CN105305914A - 角度估算方法及装置、电机矢量控制方法及系统和电机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于霍尔传感器的角度估算方法及装置、电机矢量控制方法及系统和电机，依据转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。提高了电角度估算的准确性，提高了电机矢量控制精度。

Description

角度估算方法及装置、电机矢量控制方法及系统和电机

技术领域

本发明涉及控制技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于霍尔传感器的角度估算方法及装置、电机矢量控制方法及系统和电机。

背景技术

永磁同步电机因其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点而得到广泛应用。其中，永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此，永磁同步电机矢量控制系统引起了国内外学者的广泛关注。

矢量控制亦称磁场定向控制，其基本思路是：通过坐标变换实现模拟直流电机的控制方法来对永磁同步电机进行控制，其实现步骤如下：

根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流通过Clarke变换和Park变换进行解耦，得到按转子磁场定向的两个直流分量，分别为d轴电流Id(励磁电流分量)和q轴电流Iq(转矩电流分量)；

对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压Vd和q轴电压Vq；

对d轴电压Vd和q轴电压Vq进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；

对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行，达到矢量控制的目的。

其中，实现精确矢量控制的前提是获取转子磁场的准确位置，转子磁场的位置通常通过定子磁场电角度表征。传统的矢量控制方法中，较常用的一种电角度估算方法为基于霍尔传感器的电角度估算方法，但是该方法是根据上个电周期所需时间估算下个电周期里每个空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制周期转子的电角度，该方法估算的电角度与实际电角度存在很大的误差，即准确性较低，因此，在霍尔信号跳变时，很容易导致绕组电流突变，使得电机的矢量控制精度低，电机易出现抖动、反转或失步现象。

因此，如何对定子磁场电角度进行估算以提高矢量控制精度成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种角度估算方法及装置、电机矢量控制方法及系统和电机，以提高矢量控制精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于霍尔传感器的角度估算方法，包括：

获取转子的角速度；

依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；

依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；

将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；

当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

上述方法，优选的，还包括：

当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于所述第一预设阈值时，确定前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

上述方法，优选的，还包括：

当所述当前霍尔位置下的霍尔角度与所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度的差值大于第二预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度为所述霍尔角度值。

上述方法，优选的，所述转子的角速度依据相邻两个霍尔位置变换时间间隔以及所述两个霍尔位置变换所经过的电角度差确定。

上述方法，优选的，所述依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量包括：

将所述转子的角速度与所述空间矢量脉宽调制的控制周期的乘积确定为所述第一电角度增量。

上述方法，优选的，所述依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量包括：

依据补偿量公式确定电角度补偿量，所述补偿量公式为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\θ})\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\α}}$

其中，Δθ'为电角度补偿量；θ_ref为当前霍尔位置下的霍尔角度；θ为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值；Δω为第一电角度增量；α为预设的电角度值。

一种基于霍尔传感器的矢量控制方法，包括：根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流进行解耦，得到d轴电流和q轴电流；对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压和q轴电压；对d轴电压和q轴电压进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行；其中，所述定子磁场电角度通过如权利要求1-5任意一项所述的基于霍尔传感器的角度估算方法得到。

上述方法，优选的，还包括：

判断所述转子角速度与所述q轴电流的乘积是否超出第三预设阈值；

当判断出所述转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值时，降低外部输入的参考量。

上述方法，优选的，还包括：

当所述电机处于非转速模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；

当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，将所述电机切换到转速模式。

上述方法，优选的，还包括：

当所述电机处于电压模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；

当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，降低外部输入的目标电压值。

上述方法，优选的，当所述电机处于电压模式时，电压闭环的负反馈端的输入值依据d轴电压和q轴电压确定；

其中，电压闭环的负反馈端的输入值为d轴电压和q轴电压的平方和的平方根。

一种基于霍尔传感器的角度估算装置，包括：

获取模块，用于获取转子的角速度；

第一确定模块，用于依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；

第二确定模块，用于依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；

第三确定模块，用于将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；

第一估算模块，用于当当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

上述装置，优选的，还包括：

第二估算模块，用于当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于所述第一预设阈值时，确定前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

