CN108683371B - 转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统及电机驱动设备 - Google Patents

转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统及电机驱动设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种同步电机转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统及电机驱动设备，其中，方法包括：根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，采集三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；其中，低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号；根据正序峰值电流及负序峰值电流，计算至少两相中各相的正负序差值电流；根据正负序差值电流，计算转子磁极初始位置。本发明实施例采集峰值电流时，向三相同步电机注入的脉冲信号为低频脉冲信号，其频率较低，不会干扰到电流采样精度；且脉冲信号注入次数较少，辨识时间短，有利于提高转子磁极初始位置辨识的精度和效率。

Description

转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统及电机驱动设备
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种同步电机转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统、电机驱动设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，电机在交流传动领域的应用也越来越广泛，其中，由于同步电机优良的性能和突出的优点，使得同步电机的应用尤为广泛。
同步电机的高性能速度控制和转矩控制，电机转子磁极位置的确定是必不可少的。而电机转子磁极位置的准确辨识则是关乎电机的运行性能高低，甚至能直接影响到电机是否能正常启动，以及正常运行时的控制性能高低。电机初始磁极位置的检测方法主要有两种，分别为有编码器法和无编码器法，而有编码器法可以有光电编码器法、绝对值编码器法以及旋转变压器法等。但是，无论是哪种检测方法，都需要对转子磁极初始位置进行辨识。
目前，电机转子磁极初始位置辨识方法有旋转辨识法和静止辨识法两种。其中，静止辨识法一般是通过注入高频旋转电压进行辨识。其虽然能获得较高辨识精度，但辨识时间长，辨识时电机噪声较大，软件算法较为复杂；且辨识时电流采样精度易受高频注入信号干扰，从而使得辨识精度较低。也就是说，现有的转子磁极初始位置辨识方法的辨识精度和效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步电机转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统及电机驱动设备，旨在解决传统的技术方案中存在的辨识时间长以及辨识精度低的问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种同步电机转子磁极初始位置辨识方法，该方法包括：
根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，采集所述三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；其中，所述低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号；
根据所述正序峰值电流及所述负序峰值电流，计算所述至少两相中各相的正负序差值电流；
根据所述正负序差值电流，计算转子磁极初始位置。
可选地，所述根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，采集所述三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流，包括：
根据预设的所述脉宽参数，向所述三相同步电机的第一相注入第一相正序低频电压脉冲信号，导通第二相和所述第一相，采集所述第一相的所述正序峰值电流和所述第二相的所述负序峰值电流；
向所述三相同步电机的第一相注入第一相负序低频电压脉冲信号，导通所述第一相和所述第二相，采集所述第一相的所述负序峰值电流和所述第二相的正序峰值电流；
根据所述脉宽参数，向所述三相同步电机的所述第二相注入第二相正序低频电压脉冲信号，导通第三相和所述第二相，采集所述第二相的所述正序峰值电流和所述第三相的所述负序峰值电流；
向所述三相同步电机的所述第二相注入第二相负序低频电平脉冲信号，导通所述第二相和所述第三相，采集所述第二相的所述负序峰值电流和所述第三相的所述正序峰值电流。
可选地，所述根据所述正序峰值电流及所述负序峰值电流，计算所述至少两相中各相的正负序差值电流，包括：
根据所述第一相的所述正序峰值电流以及所述第二相的所述负序峰值电流，得到所述第一相的正序差值电流，根据所述第一相的所述负序峰值电流以及所述第二相的所述正序峰值电流，得到所述第一相的负序差值电流；
将所述第一相的正序差值电流与所述第一相的负序差值电流相减，得到所述第一相的所述正负序差值电流；
