CN105207564A - 一种初始位置角的确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种初始位置角的确定方法及装置，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，因为三相电的V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值，又因为电机的转子磁链的方向为零度时，电机的电角度与电机的初始位置角之间有相关性这一特性，所以，本申请所述的方法及装置，通过三相电的输入即可得到电机的初始位置角，而无需进行后续的角度边界修正，所以，可以适用于不同的电机，从而具有较强的通用性。
Description
本申请要求于2015年03月31日提交中国专利局、申请号201510149765.6、发明名称为“一种初始位置角的确定方法及装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及汽车电子领域，尤其涉及一种初始位置角的确定方法及装置。
背景技术
电动助力转向系统(ElectricPowerSteering,EPS)根据实时车速以及方向盘转矩信号，对电机进行电流闭环控制，输出助力力矩，从而辅助驾驶员转动方向盘。作为EPS系统的执行器，助力电机的控制性能在很大程度上决定了EPS系统的性能。而通过矢量控制算法(FOC)可以将三相永磁同步电机达到类似控制直流电机的控制简化。
电机初始角的准确度直接影响到矢量控制算法(FOC)的控制性能，现有技术中，通过选取适当的电压向量，使电机转子产生微动；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，此时将控制器解析到的电角度通过角度边界修正，得出电机初始位置角。
而对于不同的电机，角度边界修正的范围是不同的，因此，现有的确定电机初始位置角的方法并不能适用于所有电机。
发明内容
本申请实施例提供了初始位置角的确定方法及装置，目的在于解决现有的确定电机初始位置角的方法并不能适用于所有电机的问题。
为了实现上述目的，本申请实施例提供了以下技术方案：
一种初始位置角的确定方法，包括：
在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，所述第一数值为使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值；
确定所述电机当前的电角度；
依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角。
可选地，所述第一数值为40％。
可选地，所述向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电包括：
N次向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，其中，在每次停止输入所述三相电后，转动所述转子，N为大于1的整数；
所述确定所述电机当前的电角度包括：
分别确定每一次输入三相电后，所述电机当前的电角度。
可选地，所述依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角包括：
计算所述N个电角度的均值，所述均值为所述电机的初始位置角。
可选地，所述向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电包括：
通过PWM控制方式，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述PWM的频率为20kHZ。
一种初始位置角的确定装置，包括：
供电控制模块，用于在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，所述第一数值为使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值；
第一确定模块，用于确定所述电机当前的电角度；
第二确定模块，用于依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角。
可选地，所述供电控制模块用于在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，包括：
所述供电控制模块具体用于，在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为40％。
可选地，所述供电控制模块用于向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，包括：
所述供电控制模块具体用于，N次向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，其中，在每次停止输入所述三相电后，转动所述转子，N为大于1的整数；
所述第一确定模块用于确定所述电机当前的电角度包括：
所述第一确定模块具体用于，分别确定每一次输入三相电后，所述电机当前的电角度。
可选地，所述第二确定模块用于依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角，包括：
所述第二确定模块具体用于，计算所述N个电角度的均值，所述均值为所述电机的初始位置角。
可选地，所述供电控制模块用于向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，包括：
所述供电控制模块具体用于，通过PWM控制方式，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述PWM的频率为20kHZ。
本申请实施例所述的初始位置角的确定方法及装置，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，因为三相电的V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值，又因为电机的转子磁链的方向为零度时，电机的电角度与电机的初始位置角之间有相关性这一特性，所以，本申请所述的方法及装置，通过三相电的输入即可得到电机的初始位置角，而无需进行后续的角度边界修正，所以，可以适用于不同的电机，从而具有较强的通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本申请实施例公开的又一种初始位置角的确定方法的流程图；
图2为三相桥臂电路原理的示意图；
图3为6种有效开关状态下，三相桥臂不同开关状态下定子电流与转子磁场方向的示意图；
图4为三相桥臂(100)状态下合成三流矢量与转子停留图；
图5为本申请实施例公开的又一种初始位置角的确定方法的流程图；
图6为本申请实施例公开的一种初始位置角的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例所述的初始位置角的确定方法及装置，可以应用在对EPS助力电机的初始位置角的确定过程中，确定初始位置角的目的在于，提高对EPS助力电机的FOC的控制性能。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
图1为本申请实施例公开的一种初始位置角的确定方法，本实施例中，电机可以为永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmotor，PMSM)。
本实施例所述方法包括以下步骤：
S101：在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，所述第一数值为使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值；
其中，三相桥臂电路的示意图如图2所示，其中，VT1、VT2，……VT6为MOSFET场效应管，M3为三相永磁同步电机，O及O’为接地端，三相桥臂电路的作用为通过控制三相桥壁上下MOSFET的开关状态，进而产生三路相位相差120°的正弦波电流，驱动电机输出相应的扭矩和速度。
申请人在研究过程中发现：三相桥臂功率开关器件共有8种工作状态，其中6种有效开关状态，2种零状态。为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，定义开关函数Sx(x＝U、V、W)为：
图3是6种有效开关状态下，产生的电机定子磁链与电机转子磁链的关系，其中六边形中ABCDEF分别代表电压矢量的6个扇区，分别对应的电压矢量为[100]、[110]、[010]、[011]、[001]、[101]，每个扇区中转子的位置代表在矢量变化过程中转子位置变化趋势图。
三相永磁同步电机的转矩方程为：
Tm＝p(Ψdiq-Ψqid)＝p[Ψfiq+(Ld-Lq)idiq](1-1)
