè)開關(guān)矢量，其對(duì)應(yīng)的角度則分別是0度、60度、120度……300度或者30度、90度、150度……330度。本文將12個(gè)電壓矢量作為示例而不是限制，6個(gè)電壓矢量也適用于本方法。“轉(zhuǎn)子角度”指的是轉(zhuǎn)子與定子之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的角度，通常定義以A相電機(jī)繞組所在位置為0度。根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的一個(gè)方面，一種用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的裝置，包括：電源模塊，用于至少對(duì)電機(jī)進(jìn)行供電；開關(guān)電路（作為示例本文采用了橋式開關(guān)電路，也稱之為變流器，在本專利技術(shù)的一些實(shí)施例中采用針對(duì)三相電機(jī)的三相橋作為示例），用于輸出多個(gè)激勵(lì)信號(hào)對(duì)電機(jī)的供電模式進(jìn)行切換，其中每個(gè)供電模式對(duì)應(yīng)于不同的電角度；反饋電路，檢測(cè)電機(jī)繞組的電流并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)反饋給控制器（例如，在本專利技術(shù)的一些實(shí)施例中反饋電路可以以放大器形式實(shí)現(xiàn)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其它能夠測(cè)量電機(jī)繞組的電流并生成相應(yīng)的反饋信號(hào)，以提供給控制器用的電路，同樣可以應(yīng)用于本專利技術(shù)）；以及控制器，所述控制器基于在不同的供電模式下通過電機(jī)的電流而確定轉(zhuǎn)子角度，其中所述控制器進(jìn)行如下操作：（a）對(duì)反饋的不同的供電模式下通過電機(jī)的電流的各電流值進(jìn)行加權(quán)后比較，從而得到最大電流值及其對(duì)應(yīng)的供電模式；（b）基于最大電流值及其所對(duì)應(yīng)供電模式的前后的兩個(gè)或多個(gè)供電模式的電流值，通過使用相似三角形法來計(jì)算得到最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度PA。在一些實(shí)施例中該兩個(gè)供電模式可以是與該最大電流值所對(duì)應(yīng)的供電模式相鄰的前后各一個(gè)供電模式，也可以是以該最大電流值所對(duì)應(yīng)的供電模式為中心的前后對(duì)稱的前后各一個(gè)供電模式，該兩個(gè)供電模式并不與以該最大電流值所對(duì)應(yīng)的供電模式相鄰。在一些實(shí)施例中可以不用兩個(gè)供電模式，而是使用四個(gè)供電模式，這會(huì)增加運(yùn)算復(fù)雜度。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例的另一方面，一種用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的方法，包括：對(duì)電機(jī)供電；通過激勵(lì)信號(hào)對(duì)電機(jī)的供電模式進(jìn)行切換，其中每個(gè)供電模式對(duì)應(yīng)于不同的電角度；檢測(cè)電機(jī)繞組的電流并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)；以及基于在不同的供電模式下通過電機(jī)的電流來確定轉(zhuǎn)子角度，其中通過如下操作來確定轉(zhuǎn)子角度：（a）對(duì)反饋的不同的供電模式下通過電機(jī)的電流的各電流值進(jìn)行加權(quán)后比較，從而得到最大電流值及其對(duì)應(yīng)的供電模式；（b）基于最大電流值及其所對(duì)應(yīng)供電模式的前后的兩個(gè)或多個(gè)供電模式的電流值，通過使用相似三角形法來計(jì)算得到最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度PA。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施例的又一方面，一種用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的方法，包括如下步驟：（a）輸出激勵(lì)信號(hào)以在一個(gè)供電模式下對(duì)靜止電機(jī)加電；（b）控制器獲取指示通過靜止電機(jī)的電流的反饋信號(hào)；（c）將步驟（a）和（b）重復(fù)N次，N為對(duì)靜止電機(jī)的供電模式的數(shù)目；（d）計(jì)算最大電流值及其前后的兩個(gè)或多個(gè)供電模式的電流值；（e）利用相似三角形法計(jì)算電流最大值處的近似角度；（f）通過線性化方法補(bǔ)償誤差，從而得到電流最大值處的精確角度。附圖說明圖1示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子角度的裝置的示意圖。圖2（A）示出了電機(jī)繞組有電流通過時(shí)的不同位置角度的電感分布。圖2（B）示出了電機(jī)繞組沒有電流通過時(shí)的不同位置角度的電感分布。圖3示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相橋的示意圖。圖4（A）和圖4（B）分別示出了處于兩相供電模式和三相供電模式的電流路徑。圖5示出了按照本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)不同供電模式下的電流加權(quán)后電機(jī)中不同位置角度的電流分布。圖6示出了相似三角形方法的原理圖。圖7-10分別示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的在不同電機(jī)參數(shù)下隨著角度變化的誤差函數(shù)error=PA-θ的曲線。圖11-13示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的分段線性化方法補(bǔ)償誤差的原理圖。圖14示出了根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的方法的流程圖。具體實(shí)施方式圖1是根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例的確定電機(jī)轉(zhuǎn)子角度的裝置的示意圖，電機(jī)（例如BLDC或者PMSM）由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子通常由永磁鐵構(gòu)成，而定子由繞線形成。