根据所述第二相的所述正序峰值电流以及所述第三相的所述负序峰值电流，得到所述第二相的正序差值电流，根据所述第二相的所述负序峰值电流以及所述第三相的所述正序峰值电流，得到所述第二相的负序差值电流；
将所述第二相的正序差值电流与所述第二相的负序差值电流相减，得到所述第二相的所述正负序差值电流。
可选地，在所述根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号之前，还包括：
根据预设脉宽检索参数，利用预设脉宽检索算法，确定低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值，将所述最优脉宽值作为所述脉宽参数。
可选地，所述根据预设脉宽检索参数，利用预设脉宽检索算法，确定低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值，包括：
根据所述三相同步电机的参数，设置所述脉宽检索参数，所述脉宽检索参数包括脉宽初值、脉宽步长、目标脉宽电流以及最大脉宽；
根据当前脉宽值，向所述三相同步电机注入所述低频电压脉冲检索信号，导通所述三相同步电机的第一相和第二相，采集所述第一相的峰值电流和所述第二相的峰值电流；
当所述第一相的峰值电流和所述第二相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流大于所述目标脉宽电流时，将所述当前脉宽值作为所述最优脉宽值；
当所述第一相的峰值电流和所述第二相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流小于所述目标脉宽电流时，根据所述目标脉宽电流与绝对值最大的峰值电流间的差值大小，调整所述脉宽步长；
根据调整后的脉宽步长和所述当前脉宽值，得到第一检索脉宽；
当所述第一检索脉宽大于所述最大脉宽时，发出报警信息；
当所述第一检索脉宽小于所述最大脉宽时，根据所述第一检索脉宽，导通所述三相同步电机的第二相和第三相，采集所述第二相的峰值电流和所述第三相的峰值电流；
当所述第二相的峰值电流和所述第三相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流大于所述目标脉宽电流时，将所述第一检索脉宽作为所述最优脉宽值；
当所述第二相的峰值电流和所述第三相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流小于所述目标脉宽电流时，根据所述目标脉宽电流与绝对值最大的峰值电流间的差值大小，调整所述脉宽步长；
根据调整后的脉宽步长和所述第一检索脉宽，得到第二检索脉宽；
当所述第二检索脉宽大于所述最大脉宽时，发出报警信息；
当所述第二检索脉宽小于所述最大脉宽时，将所述第二检索脉宽作为当前脉宽值，返回向所述三相同步电机注入所述低频电压脉冲检索信号，导通所述三相同步电机的第一相和第二相的步骤。
可选地，所述根据所述正负序差值电流，计算转子磁极初始位置，包括：
基于预设的磁极位置角计算模型ΔI＝2Imcos(θ+α)，利用所述正负序差值电流，计算所述转子磁极初始位置；
其中，ΔI为正负序差值电流，Im为谐波电流，θ为转子磁极初始位置角，α为电流初始角。
本发明实施例第二方面提供一种同步电机转子磁极初始位置辨识装置，该装置包括：
低频电压注入模块，用于根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，其中，所述低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号；
采集模块，用于采集所述三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；
差值电流计算模块，用于根据所述正序峰值电流及所述负序峰值电流，计算所述至少两相中各相的正负序差值电流；
磁极初始位置计算模块，用于根据所述正负序差值电流，计算转子磁极初始位置。
本发明实施例第三方面提供一种电机驱动设备，该电机驱动设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面提供的所述方法的步骤。
本发明实施例第四方面提供一种同步电机转子磁极初始位置辨识系统，该系统包括逆变模块、三相同步电机以及上述第三方面的电机驱动设备；
所述电机驱动设备与所述逆变模块以及所述三相同步电机连接，所述三相同步电机与所述逆变模块连接；
所述逆变模块用于根据所述电机驱动设备的导通控制信号，导通所述三相同步电机的各相。
本发明实施例第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面提供的所述方法的步骤。
本发明实施例在采集峰值电流时，向三相同步电机注入的脉冲信号为低频电压脉冲信号，其频率较低，不会干扰到电流采样的精度，进而使得最终的转子磁极初始位置辨识精度较高；且只需给三相同步电机中的至少两相注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，即每一相分别注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，这样只需注入4次或6次即可满足要求，脉冲信号注入次数较少，使得辨识时间较短。可见，本发明有利于提高转子磁极初始位置辨识的精度和效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的步骤S101的一种具体流程示意框图；
图3为本发明实施例提供的步骤S102的一种具体流程示意框图；
