CN107453673B - 电机的转子初始位置检测方法、装置和电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机的转子初始位置检测方法、装置和电机控制系统，所述方法包括以下步骤：获取初始给定占空比；根据初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机运转，并逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，如果电机相电流达到预设的相定位电流，则获取电机的当前转子位置，并将其作为电机的转子初始位置。该方法不仅检测精度高，而且方法简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

Description

电机的转子初始位置检测方法、装置和电机控制系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机的转子初始位置检测方法、一种电机的转子初始位置检测装置和一种电机控制系统。

背景技术

电机转子位置信号是控制电机的重要输入信号，可由与电机同轴连接的转子位置传感器检测并传送到电机的控制器。然而，由于不同厂家或批次的电机在安装时，位置传感器相对零位与电机转子都是不同的，故需要对电机的位置传感器的初始零位进行检测，并以此为参考零位才能实现对电机的控制。

相关技术中，对电机的初始位置的检测可分为两类：一类是向电机绕组注入高频电压信号，通过检测绕组电流获得电机初始位置，但是该类方法需要增加相应的硬件电路(非电机控制所需电路)，且算法复杂，实际应用少；另一类是，采用实验的方法通过给电机施加恒定的电压，以将电机的转子定位在某一相，但是施加在电机上的电压的大小完全取决于人的经验，电压过大，则会导致电机烧毁；电压过小，则会导致电机的转矩过小，不足以使电机的转子准确地定位在该相，产生位置检测误差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机的转子初始位置检测方法，通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且方法简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

本发明的第二个目的在于提出一种电机的转子初始位置检测装置。

本发明的第三个目的在于提出一种电机控制系统。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机的转子初始位置检测方法，所述电机由三相逆变器驱动，所述三相逆变器包括三相桥臂，所述三相桥臂中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述转子初始位置检测方法包括以下步骤：获取初始给定占空比；根据所述初始给定占空比对所述三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制所述三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动所述电机运转；在驱动所述电机运转的过程中，逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并检测所述三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，以及判断所述电机相电流是否达到预设的相定位电流；如果所述电机相电流达到预设的相定位电流，则获取所述电机的当前转子位置，并将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法，首先获取初始给定占空比，并根据获取到的初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机运转。然后在电机运转的过程中，逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，在电机相电流达到预设的相定位电流时，获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置。该方法通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且方法简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

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

根据本发明的一个实施例，在所述初始给定占空比的基础上，通过每个周期增加预设阈值以逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比。

根据本发明的一个实施例，当所述电机相电流小于预设的相定位电流时，在上一周期的占空比基础上增加预设阈值以作为当前周期的占空比。

根据本发明的一个实施例，在获取所述电机的当前转子位置之后，还判断所述电机的当前转子位置与上一周期的转子位置之间的位置差值是否小于预设角度，并在所述位置差值小于预设角度时将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电机的转子初始位置检测装置，所述电机由三相逆变器驱动，所述三相逆变器包括三相桥臂，所述三相桥臂中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述转子初始位置检测装置包括柔性跟踪单元、控制单元和电流检测单元，其中，所述柔性跟踪单元，用于获取初始给定占空比；所述控制单元，用于根据所述初始给定占空比对所述三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，以及控制所述三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动所述电机运转；所述柔性跟踪单元，还用于在驱动所述电机运转的过程中逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比；所述电流检测单元，用于检测所述三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流；所述柔性跟踪单元，还用于判断所述电机相电流是否达到预设的相定位电流，并在所述电机相电流达到预设的相定位电流时获取所述电机的当前转子位置，以及将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测装置，首先通过柔性跟踪单元获取初始给定占空比，并通过控制单元根据柔性跟踪单元获取的初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机运转。然后通过柔性跟踪单元在驱动电机运转的过程中逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并判断电流检测单元检测的三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流是否达到预设的相定位电流，以及在电机相电流达到预设的相定位电流时获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置。该装置通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

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

根据本发明的一个实施例，在所述初始给定占空比的基础上，所述柔性跟踪单元通过每个周期增加预设阈值以逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比。

根据本发明的一个实施例，当所述电机相电流小于预设的相定位电流时，所述柔性跟踪单元在上一周期的占空比基础上增加预设阈值以作为当前周期的占空比。

根据本发明的一个实施例，在获取所述电机的当前转子位置之后，所述柔性跟踪单元还用于判断所述电机的当前转子位置与上一周期的转子位置之间的位置差值是否小于预设角度，并在所述位置差值小于预设角度时将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电机控制系统，其包括本发明第二方面实施例提出的电机的转子初始位置检测装置。

