CN109039198A - 永磁电机霍尔位置的校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机霍尔位置的校正方法，包括：获取第一霍尔边沿位置；控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置。本发明还提供一种永磁电机霍尔位置的校正装置，提高转子位置和速度估计精度，提高了相电流波形正弦度，降低电机转矩脉动，提升系统效率。

Description

永磁电机霍尔位置的校正方法及装置

技术领域

本发明涉及电动车驱动控制技术领域，特别涉及一种永磁电机霍尔位置的校正方法及装置。

背景技术

随着电机技术的发展，永磁同步电机的应用范围越来越广泛。由于其功耗低、噪声小的特性，各种家用电器均用永磁同步电机取代了以往的感应电机，如冰箱、空调的压缩机、送风机等等，另外，最新型的电动车也大多采用大功率永磁同步电机作为其驱动电机，并且采用矢量控制方式，然而矢量控制需要获得转子磁极所在的位置信息。

目前，永磁同步电机常用的转子位置传感器有旋转变压器、正交编码器、霍尔位置传感器。其中旋转变压器和正交编码器的优点是精度很高，但是这些传感器价格高；霍尔位置传感器由于成本低廉广泛应用于电动自行车领域。

通常在一个电周期内安装3个开关型霍尔位置传感器，因此在一个电周期内只能输出6个位置信号。在电机设计制造当中，电机绕组的绝对位置与霍尔6个位置信号之间的关系是确定的，但实际当中由于霍尔位置传感器装配偏差和电机磁钢片安装不均匀等原因，会导致实际霍尔输出位置与设计值之间存在偏差。并且，电动车用永磁同步电机会采用多磁极对数的转子结构，因此对霍尔位置的安装精度要求非常高，物理位置上稍有偏差，会导致电气位置上偏差较大。因此，除了电机生产厂商对电机霍尔位置传感器进行校准之外，电机控制器还需要进一步对霍尔位置进行校准。如果缺少霍尔位置的校正，对于存在霍尔位置安装偏差的电机，将会导致转子位置估计偏差，电磁转矩波动，电流波形正弦度不高，动静态性能下降，并且影响系统效率。

在实际使用当中，霍尔位置传感器属于易损件，针对其中1个霍尔传感故障情况，即只能产生4个位置信号，在这种情况下本方法依然可以校正4个霍尔位置。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种永磁电机霍尔位置的校正方法及装置，提高转子位置和速度估计精度，提高了相电流波形正弦度，降低电机转矩脉动，提升系统效率。

根据本发明的第一方面，提供一种永磁电机霍尔位置的校正方法，包括：

获取第一霍尔边沿位置；

控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置，其中，m＝4或6。

优选地，每个机械周期包括多个电气周期；所述电气周期为电机转子经过相邻两对磁极之间的时间；

所述获取第一霍尔边沿位置包括：

电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置；

对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置求平均值以获取第一霍尔边沿位置。

优选地，在每个电气周期内，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置包括：

向永磁电机提供直轴电压、交轴电压以及电机转子的初始位置角；

保持直轴电压和交轴电压不变，根据初始位置角以及第一位置角增量获取每个采样时刻的第一霍尔位置信号；

判断当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号是否发生边沿跳变；

在当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号发生边沿跳变时，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置。

优选地，所述获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置还包括：

根据当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角和第二位置角增量将电机转子快速旋转至下一对磁极；