图4为本发明实施例提供的脉宽参数智能检索过程的一种具体流程示意图；
图5为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识装置的结构示意框图；
图6为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识系统的系统结构示意框图；
图7为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识系统的一种具体结构图；
图8为本发明实施例提供的U相正序脉冲信号注入示意图；
图9为本发明实施例提供的U相负序脉冲信号注入示意图；
图10为本发明实施例提供的电机驱动设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
请参见图1，为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识方法的一种具体实施方式的流程示意图，该方法可以包括以下步骤：
步骤S101、根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，采集三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；其中，低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号。
需要说明，上述预设的脉宽参数指的是低频电压脉冲信号的脉冲宽度值，该脉冲参数可以是预先利用一定的智能脉宽检索算法确定出的，也可以是根据经验进行人工设定的。
上述依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号可以是指向三相中的任意两相或三相依次注入低频电压脉冲信号，而低频电压脉冲信号包括正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，各相之间注入低频电压脉冲信号的先后顺序是任意的。在向其中任一相注入低频电压脉冲信号时，应是分别注入该相的正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，而正相序脉冲信号和负相序脉冲信号的注入先后顺序是任意的，即可以先注入正相序脉冲信号，后注入负相序脉冲信号，也可以先注入负相序脉冲信号，后注入正相序脉冲信号。
比如，向U相和V相注入低频电压脉冲信号，可以先向U相注入低频电压脉冲信号，也可以先向V相注入低频电压脉冲信号。当向U相注入低频电压脉冲信号时，可以先注入U相正序脉冲信号，也可以先注入U相负序脉冲信号。
而上述的至少两相包括任意两相和三相，具体地，任意两相可以为U相和V相、U相和W相以及V相和W相中的任意一种组合，三相则包括U相、V相和W相。
可以理解，在向其中一相注入正序脉冲信号或负序脉冲信号，会相应地采集当次所导通的两相的峰值电流，然后再进行下一次脉冲信号的注入，直到采集到三相的正序峰值电流和负序峰值电流。
在一些实施例中，参见图2示出的步骤S101的一种具体流程示意框图，本步骤可以具体为：
步骤A、根据预设的脉宽参数，向三相同步电机的第一相注入第一相正序低频电压脉冲信号，导通第二相和第一相，采集第一相的正序峰值电流和第二相的负序峰值电流；
步骤B、向三相同步电机的第一相注入第一相负序低频电压脉冲信号，导通第一相和第二相，采集第一相的负序峰值电流和第二相的正序峰值电流；
步骤C、根据脉宽参数，向三相同步电机的第二相注入第二相正序低频电压脉冲信号，导通第三相和第二相，采集第二相的正序峰值电流和第三相的负序峰值电流；
步骤D、向三相同步电机的第二相注入第二相负序低频电平脉冲信号，导通第二相和第三相，采集第二相的负序峰值电流和第三相的正序峰值电流。
需要说明，上述第一相可以为U相、V相和W相中的任意一相，相应地，第二相为除去第一相后剩余两相的任意一相。例如，第一相为U相，第二相则可以为V相或W相，剩下的一相则为第三相。
上述步骤C和步骤D也可以是向第三相注入正序和负序的脉冲信号，相应导通第三相和第二相，或者导通第一相和第三相，以采集到相应的峰值电流。
也就是说，向任意两相注入低频脉冲信号时，所能采集到的峰值电流应包括U、V、W三相的峰值电流，即只要保证所采集到的峰值电流包括U、V、W三相的正、负相序峰值电路，注入时所导通的两相可以是任意的。
比如，上述第一相为U相，第二相为V相，第三相为W相，向U相注入U相正序低频脉冲信号时，导通UV相，采集U相的正序峰值电
Figure BDA0001664302140000081
流和V相的负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000082
向U相注入U相负序低频脉冲信号，导通VU相，采集U相的负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000083
和V相的正序峰值电流
Figure BDA0001664302140000084
同理，向V相注入正序低频脉冲信号，导通VW相，采集V相的正序峰值电流
Figure BDA0001664302140000085
和W相的负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000086
向V相注入负序低频脉冲信号，导通WV相，采集V相的负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000087