根据本发明实施例的电机控制系统，通过上述的转子初始位置检测装置，通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且方法简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

附图说明

图1为根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的三相逆变器的原理图；

图3为根据本发明一个实施例的PWM信号的波形图；

图4为根据本发明一个实施例的电机的转子初始位置检测方法的流程图；

图5为根据本发明一个实施例的电机的转子初始位置检测装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图来描述本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法、电机的转子初始位置检测装置和电机控制系统。

需要说明的是，本发明实施例的电机由三相逆变器驱动，三相逆变器包括三相桥臂，三相桥臂中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管。

图1为根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法可包括以下步骤：

S1，获取初始给定占空比。

具体地，初始给定占空比可预先设定，并进行储存，以便在对电机的转子初始位置检测的过程中调用，一般情况下初始给定占空比为一个较小值。

S2，根据初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机运转。

具体地，如图2所示，三相逆变器包括U、V、W三相桥臂，U相桥臂包括上桥开关管T1和下桥开关管T4，V相桥臂包括上桥开关管T3和下桥开关管T6，W相桥臂包括上桥开关管T5和下桥开关管T2。其中，可通过PWM信号控制开关管的导通和关断，例如，电机控制器通过输出PWM信号U_TOP控制U相上桥开关管T1的通断，通过输出PWM信号U_BOTTOM控制U相下桥开关管T4的通断，通过输出PWM信号V_TOP控制V相上桥开关管T3的通断，通过输出PWM信号V_BOTTOM控制V相下桥开关管T6的通断，通过输出PWM信号W_TOP控制W相上桥开关管T5的通断，通过输出W相PWM信号W_BOTTOM控制下桥开关管T2的通断。

当对电机的转子初始位置进行检测时，电机控制器可先获取初始给定占空比如0.1％，即γ(0)＝0.1％，然后根据该初始给定占空比γ(0)对三相桥臂中U相桥臂的上桥开关管T1和V、W两相桥臂的下桥开关管T6和T2进行控制，并控制三相桥臂中U相桥臂的下桥开关管T4和V、W两相桥臂的上桥开关管T3和T5关断，以驱动电机运转。其中，PWM信号U_TOP、V_BOTTOM和W_BOTTOM的占空比相同，均为γ(0)，PWM信号U_BOTTOM、V_TOP和W_TOP一直为低电平，具体PWM信号的波形如图3所示(在该示例中，开关管均为高电平有效，在其他实施例中，也可以采用低电平有效的控制方式，具体这里不做限制)。

S3，在驱动电机运转的过程中，逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，以及判断电机相电流是否达到预设的相定位电流。

在本发明的一个实施例中，在初始给定占空比的基础上，可通过每个周期增加预设阈值以逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比。其中，预设阈值可根据实际情况进行标定，例如预设阈值可以为0.1％。

具体地，仍以上述示例为例。在电机控制器驱动电机运转的过程中，可以在每个控制周期到来时，在前一PWM信号占空比的基础上增加预设阈值如0.1％，即γ(k)＝γ(k-1)+0.1％，其中，γ(k)为当前控制周期的PWM信号的占空比，γ(k-1)为前一控制周期的PWM信号的占空比。然后电机控制器根据增加后的占空比γ(k)对三相桥臂中U相桥臂的上桥开关管T1和V、W两相桥臂的下桥开关管T6和T2进行控制，并控制三相桥臂中U相桥臂的下桥开关管T4和V、W两相桥臂的上桥开关管T3和T5关断，以使电机的电压柔性增加(逐渐增加)，同时电机控制器实时检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，例如通过检测U相桥臂的电流以获得电机的U相相电流(也可以通过检测V相/W相桥臂的电流以获得电机的V相/W相相电流)，然后判断该相电流是否达到预设的相定位电流。

其中，在检测电机的U相相电流时，可通过设置在U相上的电流传感器实时获取U相电流实时信号i_U，然后通过相应的有效值处理电路对检测的U相电流实时信号i_U进行滤波处理，并对滤波处理后的U相电流实时信号i_U进行有效值计算以获得电机的U相相电流有效值I_U，然后将该有效值I_U传输至电机控制器，由电机控制器对其进行判断。