上述装置，优选的，还包括：

第三估算模块，用于当所述当前霍尔位置下的霍尔角度与所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度的差值大于第二预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度为所述霍尔角度值。

上述装置，优选的，所述获取模块包括：

获取单元，用于依据相邻两个霍尔位置变换时间间隔以及所述两个霍尔位置变换所经过的电角度差获取所述转子的角速度。

上述装置，优选的，所述第一确定模块包括：

第一确定单元，用于将所述转子的角速度与所述空间矢量脉宽调制的控制周期的乘积确定为所述第一电角度增量。

上述装置，优选的，所述第二确定模块包括：

第二确定单元，用于依据补偿量公式确定电角度补偿量，所述补偿量公式为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\θ})\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\α}}$

其中，Δθ'为电角度补偿量；θ_ref为当前霍尔位置下的霍尔角度；θ为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值；Δω为第一电角度增量；α为预设的电角度值。

一种基于霍尔传感器的矢量控制系统，包括：解耦装置，用于根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流进行解耦，得到d轴电流和q轴电流；调节装置，用于对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压和q轴电压；变换装置，用于对d轴电压和q轴电压进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；矢量控制装置，用于对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行；还包括：

如上任意一项所述的基于霍尔传感器的角度估算装置，用于估算定子磁场的电角度。

上述系统，优选的，还包括：

第一输入控制装置，用于判断所述转子角速度与所述q轴电流的乘积是否超出第三预设阈值；当判断出所述转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值时，降低外部输入的参考量。

上述系统，优选的，还包括：

切换控制装置，用于当所述电机处于非转速模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，将所述电机切换到转速模式。

上述系统，优选的，还包括：

第二输入控制装置，当所述电机处于电压模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，降低外部输入的目标电压值。

上述系统，优选的，还包括：

反馈输入控制装置，用于当所述电机处于电压模式时，依据d轴电压和q轴电压确定电压闭环的负反馈端的输入值；其中，电压闭环的负反馈端的输入值为d轴电压和q轴电压的平方和的平方根。

一种带霍尔传感器的永磁同步电机，包括如上任意一项所述的基于霍尔传感器的角度估算装置；或者，包括如上任意一项所述的基于霍尔传感器的矢量控制系统。

通过以上方案可知，本申请提供的一种基于霍尔传感器的角度估算方法及装置、电机矢量控制方法及系统和电机，依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

也就是说，本申请实施例中，依据前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度、当前霍尔位置下的霍尔角度，以及第二角度增量对当前矢量调制控制周期内的电角度进行估算，提高了电角度估算的准确性，降低了与实际电角度之间的误差，从而降低霍尔信号跳变时的绕组电流突变，提高了电机矢量控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算方法的一种实现流程图；

图2为本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置的一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置的另一种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置的又一种结构示意图；

图5为本申请实施例提供的获取模块的一种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的第一确定模块的一种结构示意图；

图7为本申请实施例提供的第二确定模块的一种结构示意图；

图8为本申请实施例提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统的一种结构示意图。

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)是用于区别类似的部分，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能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算方法及装置，基于霍尔传感器的矢量控制方法及系统应用于带有霍尔传感器的永磁同步电机。

本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算方法的一种实现流程图如图1所示，可以包括：

步骤S11：获取转子的角速度；

步骤S12：依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；

步骤S13：依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；

通常永磁同步电机设置有三个霍尔传感器，每个霍尔传感器的霍尔状态在1或0之间跳变，从而三个霍尔传感器组成了8种状态，而由于三个霍尔传感器中，每个霍尔传感器均在一个电周期内导通180°，关断180°，且每两个霍尔传感器错开120°导通，因此，360°电角度只有六个霍尔位置(即，100,101,001,011,010,110)能读取定子磁场电角度(以下简称电角度)，其它霍尔位置处的电角度只能通过估算得到。