和W相的正序峰值电流
Figure BDA0001664302140000091
最终，采集到U相的正、负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000092
V相的正、负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000093
以及W相的正、负序峰值电流
Figure BDA0001664302140000094
可以看出，向其中的两相分别注入低频电压脉冲信号，即可采集到U、V、W三相的峰值电流，当然，向三相分别注入低频电压脉冲信号，也可以采集到U、V、W三相的峰值电流。但是，向其中的两相注入低频电压脉冲信号以采集峰值电流比三相分别注入低频电压脉冲信号以采集峰值电流所耗费的时间更短，效率更高。而向三相分别注入低频电压脉冲信号所耗费的时间以采集峰值电流比向其中的两相注入低频电压脉冲信号以采集峰值电流的精度更高，但所能提高的精度有限，且后者的精度已经能满足大部分的要求。因此，这两种方案可以根据实际需求进行选择。
步骤S102、根据正序峰值电流及负序峰值电流，计算至少两相中各相的正负序差值电流。
需要说明，上述至少两相包括U相和V相、U相和W相、W相和V相以及U、V、W相，即计算其中的任意两相的正负序差值电流或者是三相的正负序差值电流，都可以最终计算出转子磁极初始位置。
各相的正负序差值电流的计算是基于两个不同相的峰值电流，只需计算的任意两相的正负序差值电流的过程中，使用到包括U、V、W三相的峰值电流即可。比较可知，计算任意两相的差值电流的用时更短，会进一步提高转子磁极初始位置的辨识效率。具体应用中，可以根据需求选择两种中的一种。
在一些实施例中，参见图3示出的步骤S102的一种具体流程示意框图，本步骤可以具体为：
步骤a、根据第一相的正序峰值电流以及第二相的负序峰值电流，得到第一相的正序差值电流，根据第一相的负序峰值电流以及第二相的正序峰值电流，得到第一相的负序差值电流；
步骤b、将第一相的正序差值电流与第一相的负序差值电流相减，得到第一相的正负序差值电流；
步骤c、根据第二相的正序峰值电流以及第三相的负序峰值电流，得到第二相的正序差值电流，根据第二相的负序峰值电流以及第三相的正序峰值电流，得到第二相的负序差值电流；
步骤d、将第二相的正序差值电流与第二相的负序差值电流相减，得到第二相的正负序差值电流。
需要说明，上述步骤a、步骤b、步骤c以及步骤d可以同时执行，也可以是先后顺序执行，而先后顺序执行时，各步骤的顺序可以是任意的，在此不作限定。
上述第一相可以为U相、V相和W相中的任意一相，相应地，第二相为除去第一相后剩余两相的任意一相。
例如，第一相为U相，第二相则可以为V相或W相，剩下的一相则为第三相。U相的正、负序峰值电流分别表示
Figure BDA0001664302140000101
V相的正、负序峰值电流分别表示为
Figure BDA0001664302140000102
以及W相的正、负序峰值电流分别表示为
Figure BDA0001664302140000103
U相的正序差值电流为
Figure BDA0001664302140000104
U相的负序差值电流为
Figure BDA0001664302140000105
同理，V相的正序差值电流为
Figure BDA0001664302140000106
V相的负序差值电流为
Figure BDA0001664302140000107
相应地，U相的正负序差值电流为
Figure BDA0001664302140000108
V相的正负序差值电流为
Figure BDA0001664302140000109
此处只是给出了根据峰值电流计算各相的正负序差值电流的一种方式。当然，计算正负序差值电流的方式还可以具体为其它，在此不作限定。
计算三相的各相的正负序峰值电流的具体过程与上述过程类似，在此不再赘述。
步骤S103、根据正负序差值电流，计算转子磁极初始位置。
具体地，可以基于预先建立的正负序差值电流与转子磁极初始位置间的关系，利用正负序差值电流，计算出磁极初始位置。正负序差值电流与转子磁极初始位置间对应关系的建立过程可以如下：
在一些实施例中，利用公式
Figure BDA0001664302140000111
其中，I+、I-分别其中一相的正、负序峰值电流，α为电流初始角，θ为转子磁极位置角，Im为谐波电流，Iav为基波电流。基于上述公式，可得出磁极位置角计算模型ΔI＝2Imcos(θ+α)，ΔI为正负序差值电流。然后再基于该磁极位置角计算模型，利用正负序差值电流计算，计算出转子磁极初始位置角。
该磁极位置角计算模型ΔI＝2Imcos(θ+α)只有两个未知参数，因此计算出两相的正负序差值电流，即可计算出该模型的两个未知参数。当然，利用三相的正负序差值电流，也能计算出所需的转子磁极位置角。
可以理解，在上述步骤S102计算出U、V、W各相的正负序差值电流后，步骤S103可以选择其中的任意两相的正负序差值电流计算转子磁极初始位置角，也可以选择三相的正负序差值电流计算转子磁极初始位置角。
具体应用中，利用上述磁极位置角计算模型ΔI＝2Imcos(θ+α)计算初始位置角的过程可以具体为：
Figure BDA0001664302140000112
假设β＝θ+π/6，则上式可以表示为：
Figure BDA0001664302140000113
由此可以计算出角度β的值，β＝arctan(a)，其中，
Figure BDA0001664302140000114
这样，即可计算出转子磁极初始位置角θ。