进一步地，电流传感器可以是分流器、电磁式电流互感器、霍尔电流传感器和罗柯夫斯基电流传感器等各种将被测电流信息转换成电压信号的电流传感器，有效值处理电路在计算电机的U相相电流有效值I_U时，可通过求取输入的电压信号波形的有效值来获得电机的U相相电流有效值I_U。

S4，如果电机相电流达到预设的相定位电流，则获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置。其中，预设的相定位电流小于或等于电机的额定电流，具体可根据实际情况进行标定。

在本发明的一个实施例中，当电机相电流小于预设的相定位电流时，在上一周期的占空比基础上增加预设阈值以作为当前周期的占空比。

具体而言，在获取到电机的U相相电流有效值I_U之后，判断该相电流有效值I_U是否达到预设的相定位电流，如果是，则获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置；如果否，则在前一PWM信号占空比的基础上增加预设阈值如0.1％，即γ(k)＝γ(k-1)+0.1％，然后按照上述方式继续增加电机的电压，直至电机的U相相电流有效值I_U达到预设的相定位电流。

具体地，仍以上述示例为例。有效值处理电路与电机控制器的AD转换端口相连，该转换端口将有效值处理电路输入的U相相电流有效值I_U进行模数转换以获得U相相电流有效值的数字量I_RMS，然后电机控制器对该数字量I_RMS进行判断。如果该数字量I_RMS大于等于预设的U相相定位电流I^* _RMS，则通过转子位置检测装置(如旋转变压器、光电编码器等)获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置，从而实现电机的转子初始位置的有效检测；否则，继续按照上述方式逐渐增加PWM信号的占空比，以使电机的电压柔性增加，直至获取的数字量I_RMS大于等于预设的U相相定位电流I^* _RMS。

需要说明的是，在本发明的实施例中，PWM信号的给定方法也可以是：导通时，PWM信号U_TOP、V_BOTTOM和W_BOTTOM为有效电平；关断时，U_TOP、V_TOP和W_TOP为无效电平或者U_BOTTOM、V_BOTTOM和W_BOTTOM为无效电平。另外，占空比的增加除了可以采用固定值如预设阈值外，还可以通过对预设的相定位电流与实际电流之间的电流差值进行PI调节获得。

此外，在本发明的实施例中，也可以通过对三相桥臂中V相桥臂的上桥开关管T3和U、W两相桥臂的下桥开关管T4和T2进行控制，并控制三相桥臂中V相桥臂的下桥开关管T6和U、W两相桥臂的上桥开关管T1和T5关断，以驱动电机运转，并进行转子初始位置的检测；或者，通过对三相桥臂中W相桥臂的上桥开关管T5和U、V两相桥臂的下桥开关管T4和T6进行控制，并控制三相桥臂中W相桥臂的下桥开关管T2和U、V两相桥臂的上桥开关管T1和T3关断，以驱动电机运转，并进行转子初始位置的检测，具体这里不再详述。

因此，根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法，在保证电机的电流不超过允许值时，通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直至电机的相电流达到设定值，以获得电机的转子的初始位置。采用该方式不仅检测精度高，而且方法简单可靠，既能保证产生足够大的定位转矩，又不会使电机转矩过大，给机械部分造成过大的冲击，同时可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在获取电机的当前转子位置之后，还判断电机的当前转子位置与上一周期的转子位置之间的位置差值是否小于预设角度，并在位置差值小于预设角度时将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置。其中，预设角度可根据实际情况进行标定。

也就是说，在根据电机相电流获取到电机的当前转子位置θ(k)之后，还对该当前转子位置θ(k)进行判断。如果该位置θ(k)与上一周期检测的转子位置θ(k-1)之间的差值的绝对值小于预设角度Δθ，则说明该位置信号稳定，该位置是比较准确的，此时当前转子位置θ(k)即为电机的转子初始位置；否则，说明该位置是不准确的，此时需要过滤掉该值，然后继续进行检测，以获得符合要求的位置。由此可大大提高转子初始位置检测的准确度，保证电机能够安全可靠运转。