将下一对磁极所在的零位作为下一个电周期的初始位置角。

优选地，获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置包括：

电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

优选地，所述永磁电机在开环运行状态下稳定运行。

优选地，所述第一霍尔边沿位置与电机转子零位相邻。

根据本发明的另一方面，提供一种永磁电机霍尔位置的校正装置，包括：

零位确定模块，用于获取第一霍尔边沿位置；

控制模块，用于控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

校正模块，用于对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

边沿位置计算模块，用于根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置。

优选地，每个机械周期包括多个电气周期；所述电气周期为电机转子经过相邻两对磁极之间的时间；

所述零位确定模块包括：

第一获取单元，用于电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置；

第一校正单元，用于对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置求平均值以获取第一霍尔边沿位置。

优选地，所述第一获取单元包括：

初始化子单元，用于向永磁电机提供直轴电压、交轴电压以及电机转子的初始位置角；

采样子单元，用于保持直轴电压和交轴电压不变，根据初始位置角以及第一位置角增量获取每个采样时刻的第一霍尔位置信号；

第一获取子单元，用于在当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号发生边沿跳变时，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置。

优选地，所述初始化子单元还用于根据当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角和第二位置角增量将电机转子快速旋转至下一对磁极；

将下一对磁极所在的零位作为下一个电周期的初始位置角。

优选地，所述控制模块包括：

控制单元，用于控制所述永磁电机稳速运行，

第二获取单元，用于电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

第二校正单元，用于对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

优选地，所述永磁电机在开环运行状态下稳定运行。

优选地，所述第一霍尔边沿位置与电机转子零位相邻。

本发明提供的永磁电机霍尔位置的校正方法及装置，通过对电机转子经过每对磁极时的第一霍尔边沿位置求平均值作为第一霍尔边沿对应的转子位置，消除磁极不均匀导致的零位偏差；在零位确定后，控制永磁电机稳速运行，获取4或6个霍尔边沿之间的相对位置，将多个机械周期内的4或6个霍尔边沿之间的相对位置求平均值进而得到4或6个霍尔边沿对应的转子位置，消除转速波动对位置估计的影响，提高转子位置和速度估计精度，提高了相电流波形正弦度，降低电机转矩脉动，提升系统效率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的永磁电机霍尔位置的校正方法的流程图；

图2示出了本发明实施例中步骤S10的流程图；

图3输出了本发明实施例中步骤S20的流程图；

图4示出了本发明实施例提供的120度的三相霍尔信号的波形图；

图5示出了本发明实施例提供的60度的三相霍尔信号的波形图；

图6示出了本发明实施例提供的永磁电机霍尔位置的校正装置的结构示意图；

图7示出了本发明实施例提供的第一获取单元的结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的霍尔位置校正前的空载相电流波形实验结果；

图9示出了本发明实施例提供的霍尔位置校正后的空载相电流波形实验结果。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出了本发明实施例提供的永磁电机霍尔位置的校正方法的流程图。如图1所示，所述永磁电机霍尔位置的校正方法包括以下步骤。

在步骤S10中，获取第一霍尔边沿位置。

在本实施例中，向电机提供直轴电压u_d和交轴电压u_q，并且该直轴电压u_d和交轴电压u_q足够大以保证电机转子能够转动到定子磁链矢量方向处，并保持静止。直轴电压u_d应大小合适，过小会导致电机零位不准，过大则会产生较大直流电，不宜长时间运行。机械周期T1为电机转子旋转一周所需的时间。电气周期T2由机械周期T1以及磁极对数p决定，即T2＝T1/p。

在一个优选地实施例中，第一霍尔边沿位置与电机转子零位相邻。

如图2所示，所述步骤S10包括步骤S11-步骤S17。

在步骤S11中，向永磁电机提供直轴电压u_d、交轴电压u_q以及电机转子的初始位置角。

在本实施例中，向永磁电机提供直轴电压u_d、交轴电压u_q以及电机转子的初始位置角后，永磁电机开始工作。永磁电机上安装有三相霍尔传感器，待永磁电机平稳运行后，使用示波器采集所述永磁电机的三相霍尔信号。将k设为采样时刻，在初始采样时刻k＝0时，向永磁电机提供的直轴电压u_d为u_d(0)＝0.1，交轴电压u_q为u_q(0)＝0，其中，0.1和0为标幺值，标幺值为真实电压值与基准电压值的比值。电机转子的初始位置角θ_e为θ_e(0)＝0°，获取当前的霍尔状态，记为HALLSTATE0。