本发明实施例中，在采集峰值电流时，向三相同步电机注入的脉冲信号为低频电压脉冲信号，其频率较低，不会干扰到电流采样的精度，进而使得最终的转子磁极初始位置辨识精度较高；且只需给三相同步电机中的至少两相注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，即每一相分别注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，这样只需注入4次或6次即可满足要求，脉冲信号注入次数较少，使得辨识时间较短，有利于提高转子磁极初始位置辨识的精度和效率。
实施例二
上述实施例一的脉宽参数可以是预先利用一定的智能脉宽检索算法确定出的，也可以是根据经验进行人工设定的。本实施例将对脉宽参数的智能检索过程进行介绍说明。
基于上述实施例一，在上述根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号之前，还可以包括：根据预设脉宽检索参数，利用预设脉宽检索算法，确定低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值，将最优脉宽值作为脉宽参数。
具体地，将脉宽为初始脉宽的低频电压脉冲检索信号注入三相同步电机，采集各相的输出峰值电流，根据该峰值电流的大小，确定是否该脉宽是否为最优脉宽，如果不是，则以一定的步长调整初始脉宽，继续进行脉冲信号注入，以最终检测出所需的脉宽参数为止。
需要说明，上述低频电压脉冲检索信号与上述实施例一提及的低频电压脉冲信号的频率应相同。
在一些实施例中，参见图4示出的脉宽参数智能检索过程的一种具体流程示意图，上述根据预设脉宽检索参数，利用预设脉宽检索算法，确定低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值的具体过程可以包括以下步骤：
步骤S401、根据三相同步电机的参数，设置脉宽检索参数，脉宽检索参数包括脉宽初值、脉宽步长、目标脉宽电流以及最大脉宽；
可以理解，上述三相同步电机的参数指的是电机工作参数，这些参数会由于电机类型的不同而相应地不同。具体应用中，获取电机参数后，相应地设置脉宽检索参数，即设置脉宽初值T0，脉宽步长Tadd，目标脉宽电流Ilim，最大脉宽Tmax。
步骤S402、根据当前脉宽值，向三相同步电机注入低频电压脉冲检索信号，导通三相同步电机的第一相和第二相，采集第一相的峰值电流和第二相的峰值电流；
具体地，该当前脉宽值在刚刚开始时为脉宽初值T0，到后续的循环步骤则为相应增加步长后的脉宽值。根据当前脉宽值，向电机发送PWM波，相应导通任意两相，采集峰值电流。例如，导通UV相，采集U、V相的峰值电流
Figure BDA0001664302140000131
Figure BDA0001664302140000132
步骤S403、当第一相的峰值电流和第二相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流大于目标脉宽电流时，将当前脉宽值作为最优脉宽值；
具体地，比较采集到的第一相峰值电流的绝对值和第二相峰值电流的绝对值的大小，然后将其中的较大者的绝对值与目标脉宽电流Ilim比较，当最大的峰值电流大于目标脉宽电流Ilim，将当前脉宽值作为上述脉宽参数。
例如，采集到的峰值电流为U、V相的峰值电流
Figure BDA0001664302140000133
将
Figure BDA0001664302140000134
和
Figure BDA0001664302140000135
的最大值赋给Imax，然后比较Imax与目标脉宽电流Ilim间的大小。
步骤S404、当第一相的峰值电流和第二相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流小于目标脉宽电流时，根据目标脉宽电流与绝对值最大的峰值电流间的差值大小，调整脉宽步长；
具体地，当最大的峰值电流小于目标脉宽电流Ilim，则根据Imax和Ilim间的差值大小，调整下一次增加的脉宽步长。例如，当Imax≤0.8Ilim时，则脉宽步长Tadd＝T0；当Imax>0.8Ilim时，脉宽步长Tadd＝0.5T0。
步骤S405、根据调整后的脉宽步长和当前脉宽值，得到第一检索脉宽。例如，当根据Imax和Ilim间的差值，确定出Tadd＝0.5T0，则Tn+1＝Tn+Tadd，即T1＝T0+1。
步骤S406、当第一检索脉宽大于最大脉宽时，发出报警信息。也就是说，比较Tn+1与Tmax间的大小，若Tn+1大于Tmax时，脉宽已达到最大限值，则可以停止PWM发波，并发出相应的报警信息。
步骤S407、当第一检索脉宽小于最大脉宽时，根据第一检索脉宽，导通三相同步电机的第二相和第三相，采集第二相的峰值电流和第三相的峰值电流。例如，当第一相为U相，第二相为V相，第三相为W相，上述步骤S402导通UV相，此处导通VW相，采集的到V、W相的峰值电流Iv +、Iw -。
步骤S408、当第二相的峰值电流和第三相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流大于目标脉宽电流时，将第一检索脉宽作为最优脉宽值。
步骤S409、当第二相的峰值电流和第三相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流小于目标脉宽电流时，根据目标脉宽电流与绝对值最大的峰值电流间的差值大小，调整脉宽步长。
步骤S410、根据调整后的脉宽步长和第一检索脉宽，得到第二检索脉宽；