进一步地，图4为根据本发明一个实施例的电机的转子初始位置检测方法的流程图。如图4所示，该电机的转子初始位置检测方法可包括以下步骤：

S301，获取初始给定占空比为0.1％。

S302，根据初始给定占空比对开关管T1、T6和T2进行控制，并控制开关管T4、T3和T5关断，以驱动电机运转。

S303，获取U相电流实时信号i_U。

S304，对U相电流实时信号i_U进行滤波处理，并对滤波后的信号进行有效值计算，得到U相相电流的有效值I_U。

S305，将U相相电流的有效值I_U转变为数字量I_RMS。

S306，判断是否有I_RMS≥I^* _RMS。如果是，则执行步骤S308；如果否，则执行步骤S307。

S307，γ(k)＝γ(k-1)+0.1％。

S308，获取电机的当前转子位置信号θ(k)。

S309，判断|θ(k)-θ(k-1)|＜Δθ是否成立。如果是，则执行步骤S310；如果否，则执行步骤S302。

S310，将当前转子位置作为电机的转子初始位置。

S311，令γ(k)＝0。

综上所述，根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测方法，首先获取初始给定占空比，并根据获取到的初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机运转。然后在电机运转的过程中，逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，在电机相电流达到预设的相定位电流时，获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置。该方法通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且方法简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

图5为根据本发明一个实施例的电机的转子初始位置检测装置的方框示意图。其中，电机400由三相逆变器500驱动，三相逆变器500包括三相桥臂，三相桥臂中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管。

如图5所示，本发明实施例的电机的转子初始位置检测装置包括：柔性跟踪单元100、控制单元200和电流检测单元300。

其中，柔性跟踪单元100用于获取初始给定占空比；控制单元200用于根据初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，以及控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机400运转；柔性跟踪单元100还用于在驱动电机400运转的过程中逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比；电流检测单元300用于检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流；柔性跟踪单元100还用于判断电机相电流是否达到预设的相定位电流，并在电机相电流达到预设的相定位电流时获取电机400的当前转子位置，以及将电机400的当前转子位置作为电机400的转子初始位置。其中，初始占空比和预设的相定位电流可根据实际情况进行标定。

在本发明的一个实施例中，在初始给定占空比的基础上，柔性跟踪单元100通过每个周期增加预设阈值以逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比。其中，预设阈值可根据实际情况进行标定。

在本发明的一个实施例中，当电机相电流小于预设的相定位电流时，柔性跟踪单元100在上一周期的占空比基础上增加预设阈值以作为当前周期的占空比。

具体地，如图2所示，三相逆变器500包括U、V、W三相桥臂，U相桥臂包括上桥开关管T1和下桥开关管T4，V相桥臂包括上桥开关管T3和下桥开关管T6，W相桥臂包括上桥开关管T5和下桥开关管T2。其中，可通过PWM信号控制开关管的导通和关断，例如，控制单元200通过输出PWM信号U_TOP控制U相上桥开关管T1的通断，通过输出PWM信号U_BOTTOM控制U相下桥开关管T4的通断，通过输出PWM信号V_TOP控制V相上桥开关管T3的通断，通过输出PWM信号V_BOTTOM控制V相下桥开关管T6的通断，通过输出PWM信号W_TOP控制W相上桥开关管T5的通断，通过输出W相PWM信号W_BOTTOM控制下桥开关管T2的通断。

当对电机的转子初始位置进行检测时，柔性跟踪单元100可先获取初始给定占空比如0.1％，即γ(0)＝0.1％，然后控制单元200根据该初始给定占空比γ(0)对三相桥臂中U相桥臂的上桥开关管T1和V、W两相桥臂的下桥开关管T6和T2进行控制，并控制三相桥臂中U相桥臂的下桥开关管T4和V、W两相桥臂的上桥开关管T3和T5关断，以驱动电机400运转。其中，PWM信号U_TOP、V_BOTTOM和W_BOTTOM的占空比相同，均为γ(0)，PWM信号U_BOTTOM、V_TOP和W_TOP一直为低电平，具体PWM信号的波形如图3所示(在该示例中，开关管均为高电平有效，在其他实施例中，也可以采用低电平有效的控制方式，具体这里不做限制)。

在驱动电机400运转的过程中，柔性跟踪单元100可以在每个控制周期到来时，在前一PWM信号占空比的基础上增加预设阈值如0.1％，即γ(k)＝γ(k-1)+0.1％，其中，γ(k)为当前控制周期的PWM信号的占空比，γ(k-1)为前一控制周期的PWM信号的占空比。然后控制单元200根据增加后的占空比γ(k)对三相桥臂中U相桥臂的上桥开关管T1和V、W两相桥臂的下桥开关管T6和T2进行控制，并控制三相桥臂中U相桥臂的下桥开关管T4和V、W两相桥臂的上桥开关管T3和T5关断，以使电机400的电压柔性增加(逐渐增加)，同时电流检测单元300实时检测三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，例如通过检测U相桥臂的电流以获得电机的U相相电流(也可以通过检测V相/W相桥臂的电流以获得电机的V相/W相相电流)，然后柔性跟踪单元100判断该相电流是否达到预设的相定位电流。