在步骤S12中，保持直轴电压u_d和交轴电压u_q不变，根据初始位置角θ_e以及第一位置角增量Δθ_e1获取每个采样时刻k的第一霍尔位置信号HALL。

在本实施例中，初始状态下的霍尔状态为HALLSTATE0，在k+1时刻，第一霍尔位置信号HALL的位置角为θ_e(k)＝θ_e(k-1)+Δθ_e1，其中，第一位置角增量为Δθ_e1＝1°。

在步骤S13中，判断当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号是否发生边沿跳变，如果没有发生边沿跳变，继续执行步骤S12，如果发生边沿跳变，则执行步骤S14。

在步骤S14中，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置。

在本实施例中，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号记为HALLSTATE1，同时将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置θ₀，由采样时刻的值可以确定第一霍尔位置信号HALLSTATE1对应的位置角θ₀(i)＝k*Δθ_e1，其中，i表示第i对磁极对数的序号，且1≤i≤p。

在步骤S15中，磁极对数序号i＝i+1，判断磁极对数序号i≤p是否成立，当i≤p成立时，执行步骤S16，否则执行步骤S17。

在步骤S16中，根据当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角θ_e(k)和第二位置角增量Δθ_e2将电机转子快速旋转至下一对磁极；将下一对磁极所在的零位作为下一个电周期的初始位置角。

在本实施例中，第二位置角增量为Δθ_e2＝55°，电机转子以第二位置角增量Δθ_e2逐渐递进，连续执行该步骤6次，然后返回执行S11，将电机转子定位于新的零位。继续执行步骤S11至S16，直至i＞p。

在步骤S17中，对多个与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置求平均值以获取第一霍尔边沿位置。

在本实施例中，当磁极对数序号i＞p时，电机已经转过一个机械周期，获得与磁极对数序号i对应的p个第一霍尔边沿位置θ₀(i)，1≤i≤p，求平均值即获取第一霍尔边沿对应的转子绝对位置。通过求平均值获取与电机零位相邻的第一霍尔边沿位置可以弥补由于磁极装配不均匀导致的零位偏差，提高转子定位精度。

在步骤S20中，控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置，其中，m＝4或6。当三相霍尔传感器中的其中一个出现异常时，得到4个霍尔边沿；当三相霍尔传感器中的均正常工作时，得到6个霍尔边沿。

如图3所示，所述步骤S20包括步骤S21-步骤S23。

在步骤S21中，控制所述永磁电机稳速运行。

在本实施例中，确定与电机零位相邻的第一霍尔边沿位置后，控制所述电磁电机在V/F(恒压频比)开环状态下稳速运行。其中，V表示给定相电压，F表示给定电频率。给定直轴电压u_d(0)＝0.1，交轴电压u_q为u_q(0)＝0，每个采样时刻k的位置角其中为开环速度，T_s为位置更新周期，与PWM周期相同。

在步骤S22中，电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

在本实施例中，电机转子经过第i对磁极时，获取第一霍尔边沿与第二霍尔边沿的相对位置Δθ₀₁＝θ₁-θ₀、第二霍尔边沿与第三霍尔边沿的相对位置第三霍尔边沿与第四霍尔边沿的相对位置第m-1霍尔边沿与第m霍尔边沿的相对位置Δθ_(m-2)(m-1)＝θ_m-1-θ_m-2、第m霍尔边沿与第一霍尔边沿的相对位置Δθ_(m-1)0＝θ₀-θ_m-1，将同一磁极对数序号的m个相对位置记录成一组数组，即Δθ_HALL,k(i)。经过一个机械周期，可以获得p组Δθ_HALL,k(i)。

