CN110212833B - 偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质 - Google Patents

偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质 Download PDF

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CN110212833B CN201910482322.7A CN201910482322A CN110212833B CN 110212833 B CN110212833 B CN 110212833B CN 201910482322 A CN201910482322 A CN 201910482322A CN 110212833 B CN110212833 B CN 110212833B
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Abstract

本申请提供一种偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质，包括：根据转子实际位置确定实际直、交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直、交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流得到分别在第一、二转速下的第一、第二关系式；根据转子测量位置确定测量直、交轴，根据由主动短路实验得到分别在第一、二测量直轴电流和测量交轴电流；根据第一、二关系式、第一、二测量直轴电流和测量交轴电流得到第一、二直交轴偏差角度因而得到偏差角度。解决了现有技术中测量方法受限于估计的精度，且算法较复杂，对硬件电路要求高或精度受转动惯量影响大，要求启动转子旋转范围甚至场合难实现的问题，使得位置偏差检测更简单、可靠和实用。

Description

偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质
技术领域
本申请涉及一种电机位置误差检测领域，特别是涉及一种偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质。
背景技术
PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor,永磁同步电机)广泛应用于多种高性能驱动控制场合，电机转子位置的精确检测是其高精度控制的前提。通常情况下，转子位置通过同轴安装的位置传感器进行检测，但位置传感器的安装误差会导致零位偏差的存在，进而引起位置检测的误差，严重时会影响PMSM的启动和正常工作。所以必须采用一种有效的方法对位置传感器的零位误差进行标定，进而提高位置检测的精度，以实现PMSM的高性能控制。
目前，国内外学者对电机转子初始位置的估计做了很多有意义的研究。检测转子零位偏差常采用预定位法和高频注入法。预定位法是先对PMSM的定子绕组施加直流电或固定方向的电压矢量使其产生该方向的磁场，将转子拖动到预定位置，根据传感器的输出即可确定零位偏差。该定位方法虽简单易实现，但估计精度受到负载转动惯量、转子初始位置等因素的影响，检测误差较大。高频注入法即采用无传感器控制方法对转子初始位置进行估计，同时获取传感器的初始位置值，从而得到位置传感器的检测偏差。但基于高频信号的注入的算法运算量较大，算法比较复杂，对硬件电路要求较高，不适合工程应用。
胡任之等将基于电磁转矩模型位置传感器零位偏差估算方法与预定位法结合，解决了负载条件下零位偏差估计问题。但该方法只适用于电机运行在匀速和匀加速模式下，具有一定的局限性。杨云伟等利用永磁同步电机反电动势与转子磁极位置的偏差关系估计出位置传感器的偏差，该方法虽可以克服系统摩擦转矩的影响，但该方法不仅需要多组数据的采样平均而且要求反电动势的采样与位置读取的同步，其测试过程较为复杂。
目前对PMSM位置传感器零位偏差的测量主要存在如下问题：基于无位置传感器的零位偏差测量方法受限于无位置传感器算法估计的精度，且该算法较复杂，对硬件电路要求较高，预定位法的估计精度受负载转动惯量影响较大。对于要求启动转子旋转范围小甚至静止的场合，该方法无法适用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质，用于解决现有技术中位置传感器零位偏差的测量方法受限于无位置传感器算法估计的精度，且该算法较复杂，对硬件电路要求较高或精度受负载转动惯量影响较大对于要求启动转子旋转范围小甚至静止的场合较难实现的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种偏差角度估计方法，应用于三相永磁同步电机，所述电机包括一转子，其中有直轴和交轴，所述方法包括：根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式；根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流；根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量交轴得到的第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
于本申请的一实施例中，所述同步电机电压方程为：
Figure GDA0002607812050000021
其中，id和iq分别为实际直轴电流与实际交轴电流，Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感，ud和uq分别为实际直轴电压和实际交轴电压，ωe为转速，ψf为永磁体磁链。
于本申请的一实施例中，所述第一关系式和第二关系式分别为：
Figure GDA0002607812050000022
其中，
Figure GDA0002607812050000023
id1和iq1分别为第一实际直轴电流及第一实际交轴电流、id2和iq2分别为第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；电机参数包括：ψf为永磁体磁链、Rs为定子电阻、Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感；ωe1和ωe2分别为第一固定转速和第二固定转速。
于本申请的一实施例中，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的第一测量直轴电流和第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的第二测量直轴电流和第二测量交轴电流，包括：根据由主动短路实验得到稳态电流响应曲线，由所述稳态电流响应曲线得到在所述第一固定转速下的第一测量直轴电流和第一测量交轴电流以及在所述第二固定转速下的第二测量直轴电流和第二测量交轴电流。