步骤S411、当第二检索脉宽大于最大脉宽时，发出报警信息。
可以理解，步骤S408至步骤S411的具体过程与上述步骤S403和步骤S406的过程类似，即将两个峰值电流中绝对值最大的一个与目标脉宽电流比较大小，以进行后续操作，在此不作赘述。
步骤S412、当第二检索脉宽小于最大脉宽时，将第二检索脉宽作为当前脉宽值，返回向三相同步电机注入低频电压脉冲检索信号，导通三相同步电机的第一相和第二相的步骤。即返回步骤S402，以增加一定步长后的脉宽值作为当前脉宽值，进行步骤S402后的步骤，依此循环，直到检测出所需的低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值。
可以看出，本实施例通过设置智能脉宽检索算法，方便快捷地确定出脉宽参数，以进一步提高磁极初始位置的辨识效率、
实施例三
请参见图5，为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识装置的结构示意框图，该装置可以包括：
低频电压注入模块51，用于根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，其中，低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号；
采集模块52，用于采集三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；
差值电流计算模块53，用于根据正序峰值电流及负序峰值电流，计算至少两相中各相的正负序差值电流；
磁极初始位置计算模块54，用于根据正负序差值电流，计算转子磁极初始位置。
本发明实施例中，在采集峰值电流时，向三相同步电机注入的脉冲信号为低频电压脉冲信号，其频率较低，不会干扰到电流采样的精度，进而使得最终的转子磁极初始位置辨识精度较高；且只需给三相同步电机中的至少两相注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，即每一相分别注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，这样只需注入几次低频电压脉冲信号即可满足要求，脉冲信号注入次数较少，使得辨识时间较短，有利于提高转子磁极初始位置辨识的精度和效率。
实施例四
请参见图6，为本发明实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识系统的系统结构示意框图，该系统可以包括逆变模块61、三相同步电机62以及如电机驱动设备63。
其中，电机驱动设备63与逆变模块61以及三相同步电机62连接，三相同步电机62与逆变模块61连接。逆变模块61用于根据电机驱动设备的导通控制信号，导通三相同步电机62的各相。
该逆变模块61可以具体为包括多个IGBT管的逆变电路，通过相应地导通IGBT管，以相应地导通U、V和W相。
上述电机驱动设备具体可以为但不限于变频器或伺服驱动器。该电机驱动设备通过向逆变模块发送PWM控制波，导通相应相位，并采集相应相位的峰值电流，然后再根据所采集的峰值电流，计算转子磁极初始位置角。
为更好地介绍本实施例提供的同步电机转子磁极初始位置辨识系统，下面将结合图7示出的同步电机转子磁极初始位置辨识系统的一种具体结构图作进一步介绍。该系统可以包括辨识控制单元71、逆变器72、永磁同步电机73以及磁极位置辨识单元74。逆变器72包括IGBT管TV1、TV2、TV3、TV4、TV5以及TV6。辨识控制单元71和磁极位置辨识单元74的功能实现由电机驱动设备的微控芯片实现。磁极位置辨识单元包括电流采集单元、电流处理单元和角度辨识单元。
辨识控制单元71可以实现低频电压脉冲注入，所注入的脉冲信号可以例如为图8示出的U相正序脉冲信号注入示意图，以及图9示出的U相负序脉冲信号注入示意图。
辨识控制单元71依次注入各相的正负序低频电压脉冲信号，导通逆变器中的相应IGBT管，以导通相应的相位，磁极位置辨识单元采集所导通相位的峰值电流。其中，导通IGBT管与采集的电流值的对应关系可以如下表1所示。
表1
电机相序 TV1 TV2 TV3 TV4 TV5 TV6 峰值电流
U相正序 导通 关闭 关闭 关闭 导通 关闭 I<sub>u</sub><sup>+</sup>
U相负序 关闭 导通 关闭 导通 关闭 关闭 I<sub>u</sub><sup>-</sup>
V相正序 关闭 导通 关闭 关闭 关闭 导通 I<sub>v</sub><sup>+</sup>
V相负序 关闭 关闭 导通 关闭 导通 关闭 I<sub>v</sub><sup>-</sup>
W相正序 关闭 关闭 导通 导通 关闭 关闭 I<sub>w</sub><sup>+</sup>
W相负序 导通 关闭 关闭 关闭 关闭 导通 I<sub>w</sub><sup>-</sup>
基于预设的脉宽参数，发送PWM控制波，导通相应的IGBT管，以导通相应的相位。
例如，脉冲电压注入电流如图8所示，导通IGBT管TV1和TV5，采集电机U、V相峰值电流
Figure BDA0001664302140000161
和
Figure BDA0001664302140000162
导通图1中IGBT管TV2和TV4，脉冲电压注入电流如图9所示，采集电机U、V相峰值电流
Figure BDA0001664302140000163
和
Figure BDA0001664302140000164
其它相位的峰值电流采集过程类似。