该三相霍尔传感器可以为120度的三相霍尔传感器或60度的三相霍尔传感器。图4和图5分别示出了本发明实施例提供的120度的三相霍尔信号的波形图和60度的三相霍尔信号的波形图。

在步骤S23中，对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

在本实施例中，对上述获得的p组Δθ_HALL,k(i)求平均值，得到每个机械周期的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置，即

在步骤S30中，对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

在本实施例中，电机持续运转n个机械周期，其中，n≥2。计算n个机械周期的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置的平均值，即

在步骤S40中，根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置。

在本实施例中，当m＝4时，计算校正后的第一霍尔边沿至第四霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置Δθ_HALL对应的电气位置，首先将Δθ_HALL转化成角度，因为一个电气周期为360°，因此得到相对位置Δθ_HALL的电气位置:

Δθ_{HALL_DEG}＝360×Δθ_HALL/∑Δθ_HALL≡[Δθ_{01_DEG} Δθ_{12_DEG} Δθ_{23_DEG} Δθ_{30_DEG}]^T，其中，∑Δθ_HALL＝θ₀₁+θ₁₂+θ₂₃+θ₃₀。根据相对位置对应的电气位置，得到第二至第四霍尔边沿位置，即第二霍尔边沿位置为θ₁＝θ₀+θ_{01_DEG}，第三霍尔边沿位置为θ₂＝θ₁+θ_{12_DEG}，第四霍尔边沿位置为θ₃＝θ₂+θ_{23_DEG}。

在本实施例中，当m＝6时，计算校正后的第一霍尔边沿至第六霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置Δθ_HALL对应的电气位置，首先将Δθ_HALL转化成角度，因为一个电气周期为360°，因此得到相对位置Δθ_HALL的电气位置:

Δθ_{HALL_DEG}＝360×Δθ_HALL/∑Δθ_HALL≡[Δθ_{01_DEG} Δθ_{12_DEG} Δθ_{23_DEG} Δθ_{34_DEG} Δθ_{45_DEG} Δθ_{50_DEG}]^T，其中，∑Δθ_HALL＝θ₀₁+θ₁₂+θ₂₃+θ₃₄+θ₄₅+θ₅₀。根据相对位置对应的电气位置，得到第二至第六霍尔边沿位置，即第二霍尔边沿位置为θ₁＝θ₀+θ_{01_DEG}，第三霍尔边沿位置为θ₂＝θ₁+θ_{12_DEG}，第四霍尔边沿位置为θ₃＝θ₂+θ_{23_DEG}，第五霍尔边沿位置为θ₄＝θ₃+θ_{34_DEG}，第六霍尔边沿位置为θ₅＝θ₄+θ_{45_DEG}。

本发明提供的永磁电机霍尔位置的校正方法，通过对电机转子经过每对磁极时的第一霍尔边沿位置求平均值作为第一霍尔边沿对应的转子位置，消除磁极不均匀导致的零位偏差；在零位确定后，控制永磁电机稳速运行，获取4或6个霍尔边沿之间的相对位置，将多个机械周期内的4或6个霍尔边沿之间的相对位置求平均值进而得到4或6个霍尔边沿对应的转子位置，消除转速波动对位置估计的影响，提高转子位置和速度估计精度，提高了相电流波形正弦度，降低电机转矩脉动，提升系统效率。

图6示出了本发明实施例提供的永磁电机霍尔位置的校正装置的结构示意图。如图6所示，所述永磁电机霍尔位置的校正装置包括零位确定模块100、控制模块200、校正模块300和边沿位置计算模块400。

其中，零位确定模块100用于获取第一霍尔边沿位置。

在本实施例中，向电机提供直轴电压u_d和交轴电压u_q，并且该直轴电压u_d和交轴电压u_q足够大以保证电机转子能够转动到定子磁链矢量方向处，并保持静止。直轴电压u_d应大小合适，过小会导致电机零位不准，过大则会产生较大直流电，不宜长时间运行。机械周期T1为电机转子旋转一周所需的时间。电气周期T2由机械周期T1以及磁极对数p决定，即T2＝T1/p。