其中Ψd为定子磁链在d轴(图2中所示)的分量，Ψq为定子磁链在q轴(图2中所示)的分量，Ψf为转子磁钢在定子上的耦合磁链，它只在d轴上存在；p为转子的磁极对数，Ld、Lq为永磁同步电机d、q轴的主电感。对于表面式的永磁同步电机，Ld＝Lq，所以转矩方程可以变为：
Tm＝PΨfiq＝pΨfissinβ(1-2)
从公式(1-2)中可以看出，当三相合成的电流矢量is与d轴的夹角等于90°时可以获得最大转矩，即is与q轴方向重合时转矩最大。所以公式(1-2)可以转化为如下：
Tm＝pΨfis(1-3)
因为转子是永磁体，所以Ψf不变，式(1-3)说明只要保持is与d轴垂直，就可以像直流电机控制那样，通过调整直流量iq来控制转矩，从而实现三相永磁同步电机控制参数的解耦，实现三相永磁同步电机转矩的线性化控制。
由式(1-3)可知，为了使转子d轴方向停留在零位的位置，需产生一个不变的90°的合成电流矢量is，如图4所示，在给定恒定的[100]向量时，三相合成的电流方向为+90°，根据右手螺旋定则，四指指向电流方向，大拇指的方向代表磁场方向，而线圈内部磁场方向是由N极指向S极，所以定子产生的磁场N极在-180°，S极在0°。根据同性相斥，异性相吸的原理，转子最终停留的位置是N极在0°，S极在-180°上，所以转子最终停留在0°的位置上。而控制三相桥臂的开关状态为(100)，其产生的合成电流方向为90°，所以最终d轴的方向应为0°，即转子磁链的方向为0°，此时读出位置传感器的角度值即为永磁同步电机的零位角即初始位置角。
从以上研究过程可以看出，本实施例中，三相电的空占比并未任意设定，而是通过以上三相永磁同步电机的转矩方程推导得出。
S102：确定所述电机当前的电角度；
S103：依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角。
本实施例所述的方法，依据电机的转子磁链的方向为零度时，电机的电角度恰好是初始位置角这一特性，通过分析永磁同步电机的原理，直接使用(100)向量(即V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值的三相电)得出电机初始位置角，方法简单，可操作性强，排除了中间过程带来的误差，且可移植性强。
本申请实施例公开的又一种初始位置角的确定方法，如图5所示，包括：
S501：通过PWM控制方式，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，并通过传感器检测所述电机当前的电角度，三相电的U相的占空比为40％，V相和U相的占空比为零。
本实施例中，所述PWM的频率可以为20kHZ。
S502：停止输入所述三相电后，转动所述转子；
转动转子的目的在于，使得转子的位置具有随机性。
S503：判断S501的执行次数是否等于N，如果是，执行S504，如果否，执行S501；
其中，N为大于1的整数。
S504：计算所述N个电角度的均值，所述均值为所述电机的初始位置角。
本实施例中，将N个电角度的均值作为电机的初始位置角，能够减小误差，提高准确性。
与上述方法实施例相对应地，本申请实施例还公开了一种初始位置角的确定装置，如图6所示，包括：
供电控制模块601，用于在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，所述第一数值为使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值；
具体地，本实施例中，第一数值可以为40％。
供电控制模块可以通过PWM控制方式，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述PWM的频率为20kHZ。
进一步地，供电控制模块向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，的具体实现方式可以为：N次向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，其中，在每次停止输入所述三相电后，转动所述转子，N为大于1的整数。
第一确定模块602，用于确定所述电机当前的电角度；
基于上述供电控制模块的具体实现方式，第一确定模块确定所述电机当前的电角度的具体实现方式可以为：分别确定每一次输入三相电后，所述电机当前的电角度。
第二确定模块603，用于依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角。
具体地，基于上述供电控制模块和第一确定模块的具体实现方式，第二确定模块依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角的具体实现方式可以为：计算所述N个电角度的均值，所述均值为所述电机的初始位置角。
本实施例所述的装置，方法简单，可操作性强，排除了中间过程带来的误差，且可移植性强。
本申请实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种初始位置角的确定方法，其特征在于，包括：
在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，所述第一数值为使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值；
确定所述电机当前的电角度；
依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数值为40％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电包括：
N次向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，其中，在每次停止输入所述三相电后，转动所述转子，N为大于1的整数；
所述确定所述电机当前的电角度包括：
分别确定每一次输入三相电后，所述电机当前的电角度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角包括：
计算所述N个电角度的均值，所述均值为所述电机的初始位置角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电包括：
通过PWM控制方式，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述PWM的频率为20kHZ。
6.一种初始位置角的确定装置，其特征在于，包括：
供电控制模块，用于在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，所述第一数值为使得所述电机的转子磁链的方向为零度的数值；
第一确定模块，用于确定所述电机当前的电角度；
第二确定模块，用于依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述供电控制模块用于在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为第一数值，包括：
所述供电控制模块具体用于，在电机空载的情况下，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述三相电中，V相和U相的占空比为零，U相的占空比上限为40％。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述供电控制模块用于向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，包括：
所述供电控制模块具体用于，N次向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，其中，在每次停止输入所述三相电后，转动所述转子，N为大于1的整数；
所述第一确定模块用于确定所述电机当前的电角度包括：
所述第一确定模块具体用于，分别确定每一次输入三相电后，所述电机当前的电角度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块用于依据所述电角度，确定所述电机的初始位置角，包括：
所述第二确定模块具体用于，计算所述N个电角度的均值，所述均值为所述电机的初始位置角。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述供电控制模块用于向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，包括：
所述供电控制模块具体用于，通过PWM控制方式，向控制所述电机的三相桥臂电路输入三相电，所述PWM的频率为20kHZ。
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