可以理解，利用智能脉宽检索算法来检索最优脉宽值的过程中，采集各相的峰值电流，也应是导通相应的IGBT管，以导通相应的相位，采集所需的峰值电流。
采集到所需的峰值电流后，则可以根据峰值电流，计算转子磁极初始位置角，该计算过程可以参见上文相应内容，在此不再赘述。
可以看出，该系统在采集峰值电流时，向三相同步电机注入的脉冲信号为低频电压脉冲信号，其频率较低，不会干扰到电流采样的精度，进而使得最终的转子磁极初始位置辨识精度较高；且只需给三相同步电机中的至少两相注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，即每一相分别注入正相序脉冲信号和负相序脉冲信号，这样只需注入几次低频电压脉冲信号即可满足要求，脉冲信号注入次数较少，使得辨识时间较短，有利于提高转子磁极初始位置辨识的精度和效率。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
实施例五
图10是本发明一实施例提供的电机驱动设备的示意图。如图10所示，该实施例的电机驱动设备6包括：处理器100、存储器101以及存储在所述存储器101中并可在所述处理器100上运行的计算机程序102，例如同步电机转子磁极初始位置辨识程序。所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各个同步电机转子磁极初始位置辨识方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至S103。或者，所述处理器100执行所述计算机程序102时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块51至54的功能。
示例性的，所述计算机程序102可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器101中，并由所述处理器100执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序102在所述电机驱动设备10中的执行过程。
所述电机驱动设备可包括，但不仅限于，处理器100、存储器101。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是电机驱动设备的示例，并不构成对电机驱动设备的限定，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。
所称处理器100可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器101可以是所述电机驱动设备的内部存储单元，例如电机驱动设备的硬盘或内存。所述存储器101也可以是所述电机驱动设备的外部存储设备，例如所述电机驱动设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器101还可以既包括所述电机驱动设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器101用于存储所述计算机程序以及所述电机驱动设备所需的其他程序和数据。所述存储器101还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元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机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同步电机转子磁极初始位置辨识方法，其特征在于，包括：
根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，采集所述三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；其中，所述低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号；
根据所述正序峰值电流及所述负序峰值电流，计算所述至少两相中各相的正负序差值电流；
根据所述正负序差值电流，计算转子磁极初始位置；
所述根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，采集所述三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流，包括：
根据预设的所述脉宽参数，向所述三相同步电机的第一相注入第一相正序低频电压脉冲信号，导通第二相和所述第一相，采集所述第一相的所述正序峰值电流和所述第二相的所述负序峰值电流，
向所述三相同步电机的第一相注入第一相负序低频电压脉冲信号，导通所述第一相和所述第二相，采集所述第一相的所述负序峰值电流和所述第二相的正序峰值电流，
根据所述脉宽参数，向所述三相同步电机的所述第二相注入第二相正序低频电压脉冲信号，导通第三相和所述第二相，采集所述第二相的所述正序峰值电流和所述第三相的所述负序峰值电流，
向所述三相同步电机的所述第二相注入第二相负序低频电平脉冲信号，导通所述第二相和所述第三相，采集所述第二相的所述负序峰值电流和所述第三相的所述正序峰值电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述正序峰值电流及所述负序峰值电流，计算所述至少两相中各相的正负序差值电流，包括：