在一个优选地实施例中，第一霍尔边沿位置与电机转子零位相邻。

所述零位确定模块100包括第一获取单元110和第一校正单元120，其中，第一获取单元110用于电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置。

在一个优选地实施例中，如图7所示，所述第一获取单元110包括初始化子单元111、采样子单元112和第一获取子单元113。

其中，初始化子单元111用于向永磁电机提供直轴电压、交轴电压以及电机转子的初始位置角。

在本实施例中，向永磁电机提供直轴电压u_d、交轴电压u_q以及电机转子的初始位置角后，永磁电机开始工作。永磁电机上安装有三相霍尔传感器，待永磁电机平稳运行后，使用示波器采集所述永磁电机的三相霍尔信号。将k设为采样时刻，在初始采样时刻k＝0时，向永磁电机提供的直轴电压u_d为u_d(0)＝0.1，交轴电压u_q为u_q(0)＝0，其中，0.1和0为标幺值，标幺值为真实电压值与基准电压值的比值。电机转子的初始位置角θ_e为θ_e(0)＝0°，获取当前的霍尔状态，记为HALLSTATE0。

采样子单元112用于保持直轴电压和交轴电压不变，根据初始位置角以及第一位置角增量获取每个采样时刻的第一霍尔位置信号。

在本实施例中，初始状态下的霍尔状态为HALLSTATE0，在k+1时刻，第一霍尔位置信号HALL的位置角为θ_e(k)＝θ_e(k-1)+Δθ_e1，其中，第一位置角增量为Δθ_e1＝1°。

第一获取子单元113用于在当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号发生边沿跳变时，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置。

在本实施例中，判断当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号是否发生边沿跳变，在发生边沿跳变时，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号记为HALLSTATE1，同时将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置θ₀，由采样时刻的值可以确定第一霍尔位置信号HALLSTATE1对应的位置角θ₀(i)＝k*Δθ_e1，其中i表示第i对磁极对数的序号，且1≤i≤p。

所述初始化子单元111还用于根据当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角和第二位置角增量将电机转子快速旋转至下一对磁极；将下一对磁极所在的零位作为下一个电周期的初始位置角。

在本实施例中，磁极对数序号i＝i+1，判断磁极对数序号i≤p是否成立，当i≤p成立时，电机转子以第二位置角增量Δθ_e2逐渐递进，直至将电机转子定位于新的零位。其中，第二位置角增量为Δθ_e2＝55°。

第一校正单元120用于对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置求平均值以获取第一霍尔边沿位置。

在本实施例中，当磁极对数序号i＞p时，电机已经转过一个机械周期，获得与磁极对数序号i对应的p个第一霍尔边沿位置θ₀(i)，1≤i≤p，求平均值

即获取第一霍尔边沿对应的转子绝对位置。通过求平均值获取与电机零位相邻的第一霍尔边沿位置可以弥补由于磁极装配不均匀导致的零位偏差，提高转子定位精度。

控制模块200用于控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置，其中，m＝4或6。当三相霍尔传感器中的其中一个出现异常时，得到4个霍尔边沿；当三相霍尔传感器中的均正常工作时，得到6个霍尔边沿。

在本实施例中，所述控制模块200包括控制单元210、第二获取单元220和第二校正单元230。

控制单元210用于控制所述永磁电机稳速运行。

在本实施例中，确定与电机零位相邻的第一霍尔边沿位置后，控制所述电磁电机在V/F(恒压频比)开环状态下稳速运行。其中，V表示给定相电压，F表示给定电频率。给定直轴电压u_d(0)＝0.1，交轴电压u_q(0)＝0，每个采样时刻k的位置角其中为开环速度，T_s为位置更新周期，与PWM周期相同。