其中，电流检测单元300可包括电流传感器310和有效值处理电路320，在检测电机的U相相电流时，可通过设置在U相上的电流传感器310实时获取U相电流实时信号i_U，然后通过相应的有效值处理电路320对检测的U相电流实时信号i_U进行滤波处理，并对滤波处理后的U相电流实时信号i_U进行有效值计算以获得电机的U相相电流有效值I_U，然后将该有效值I_U传输至柔性跟踪单元100，由柔性跟踪单元100对其进行判断。

进一步地，电流传感器310可以是分流器、电磁式电流互感器、霍尔电流传感器和罗柯夫斯基电流传感器等各种将被测电流信息转换成电压信号的电流传感器，有效值处理电路320在计算电机的U相相电流有效值I_U时，可通过求取输入的电压信号波形的有效值来获得电机的U相相电流有效值I_U。

在获取到电机的U相相电流有效值I_U之后，柔性跟踪单元100判断该相电流有效值I_U是否达到预设的相定位电流，如果是，则获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置；如果否，则在前一PWM信号占空比的基础上增加预设阈值如0.1％，即γ(k)＝γ(k-1)+0.1％，然后按照上述方式继续增加电机的电压，直至电机的U相相电流有效值I_U达到预设的相定位电流。

具体地，有效值处理电路320与柔性跟踪单元100的AD转换端口相连，该转换端口将有效值处理电路320输入的U相相电流有效值I_U进行模数转换以获得U相相电流有效值的数字量I_RMS，然后柔性跟踪单元100对该数字量I_RMS进行判断。如果该数字量I_RMS大于等于预设的U相相定位电流I^* _RMS，柔性跟踪单元100则通过转子位置检测装置(如旋转变压器、光电编码器等)获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置，从而实现电机的转子初始位置的有效检测；否则，柔性跟踪单元100继续按照上述方式逐渐增加PWM信号的占空比，以使电机的电压柔性增加，直至获取的数字量I_RMS大于等于预设的U相相定位电流I^* _RMS。

需要说明的是，在本发明的实施例中，PWM信号的给定方法也可以是：导通时，PWM信号U_TOP、V_BOTTOM和W_BOTTOM为有效电平；关断时，U_TOP、V_TOP和W_TOP为无效电平或者U_BOTTOM、V_BOTTOM和W_BOTTOM为无效电平。另外，占空比的增加除了可以采用固定值如预设阈值外，还可以通过对预设的相定位电流与实际电流之间的电流差值进行PI调节获得。

此外，在本发明的实施例中，也可以通过对三相桥臂中V相桥臂的上桥开关管T3和U、W两相桥臂的下桥开关管T4和T2进行控制，并控制三相桥臂中V相桥臂的下桥开关管T6和U、W两相桥臂的上桥开关管T1和T5关断，以驱动电机运转，并进行转子初始位置的检测；或者，通过对三相桥臂中W相桥臂的上桥开关管T5和U、V两相桥臂的下桥开关管T4和T6进行控制，并控制三相桥臂中W相桥臂的下桥开关管T2和U、V两相桥臂的上桥开关管T1和T3关断，以驱动电机运转，并进行转子初始位置的检测，具体这里不再详述。

因此，根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测装置，在保证电机的电流不超过允许值时，通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直至电机的相电流达到设定值，以获得电机的转子的初始位置。采用该装置不仅检测精度高，而且简单可靠，既能保证产生足够大的定位转矩，又不会使电机转矩过大，给机械部分造成过大的冲击，同时可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在获取电机400的当前转子位置之后，柔性跟踪单元100还用于判断电机400的当前转子位置与上一周期的转子位置之间的位置差值是否小于预设角度，并在位置差值小于预设角度时将电机400的当前转子位置作为电机400的转子初始位置。其中，预设角度可根据实际情况进行标定。

也就是说，柔性跟踪单元100在根据电机相电流获取到电机400的当前转子位置θ(k)之后，还对该当前转子位置θ(k)进行判断。如果该位置θ(k)与上一周期检测的转子位置θ(k-1)之间的差值的绝对值小于预设角度Δθ，则说明该位置信号稳定，该位置是比较准确的，此时当前转子位置θ(k)即为电机的转子初始位置；否则，说明该位置是不准确的，此时需要过滤掉该值，然后继续进行检测，以获得符合要求的位置。由此可大大提高转子初始位置检测的准确度，保证电机能够安全可靠运转。