可见，在带霍尔传感器的永磁同步电机中，一个霍尔位置对应一个霍尔状态，每个霍尔状态对应一个霍尔角度(即理想电角度)，即，一个霍尔位置对应一个霍尔角度，因此，当前霍尔位置下的霍尔角度可以通过霍尔位置与霍尔角度的对应关系查找的得到。

需要说明的是，在检测到第一霍尔状态后，检测到与第一霍尔状态相邻的第二霍尔状态前的区间内，霍尔角度保持不变，即在检测到第一霍尔状态后，检测到与第一霍尔状态相邻的第二霍尔状态前的区间内，霍尔角度为第一霍尔状态对应的霍尔角度。

步骤S14：将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；

第二电角度增量即为对电角度进行调整时的调整步长。

步骤S15：当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于零，说明前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度值，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于零，说明前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度滞后理想电角度值。

本申请实施例中，第一预设阈值大于零；

当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度值，且超前量小于或等于所述第一预设阈值，则确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算方法，依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

也就是说，本申请实施例中，依据前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度、当前霍尔位置下的霍尔角度，以及第二角度增量对当前矢量调制控制周期内的电角度进行估算，提高了电角度估算的准确性，降低了与实际电角度之间的误差，从而降低霍尔信号跳变时的绕组电流突变，提高了电机矢量控制精度。

上述实施例中，优选的，还可以包括：

当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于所述第一预设阈值时，确定前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度，且超前量大于所述第一预设阈值时，将当前空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度赋值为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度，且超前量大于所述第一预设阈值时，在检测到下一霍尔位置之前，不再对电角度进行估算，也就是说，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度，且超前量大于所述第一预设阈值时，当前空间矢量脉宽调制控制周期内的调度量保持不变，以防止电角度超前导致失步。

上述实施例中，优选的，还可以包括：

当所述当前霍尔位置下的霍尔角度与所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度的差值大于第二预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度为所述霍尔角度值。

本申请实施例中，第二预设阈值大于零；也就是说，本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制内的电角度之后理想电角度，且滞后量超过第二预设阈值时，将当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度赋值为当前霍尔位置下的霍尔角度，即将当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度赋值为理想电角度，防止电角度滞后导致失步。

上述实施例中，优选的，所述转子的角速度依据相邻两个霍尔位置变换时间间隔以及所述两个霍尔位置变换所经过的电角度差确定。

具体的，转子的角速度可以通过如下公式确定：

$\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{\β}}{t}$

其中，ω为转子的角速度；β为相邻两个霍尔位置变换所经过的电角度差；t为所述相邻两个霍尔位置变换时间间隔。

上述实施例中，优选的，所述依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量可以包括：

将所述转子的角速度与所述空间矢量脉宽调制的控制周期的乘积确定为所述第一电角度增量。

第一电角度增量用公式可以表示为：

Δω＝ω*T

其中，Δω为第一电角度增量；ω为转子的角速度；T为空间矢量脉宽调制的控制周期。

上实施例中，优选的，所述依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量可以包括：

依据补偿量公式确定电角度补偿量，所述补偿量公式为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\θ})\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\α}}$

其中，Δθ'为电角度补偿量；θ_ref为当前霍尔位置下的霍尔角度；θ为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值；Δω为第一电角度增量；α为预设的电角度值。其中，α的取值优选可以为180°。

本申请实施例还提供一种基于霍尔传感器的矢量控制方法，包括：根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流进行解耦，得到d轴电流和q轴电流；对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压和q轴电压；对d轴电压和q轴电压进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行；其中，所述定子磁场电角度通过如上任意一实施例所述的基于霍尔传感器的角度估算方法得到。

上述矢量控制方法，优选的，还可以包括：

判断所述转子角速度与所述q轴电流的乘积是否超出第三预设阈值；

当判断出所述转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值时，降低外部输入的参考量。

本申请实施例中，当转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值，说明电机的输出功率超出功率限定值，此时降低外部输入的参考量(如，目标转速、目标电流或目标电压)以达到限制输出功率的目的，实现对电机的过载保护。