第二获取单元220用于电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

在本实施例中，电机转子经过第i对磁极时，获取第一霍尔边沿与第二霍尔边沿的相对位置Δθ₀₁＝θ₁-θ₀、第二霍尔边沿与第三霍尔边沿的相对位置第三霍尔边沿与第四霍尔边沿的相对位置Δθ₂₃＝θ₃-θ₂、……、第m-1霍尔边沿与第m霍尔边沿的相对位置Δθ_(m-2)(m-1)＝θ_m-1-θ_m-2、第m霍尔边沿与第一霍尔边沿的相对位置Δθ_(m-1)0＝θ₀-θ_m-1，将同一磁极对数序号的m个相对位置记录成一组数组，即Δθ_HALL,k(i)。经过一个机械周期，可以获得p组Δθ_HALL,k(i)。

该三相霍尔传感器可以为120度的三相霍尔传感器或60度的三相霍尔传感器。图4和图5分别示出了本发明实施例提供的120度的三相霍尔信号的波形图和60度的三相霍尔信号的波形图。

第二校正单元230用于对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

在本实施例中，对上述获得的p组Δθ_HALL,k(i)求平均值，得到每个机械周期的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置，即

校正模块300用于对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

在本实施例中，电机持续运转n个机械周期，其中，n≥2。计算n个机械周期的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置的平均值，即

边沿位置计算模块400用于根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置。在本实施例中，当m＝4时，计算校正后的第一霍尔边沿至第四霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置Δθ_HALL对应的电气位置，首先将Δθ_HALL转化成角度，因为一个电气周期为360°，因此得到相对位置Δθ_HALL的电气位置:

Δθ_{HALL_DEG}＝360×Δθ_HALL/∑Δθ_HALL≡[Δθ_{01_DEG} Δθ_{12_DEG} Δθ_{23_DEG} Δθ_{30_DEG}]^T，其中，∑Δθ_HALL＝θ₀₁+θ₁₂+θ₂₃+θ₃₀。根据相对位置对应的电气位置，得到第二至第四霍尔边沿位置，即第二霍尔边沿位置为θ₁＝θ₀+θ_{01_DEG}，第三霍尔边沿位置为θ₂＝θ₁+θ_{12_DEG}，第四霍尔边沿位置为θ₃＝θ₂+θ_{23_DEG}。

在本实施例中，当m＝6时，计算校正后的第一霍尔边沿至第六霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置Δθ_HALL对应的电气位置，首先将Δθ_HALL转化成角度，因为一个电气周期为360°，因此得到相对位置Δθ_HALL的电气位置:

Δθ_{HALL_DEG}＝360×Δθ_HALL/∑Δθ_HALL≡[Δθ_{01_DEG} Δθ_{12_DEG} Δθ_{23_DEG} Δθ_{34_DEG} Δθ_{45_DEG} Δθ_{50_DEG}]^T，其中，∑Δθ_HALL＝θ₀₁+θ₁₂+θ₂₃+θ₃₄+θ₄₅+θ₅₀。根据相对位置对应的电气位置，得到第二至第六霍尔边沿位置，即第二霍尔边沿位置为θ₁＝θ₀+θ_{01_DEG}，第三霍尔边沿位置为θ₂＝θ₁+θ_{12_DEG}，第四霍尔边沿位置为θ₃＝θ₂+θ_{23_DEG}，第五霍尔边沿位置为θ₄＝θ₃+θ_{34_DEG}，第六霍尔边沿位置为θ₅＝θ₄+θ_{45_DEG}。

图8示出了本发明实施例提供的霍尔位置校正前的空载相电流波形实验结果；图9示出本发明实施例提供的霍尔校正后的空载相电流波形实验结果。对比图8、图9可知，采用本发明所提供的霍尔位置校正方法可以有效减小相电流畸变，提高电流正弦度；降低电流幅值，提高系统效率。