根据本发明实施例的电机的转子初始位置检测装置，首先通过柔性跟踪单元获取初始给定占空比，并通过控制单元根据柔性跟踪单元获取的初始给定占空比对三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动电机运转。然后通过柔性跟踪单元在驱动电机运转的过程中逐步提高控制任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并判断电流检测单元检测的三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流是否达到预设的相定位电流，以及在电机相电流达到预设的相定位电流时获取电机的当前转子位置，并将电机的当前转子位置作为电机的转子初始位置。该装置通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

此外，本发明的实施例还提出一种电机控制系统，其包括上述的电机的转子初始位置检测装置，具体实施方式可参照上述实施例，为避免冗余，在此不再赘述。

根据本发明实施例的电机控制系统，通过上述的转子初始位置检测装置，通过逐步增加驱动电机的占空比来柔性增加电机的电压，直到电机的相电流达到设定值以获得电机的转子的初始位置，不仅检测精度高，而且方法简单可靠，可避免因施加在电机上的电压过高导致电机烧毁的问题。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种电机的转子初始位置检测方法，其特征在于，所述电机由三相逆变器驱动，所述三相逆变器包括三相桥臂，所述三相桥臂中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述转子初始位置检测方法包括以下步骤：

获取初始给定占空比；

根据所述初始给定占空比对所述三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，并控制所述三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动所述电机运转；

在驱动所述电机运转的过程中，逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比，并检测所述三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流，以及判断所述电机相电流是否达到预设的相定位电流；

如果所述电机相电流达到预设的相定位电流，则获取所述电机的当前转子位置，并将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

2.根据权利要求1所述的电机的转子初始位置检测方法，其特征在于，在所述初始给定占空比的基础上，通过每个周期增加预设阈值以逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比。

3.根据权利要求2所述的电机的转子初始位置检测方法，其特征在于，当所述电机相电流小于预设的相定位电流时，在上一周期的占空比基础上增加预设阈值以作为当前周期的占空比。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电机的转子初始位置检测方法，其特征在于，在获取所述电机的当前转子位置之后，还判断所述电机的当前转子位置与上一周期的转子位置之间的位置差值是否小于预设角度，并在所述位置差值小于预设角度时将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

5.一种电机的转子初始位置检测装置，其特征在于，所述电机由三相逆变器驱动，所述三相逆变器包括三相桥臂，所述三相桥臂中的每相桥臂包括上桥开关管和下桥开关管，所述转子初始位置检测装置包括柔性跟踪单元、控制单元和电流检测单元，其中，

所述柔性跟踪单元，用于获取初始给定占空比；

所述控制单元，用于根据所述初始给定占空比对所述三相桥臂中任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管进行控制，以及控制所述三相桥臂中任意一相桥臂的下桥开关管和另外两相桥臂的上桥开关管关断，以驱动所述电机运转；

所述柔性跟踪单元，还用于在驱动所述电机运转的过程中逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比；

所述电流检测单元，用于检测所述三相桥臂中任意一相桥臂所对应的电机相电流；

所述柔性跟踪单元，还用于判断所述电机相电流是否达到预设的相定位电流，并在所述电机相电流达到预设的相定位电流时获取所述电机的当前转子位置，以及将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

6.根据权利要求5所述的电机的转子初始位置检测装置，其特征在于，在所述初始给定占空比的基础上，所述柔性跟踪单元通过每个周期增加预设阈值以逐步提高控制所述任意一相桥臂的上桥开关管和另外两相桥臂的下桥开关管的占空比。

7.根据权利要求6所述的电机的转子初始位置检测装置，其特征在于，当所述电机相电流小于预设的相定位电流时，所述柔性跟踪单元在上一周期的占空比基础上增加预设阈值以作为当前周期的占空比。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的电机的转子初始位置检测装置，其特征在于，在获取所述电机的当前转子位置之后，所述柔性跟踪单元还用于判断所述电机的当前转子位置与上一周期的转子位置之间的位置差值是否小于预设角度，并在所述位置差值小于预设角度时将所述电机的当前转子位置作为所述电机的转子初始位置。

9.一种电机控制系统，其特征在于，包括根据权利要求5-8中任一项所述的电机的转子初始位置检测装置。

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