上述矢量控制方法，优选的，还可以包括：

当所述电机处于非转速模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；

当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，将所述电机切换到转速模式。

通常，永磁同步电机包括转速模式、转矩模式(或称电流模式)和电压模式三种工作模式。

本申请实施例中，将处转速模式之外的工作模式统称为非转速模式。当当所述电机处于非转速模式时，如果判断出转子转速时大于预设的转速限值，则将所述电机切换到转速模式，以免在电机空载或其它异常工况下，转速不受控而引起电机损坏。

上述矢量控制方法，优选的，还可以包括：

当所述电机处于电压模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；

当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，降低外部输入的目标电压值。

本申请实施例中，当电机处于电压模式时，如果判断出转子转速时大于预设的转速限值，还可以通过降低外部输入的参考量(即目标电压值)的方式实现转速限制的目的。

上述矢量控制方法，优选的，当所述电机处于电压模式时，电压闭环的负反馈端的输入值依据d轴电压和q轴电压确定；

其中，电压闭环的负反馈端的输入值为d轴电压和q轴电压的平方和的平方根。

与现有技术中的电压模式不同，本申请实施例中，当电机处于电压模式时，电压闭环的富反馈端的输入值依据d轴电压和q轴电压确定。

与基于霍尔传感器的角度估算方法相对应，本申请实施例还提供一种基于霍尔传感器的角度估算装置，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置的一种结构示意图如图2所示，可以包括：

获取模块21，第一确定模块22，第二确定模块23，第三确定模块24和第一估算模块25；其中，

获取模块21用于获取转子的角速度；

第一确定模块22用于依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；

第二确定模块23用于依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；

第三确定模块24用于将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；

第一估算模块25用于当当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置，依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

也就是说，本申请实施例中，依据前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度、当前霍尔位置下的霍尔角度，以及第二角度增量对当前矢量调制控制周期内的电角度进行估算，提高了电角度估算的准确性，降低了与实际电角度之间的误差，从而降低霍尔信号跳变时的绕组电流突变，提高了电机矢量控制精度。

在图2所示实施例的基础上，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置的另一种结构示意图如图3所示，还可以包括：

第二估算模块31，用于当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于所述第一预设阈值时，确定前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度，且超前量大于所述第一预设阈值时，将当前空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度赋值为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度，且超前量大于所述第一预设阈值时，在检测到下一霍尔位置之前，不再对电角度进行估算，也就是说，当前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度超前理想电角度，且超前量大于所述第一预设阈值时，当前空间矢量脉宽调制控制周期内的调度量保持不变，以防止电角度超前导致失步。

在图2或图3所示实施例的基础上，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置的又一种结构示意图如图4所示，还可以包括：

第三估算模块41，用于当所述当前霍尔位置下的霍尔角度与所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度的差值大于第二预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度为所述霍尔角度值。

本申请实施例中，第二预设阈值大于零；也就是说，本申请实施例中，当前一空间矢量脉宽调制控制内的电角度之后理想电角度，且滞后量超过第二预设阈值时，将当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度赋值为当前霍尔位置下的霍尔角度，即将当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度赋值为理想电角度，防止电角度滞后导致失步。

上述实施例中，优选的，所述获取模块21的一种结构示意图如图5所示，可以包括：

获取单元51，用于依据相邻两个霍尔位置变换时间间隔以及所述两个霍尔位置变换所经过的电角度差获取所述转子的角速度。

具体的，转子的角速度可以通过如下公式确定：

$\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{\β}}{t}$

其中，ω为转子的角速度；β为相邻两个霍尔位置变换所经过的电角度差；t为所述相邻两个霍尔位置变换时间间隔。

上述实施例中，优选的，所述第一确定模块22的一种结构示意图如图6所示，可以包括：

第一确定单元61，用于将所述转子的角速度与所述空间矢量脉宽调制的控制周期的乘积确定为所述第一电角度增量。

第一电角度增量用公式可以表示为：

Δω＝ω*T

其中，Δω为第一电角度增量；ω为转子的角速度；T为空间矢量脉宽调制的控制周期。

上述实施例中，优选的，所述第二确定模块23的一种结构示意图如图7所示，可以包括：

第二确定单元71，用于依据补偿量公式确定电角度补偿量，所述补偿量公式为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\θ})\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\α}}$