本发明提供的永磁电机霍尔位置的校正装置，通过对电机转子经过每对磁极时的第一霍尔边沿位置求平均值作为第一霍尔边沿对应的转子位置，消除磁极不均匀导致的零位偏差；在零位确定后，控制永磁电机稳速运行，获取4或6个霍尔边沿之间的相对位置，将多个机械周期内的4或6个霍尔边沿之间的相对位置求平均值进而得到4或6个霍尔边沿对应的转子位置，消除转速波动对位置估计的影响，提高永磁电机的位置估计精度。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (14)

1.一种永磁电机霍尔位置的校正方法，其特征在于，包括：

获取第一霍尔边沿位置；

控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置，其中，m＝4或6。

2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，每个机械周期包括多个电气周期；所述电气周期为电机转子经过相邻两对磁极之间的时间；

所述获取第一霍尔边沿位置包括：

电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置；

对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置求平均值以获取第一霍尔边沿位置。

3.根据权利要求2所述的校正方法，其特征在于，在每个电气周期内，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置包括：

向永磁电机提供直轴电压、交轴电压以及电机转子的初始位置角；

保持直轴电压和交轴电压不变，根据初始位置角以及第一位置角增量获取每个采样时刻的第一霍尔位置信号；

在当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号发生边沿跳变时，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置。

4.根据权利要求3所述的校正方法，其特征在于，还包括：

根据当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角和第二位置角增量将电机转子快速旋转至下一对磁极；

将下一对磁极所在的零位作为下一个电周期的初始位置角。

5.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置包括：

电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

6.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述永磁电机在开环运行状态下稳定运行。

7.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述第一霍尔边沿位置与电机转子零位相邻。

8.一种永磁电机霍尔位置的校正装置，其特征在于，包括：

零位确定模块，用于获取第一霍尔边沿位置；

控制模块，用于控制所述永磁电机稳速运行，并获取多个机械周期内多个第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

校正模块，用于对多个机械周期内的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取校正后的所述第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

边沿位置计算模块，用于根据所述第一霍尔边沿位置以及校正后的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置获取第二至第m霍尔边沿位置。

9.根据权利要求8所述的校正装置，其特征在于，每个机械周期包括多个电气周期；所述电气周期为电机转子经过相邻两对磁极之间的时间；

所述零位确定模块包括：

第一获取单元，用于电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置；

第一校正单元，用于对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿位置求平均值以获取第一霍尔边沿位置。

10.根据权利要求9所述的校正装置，其特征在于，

所述第一获取单元包括：

初始化子单元，用于向永磁电机提供直轴电压、交轴电压以及电机转子的初始位置角；

采样子单元，用于保持直轴电压和交轴电压不变，根据初始位置角以及第一位置角增量获取每个采样时刻的第一霍尔位置信号；

第一获取子单元，用于在当前采样时刻的第一霍尔位置信号与上一采样时刻的第一霍尔位置信号发生边沿跳变时，将当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角作为当前电气周期的第一霍尔边沿位置。

11.根据权利要求10所述的校正装置，其特征在于，所述初始化子单元还用于根据当前采样时刻的第一霍尔位置信号对应的位置角和第二位置角增量将电机转子快速旋转至下一对磁极；

将下一对磁极所在的零位作为下一个电周期的初始位置角。

12.根据权利要求8所述的校正装置，其特征在于，所述控制模块包括：

控制单元，用于控制所述永磁电机稳速运行，

第二获取单元，用于电机转子经过每对磁极时，获取与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置；

第二校正单元，用于对与磁极对数序号对应的第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置求平均值以获取第一霍尔边沿至第m霍尔边沿中相邻两个霍尔边沿的相对位置。

13.根据权利要求8所述的校正装置，其特征在于，所述永磁电机在开环运行状态下稳定运行。

14.根据权利要求8所述的校正装置，其特征在于，所述第一霍尔边沿位置与电机转子零位相邻。