根据所述第一相的所述正序峰值电流以及所述第二相的所述负序峰值电流，得到所述第一相的正序差值电流，根据所述第一相的所述负序峰值电流以及所述第二相的所述正序峰值电流，得到所述第一相的负序差值电流；
将所述第一相的正序差值电流与所述第一相的负序差值电流相减，得到所述第一相的所述正负序差值电流；
根据所述第二相的所述正序峰值电流以及所述第三相的所述负序峰值电流，得到所述第二相的正序差值电流，根据所述第二相的所述负序峰值电流以及所述第三相的所述正序峰值电流，得到所述第二相的负序差值电流；
将所述第二相的正序差值电流与所述第二相的负序差值电流相减，得到所述第二相的所述正负序差值电流。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号之前，还包括：
根据预设脉宽检索参数，利用预设脉宽检索算法，确定低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值，将所述最优脉宽值作为所述脉宽参数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预设脉宽检索参数，利用预设脉宽检索算法，确定低频电压脉冲检索信号的最优脉宽值，包括：
根据所述三相同步电机的参数，设置所述脉宽检索参数，所述脉宽检索参数包括脉宽初值、脉宽步长、目标脉宽电流以及最大脉宽；
根据当前脉宽值，向所述三相同步电机注入所述低频电压脉冲检索信号，导通所述三相同步电机的第一相和第二相，采集所述第一相的峰值电流和所述第二相的峰值电流；
当所述第一相的峰值电流和所述第二相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流大于所述目标脉宽电流时，将所述当前脉宽值作为所述最优脉宽值；
当所述第一相的峰值电流和所述第二相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流小于所述目标脉宽电流时，根据所述目标脉宽电流与绝对值最大的峰值电流间的差值大小，调整所述脉宽步长；
根据调整后的脉宽步长和所述当前脉宽值，得到第一检索脉宽；
当所述第一检索脉宽大于所述最大脉宽时，发出报警信息；
当所述第一检索脉宽小于所述最大脉宽时，根据所述第一检索脉宽，导通所述三相同步电机的第二相和第三相，采集所述第二相的峰值电流和所述第三相的峰值电流；
当所述第二相的峰值电流和所述第三相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流大于所述目标脉宽电流时，将所述第一检索脉宽作为所述最优脉宽值；
当所述第二相的峰值电流和所述第三相的峰值电流中绝对值最大的峰值电流小于所述目标脉宽电流时，根据所述目标脉宽电流与绝对值最大的峰值电流间的差值大小，调整所述脉宽步长；
根据调整后的脉宽步长和所述第一检索脉宽，得到第二检索脉宽；
当所述第二检索脉宽大于所述最大脉宽时，发出报警信息；
当所述第二检索脉宽小于所述最大脉宽时，将所述第二检索脉宽作为当前脉宽值，返回向所述三相同步电机注入所述低频电压脉冲检索信号，导通所述三相同步电机的第一相和第二相的步骤。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述正负序差值电流，计算转子磁极初始位置，包括：
基于预设的磁极位置角计算模型ΔI＝2Imcos(θ+α)，利用所述正负序差值电流，计算所述转子磁极初始位置；
其中，ΔI为正负序差值电流，Im为谐波电流，θ为转子磁极初始位置角，α为电流初始角。
6.一种同步电机转子磁极初始位置辨识装置，其特征在于，包括：
低频电压注入模块，用于根据预设的脉宽参数，依次向三相同步电机中的至少两相注入低频电压脉冲信号，其中，所述低频电压脉冲信号包括正相序的低频电压脉冲信号和负相序的低频电压脉冲信号；
采集模块，用于采集所述三相同步电机中每相的正序峰值电流及负序峰值电流；
差值电流计算模块，用于根据所述正序峰值电流及所述负序峰值电流，计算所述至少两相中各相的正负序差值电流；
磁极初始位置计算模块，用于根据所述正负序差值电流，计算转子磁极初始位置；
所述低频电压注入模块，还用于：
根据预设的所述脉宽参数，向所述三相同步电机的第一相注入第一相正序低频电压脉冲信号，导通第二相和所述第一相，采集所述第一相的所述正序峰值电流和所述第二相的所述负序峰值电流，
向所述三相同步电机的第一相注入第一相负序低频电压脉冲信号，导通所述第一相和所述第二相，采集所述第一相的所述负序峰值电流和所述第二相的正序峰值电流，
根据所述脉宽参数，向所述三相同步电机的所述第二相注入第二相正序低频电压脉冲信号，导通第三相和所述第二相，采集所述第二相的所述正序峰值电流和所述第三相的所述负序峰值电流，
向所述三相同步电机的所述第二相注入第二相负序低频电平脉冲信号，导通所述第二相和所述第三相，采集所述第二相的所述负序峰值电流和所述第三相的所述正序峰值电流。
7.一种电机驱动设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
8.一种同步电机转子磁极初始位置辨识系统，其特征在于，包括逆变模块、三相同步电机以及如权利要求7所述的电机驱动设备；
所述电机驱动设备与所述逆变模块以及所述三相同步电机连接，所述三相同步电机与所述逆变模块连接；
所述逆变模块用于根据所述电机驱动设备的导通控制信号，导通所述三相同步电机的各相。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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