其中，Δθ'为电角度补偿量；θ_ref为当前霍尔位置下的霍尔角度；θ为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值；Δω为第一电角度增量；α为预设的电角度值。

本申请实施例还提供一种基于霍尔传感器的矢量控制系统，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统的一种结构示意图如图8所示，可以包括：

解耦装置81，用于根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流进行解耦，得到d轴电流和q轴电流；

调节装置82，用于对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压和q轴电压；

变换装置83，用于对d轴电压和q轴电压进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；

矢量控制装置84，用于对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行；

还包括：角度估算装置85，用于估计定子磁场电角度；角度估算装置85为图2至图7任意一图所示实施例提供的基于霍尔传感器的角度估算装置。

在图8所示实施例的基础上，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统还可以包括：

第一输入控制装置，用于判断所述转子角速度与所述q轴电流的乘积是否超出第三预设阈值；当判断出所述转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值时，降低外部输入的参考量。

本申请实施例中，当转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值，说明电机的输出功率超出功率限定值，此时降低外部输入的参考量(如，目标转速、目标电流或目标电压)以达到限制输出功率的目的，实现对电机的过载保护。

上述实施例，优选的，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统还可以包括：

切换控制装置，用于当所述电机处于非转速模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，将所述电机切换到转速模式。

通常，永磁同步电机包括转速模式、转矩模式(或称电流模式)和电压模式三种工作模式。

本申请实施例中，将处转速模式之外的工作模式统称为非转速模式。当当所述电机处于非转速模式时，如果判断出转子转速时大于预设的转速限值，则将所述电机切换到转速模式，以免在电机空载或其它异常工况下，转速不受控而引起电机损坏。

上述实施例，优选的，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统还可以包括：

第二输入控制装置，当所述电机处于电压模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，降低外部输入的目标电压值。

本申请实施例中，当电机处于电压模式时，如果判断出转子转速时大于预设的转速限值，还可以通过降低外部输入的参考量(即目标电压值)的方式实现转速限制的目的。

上述实施例，优选的，本申请实施例提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统还可以包括：

反馈输入控制装置，用于当所述电机处于电压模式时，依据d轴电压和q轴电压确定电压闭环的负反馈端的输入值；其中，电压闭环的负反馈端的输入值为d轴电压和q轴电压的平方和的平方根。

本申请实施例还提供一种带霍尔传感器的永磁同步电机，本申请实施例提供的带霍尔传感器的永磁同步电机包括如上任意一装置实施例所提供的基于霍尔传感器的角度估算装置；或者，包括如上任意一系统实施例所提供的基于霍尔传感器的矢量控制系统。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (23)

1.一种基于霍尔传感器的角度估算方法，其特征在于，包括：

获取转子的角速度；

依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；

依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；

将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；

当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于所述第一预设阈值时，确定前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述当前霍尔位置下的霍尔角度与所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度的差值大于第二预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度为所述霍尔角度值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转子的角速度依据相邻两个霍尔位置变换时间间隔以及所述两个霍尔位置变换所经过的电角度差确定。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量包括：

将所述转子的角速度与所述空间矢量脉宽调制的控制周期的乘积确定为所述第一电角度增量。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量包括：

依据补偿量公式确定电角度补偿量，所述补偿量公式为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\θ})\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\α}}$

其中，Δθ'为电角度补偿量；θ_ref为当前霍尔位置下的霍尔角度；θ为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值；Δω为第一电角度增量；α为预设的电角度值。

7.一种基于霍尔传感器的矢量控制方法，包括：根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流进行解耦，得到d轴电流和q轴电流；对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压和q轴电压；对d轴电压和q轴电压进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行；其特征在于，所述定子磁场电角度通过如权利要求1-5任意一项所述的基于霍尔传感器的角度估算方法得到。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

判断所述转子角速度与所述q轴电流的乘积是否超出第三预设阈值；

当判断出所述转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值时，降低外部输入的参考量。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述电机处于非转速模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；