若選擇PM通量零交叉處為起始位置，則可以使用公式（1）來近似計(jì)算電機(jī)繞組電感隨著位置角度的變化：（1）在公式（1）中Lmk是平均電感,?Lk是由于磁通量引起的最大電感變化,ε是相對(duì)于電流的磁通量的系數(shù),Ik是激勵(lì)電流，p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。于是我們可以得到如圖2（A）中所示的電機(jī)繞組有電流通過時(shí)的不同位置角度的電感分布（p為1時(shí)，或者說在一個(gè)電周期內(nèi)的電感分布）。如圖2（B）中所示的電機(jī)繞組沒有電流通過時(shí)的不同位置角度的電感分布（p為1時(shí)，或者說在一個(gè)電周期內(nèi)的電感分布）。由圖2可知，電機(jī)繞組電感隨著角度變化，并且在2本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的裝置，包括：電源模塊，用于至少對(duì)電機(jī)供電；開關(guān)電路，用于對(duì)電機(jī)的供電模式進(jìn)行切換，其中每個(gè)供電模式對(duì)應(yīng)于不同的電角度；反饋電路，檢測(cè)電機(jī)繞組的電流并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)反饋給控制器；以及控制器，所述控制器基于在不同的供電模式下通過電機(jī)的電流而確定轉(zhuǎn)子角度，其中所述控制器進(jìn)行如下操作：????（a）對(duì)反饋的不同的供電模式下通過電機(jī)的電流的各電流值進(jìn)行加權(quán)后比較，從而得到最大電流值及其對(duì)應(yīng)的供電模式；???（b）基于最大電流值及其所對(duì)應(yīng)供電模式的前后的兩個(gè)或多個(gè)供電模式的電流值，通過使用相似三角形法來計(jì)算得到最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度PA。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的裝置，包括：電源模塊，用于至少對(duì)電機(jī)供電；開關(guān)電路，用于對(duì)電機(jī)的供電模式進(jìn)行切換，其中每個(gè)供電模式對(duì)應(yīng)于不同的電角度；反饋電路，檢測(cè)電機(jī)繞組的電流并產(chǎn)生相應(yīng)的反饋信號(hào)反饋給控制器；以及控制器，所述控制器基于在不同的供電模式下通過電機(jī)的電流而確定轉(zhuǎn)子角度，其中所述控制器進(jìn)行如下操作：（a）對(duì)反饋的不同的供電模式下通過電機(jī)的電流的各電流值進(jìn)行加權(quán)后比較，從而得到最大電流值及其對(duì)應(yīng)的供電模式；（b）基于最大電流值及其所對(duì)應(yīng)供電模式的前后的兩個(gè)或多個(gè)供電模式的電流值，通過使用相似三角形法來計(jì)算得到最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度PA。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中開關(guān)電路為三相橋，并且供電模式為12個(gè)，分別對(duì)應(yīng)于依次相差30度的12個(gè)電角度，即兩個(gè)相鄰的供電模式相差30度的電角度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中對(duì)不同的供電模式下通過電機(jī)的電流的各電流值進(jìn)行加權(quán)后比較包括在兩相的供電模式下，將所監(jiān)測(cè)的電流值乘以系數(shù)4/3，或者在三相的供電模式下，將所監(jiān)測(cè)的電流值乘以系數(shù)3/4。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中相似三角形近似方法是如下操作的：若定義最大電流值為A，計(jì)算的最大電流值A(chǔ)的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度為PA，并且B和C分別為A所對(duì)應(yīng)供電模式的前后相鄰的兩個(gè)供電模式的電流值，則若B<C，則PA=270-30*（H2/H1），其中H2=C-B；H1=A-B;若B>C，則PA=270+30*（H2/H1），其中H2=B-C；H1=A-C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器還進(jìn)行如下操作：（c）通過線性化方法來補(bǔ)償誤差，從而對(duì)最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述控制器還進(jìn)行如下操作：（c）通過線性化方法來補(bǔ)償誤差，從而對(duì)最大電流值的位置所對(duì)應(yīng)的位置角度的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，其中的線性化方法是如下進(jìn)行操作的：（c-1）將隨角度變化的H2/H1值的曲線分成N個(gè)段，并對(duì)每段進(jìn)行線性化，同時(shí)將隨角度變化的誤差函數(shù)error=PA-θ的曲線的對(duì)應(yīng)的N個(gè)段進(jìn)行線性化；（c-2）在線性化之后，針對(duì)N個(gè)段中的每個(gè)段，建立誤差函數(shù)error與H2/H1值之間的對(duì)應(yīng)分段函數(shù)關(guān)系，其中N為大于1的自然數(shù)，θ為最大電流值A(chǔ)的位置的實(shí)際位置角度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中補(bǔ)償誤差是如下進(jìn)行操作的：針對(duì)特定的H2/H1值，根據(jù)誤差函數(shù)error與H2/H1值之間的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系對(duì)計(jì)算的位置角度PA進(jìn)行補(bǔ)償。8.一種用于確定電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的轉(zhuǎn)子的初始位置的方法，包括：對(duì)電機(jī)供電；通過激勵(lì)信號(hào)對(duì)電機(jī)的供電模式進(jìn)行切換，其中每個(gè)供電模式對(duì)應(yīng)于不同的電角度；檢測(cè)電機(jī)繞組的電流并產(chǎn)生相...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李詩念，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：英飛凌科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE
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