当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，将所述电机切换到转速模式。

10.根据权利7或8所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述电机处于电压模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；

当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，降低外部输入的目标电压值。

11.根据权利7或8所述的方法，其特征在于，当所述电机处于电压模式时，电压闭环的负反馈端的输入值依据d轴电压和q轴电压确定；

其中，电压闭环的负反馈端的输入值为d轴电压和q轴电压的平方和的平方根。

12.一种基于霍尔传感器的角度估算装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取转子的角速度；

第一确定模块，用于依据所述转子的角速度以及空间矢量脉宽调制控制周期确定第一电角度增量；

第二确定模块，用于依据当前霍尔位置下的霍尔角度、前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度，以及所述第一电角度增量确定电角度补偿量；

第三确定模块，用于将所述第一电角度增量和所述电角度补偿量之和确定为第二电角度增量；

第一估算模块，用于当当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值小于或等于第一预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值与所述第二电角度增量之和。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：

第二估算模块，用于当所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度与所述当前霍尔位置下的霍尔角度的差值大于所述第一预设阈值时，确定前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度估算量为所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值。

14.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，还包括：

第三估算模块，用于当所述当前霍尔位置下的霍尔角度与所述前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度的差值大于第二预设阈值时，确定当前空间矢量脉宽调制控制周期的电角度为所述霍尔角度值。

15.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：

获取单元，用于依据相邻两个霍尔位置变换时间间隔以及所述两个霍尔位置变换所经过的电角度差获取所述转子的角速度。

16.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：

第一确定单元，用于将所述转子的角速度与所述空间矢量脉宽调制的控制周期的乘积确定为所述第一电角度增量。

17.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块包括：

第二确定单元，用于依据补偿量公式确定电角度补偿量，所述补偿量公式为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}^{\′}=({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}-\mathrm{\θ})\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{\mathrm{\α}}$

其中，Δθ'为电角度补偿量；θ_ref为当前霍尔位置下的霍尔角度；θ为前一空间矢量脉宽调制控制周期内的电角度值；Δω为第一电角度增量；α为预设的电角度值。

18.一种基于霍尔传感器的矢量控制系统，包括：解耦装置，用于根据定子磁场电角度将采集到的电机三相电流进行解耦，得到d轴电流和q轴电流；调节装置，用于对两个直流分量进行PI调节，得到d轴电压和q轴电压；变换装置，用于对d轴电压和q轴电压进行Park逆变换和Clarke逆变换，得到三相电压；矢量控制装置，用于对三相电压进行空间矢量脉宽调制实现矢量控制量输出，以控制永磁同步电机运行；其特征在于，还包括：

如权利要求12-17任意一项所述的基于霍尔传感器的角度估算装置，用于估算定子磁场的电角度。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，还包括：

第一输入控制装置，用于判断所述转子角速度与所述q轴电流的乘积是否超出第三预设阈值；当判断出所述转子角速度与所述q轴电流的乘积超出第三预设阈值时，降低外部输入的参考量。

20.根据权利要求18或19所述的系统，其特征在于，还包括：

切换控制装置，用于当所述电机处于非转速模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，将所述电机切换到转速模式。

21.根据权利要求18或19所述的系统，其特征在于，还包括：

第二输入控制装置，当所述电机处于电压模式时，判断转子转速时是否大于预设的转速限值；当判断出所述转子转速时大于所述预设的转速限值时，降低外部输入的目标电压值。

22.根据权利要求18或19所述的系统，其特征在于，还包括：

反馈输入控制装置，用于当所述电机处于电压模式时，依据d轴电压和q轴电压确定电压闭环的负反馈端的输入值；其中，电压闭环的负反馈端的输入值为d轴电压和q轴电压的平方和的平方根。

23.一种带霍尔传感器的永磁同步电机，其特征在于，包括如权利要求12-17任意一项所述的基于霍尔传感器的角度估算装置；或者，包括如权利要求18-22任意一项所述的基于霍尔传感器的矢量控制系统。