于本申请的一实施例中，根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到电机参数所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，包括：根据所述第一实际直轴、所述第一实际交轴、所述第一测量直轴与所述第一测量交轴的第一数学关系、所述第二实际直轴、所述第二实际交轴、所述第二测量直轴与所述第二测量交轴的第二数学关系、以及第一表达式和第二表达式得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流。
于本申请的一实施例中，所述第一数学关系和第二数学关系分别为：
Figure GDA0002607812050000031
其中，所述idm1、iqm1、id1以及iq1分别为第一测量直轴电流、第一测量交轴电流、第一实际直轴电流及第一实际交轴电流；所述idm2、iqm2、id2以及iq2分别为第二测量直轴电流、第二测量交轴电流、第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；θd1和θq1分别为第一直轴偏差角度和第一交轴偏差角度、θd2和θq2分别为第二直轴偏差角度和第二交轴偏差角度。
于本申请的一实施例中，并将其进行综合得到偏差角度，包括：将所述第一直轴偏差角度、所述第一交轴偏差角度、第二直轴偏差角度及第二直轴偏差角度相加再进行平均计算得到所述偏差角度。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种偏差角度估计系统，应用于三相永磁同步电机，所述电机包括一转子，其中有直轴和交轴，所述系统包括：实际电流模块，用于根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式；测量电流模块，用于根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流；偏差角度计算模块，用于根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量交轴得到的第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机装置，包括：一或多个存储器用于存储计算机程序；一或多个处理器，用于运行所述计算机程序，以执行所述的偏差角度估计方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序所述计算机程序运行时实现所述的偏差角度估计方法。
如上所述，本申请的偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质，具有以下有益效果解决了现有技术中位置传感器零位偏差的测量方法受限于无位置传感器算法估计的精度，且该算法较复杂，对硬件电路要求较高或精度受负载转动惯量影响较大，对于要求启动转子旋转范围小甚至静止的场合较难实现的问题，使得测量方法和结果更简单、可靠和实用。
附图说明
图1显示为本申请一实施例中的偏差角度估计方法的流程示意图。
图2显示为本申请一实施例中坐标系位置结构图。
图3显示为本申请一实施例中测量电流响应曲线图。
图4显示为本申请一实施例中的偏差角度估计系统的结构示意图。
图5显示为本申请一实施例中的计算机装置的结构示意图。
元件标号说明
41 实际电流模块
42 测量电流模块
43 偏差角度计算模块
50 计算机装置
51 存储器
52 处理器
S11～S13 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、““下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
目前对电机测量角度偏差的测量主要存在如下问题：基于无位置传感器的零位偏差测量方法受限于无位置传感器算法估计的精度，且该算法较复杂，对硬件电路要求较高，预定位法的估计精度受负载转动惯量影响较大。对于要求启动转子旋转范围小甚至静止的场合，该方法无法适用。
因此，本申请提供一种偏差角度估计方法，应用于三相永磁同步电机，所述电机包括一转子，其中有直轴和交轴，用于解决现有技术中位置传感器零位偏差的测量方法受限于无位置传感器算法估计的精度，且该算法较复杂，对硬件电路要求较高或精度受负载转动惯量影响较大，对于要求启动转子旋转范围小甚至静止的场合较难实现的问题，使得测量方法和结果更简单、可靠和实用。
所述三相永磁同步电机的启动和运行是由定子绕组、转子鼠笼绕组和永磁体这三者产生的磁场的相互作用而形成。电动机静止时，给定子绕组通入三相对称电流，产生定子旋转磁场，定子旋转磁场相对于转子旋转在笼型绕组内产生电流，形成转子旋转磁场，定子旋转磁场与转子旋转磁场相互作用产生的异步转矩使转子由静止开始加速转动。在这个过程中，转子永磁磁场与定子旋转磁场转速不同，会产生交变转矩。当转子加速到速度接近同步转速的时候，转子永磁磁场与定子旋转磁场的转速接近相等，定子旋转磁场速度稍大于转子永磁磁场，它们相互作用产生转矩将转子牵入到同步运行状态。在同步运行状态下，转子绕组内不再产生电流。此时转子上只有永磁体产生磁场，它与定子旋转磁场相互作用，产生驱动转矩其中转子有两相分别为直轴与交轴。
所述方法包括：根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式；根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流；根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量交轴得到的第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
下面以附图1为参考，针对本申请得实施例进行详细说明，以便本申请所述技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限于此处说明的实施例。
如图1所示，为本申请实施例中的一种偏差角度估计方法的流程示意图。
所述方法包括：
步骤S11：根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式。
可选的，通过在电机转子的实际位置信息建立包含实际直轴与实际交轴的两相旋转坐标系，确定实际直轴与实际交轴，利用同步电机电压方程，优选的，利用凸极式永磁同步电机电压方程；当在主动短路的情况下，将所述永磁同步电机方程进行推导得到用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数以及转速来表示的稳态电流；其中实际直轴电流、实际交轴电流和电机参数都是未知的，因此选择不同的转速可以得到不同的实际直轴电流、实际交轴电流以及电机参数的表达式；在第一固定转速下，可以得到对应于第一实际直轴的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下，可以得到对应于第二实际直轴的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式，需要注意的是，所述固定转速可以选择至少两个任一数量的转速，越多的固定转速的选择可以使误差估计值越准确，所述固定转速数量在本申请中不作限定，例如固定转速为3个。
步骤S12：根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流。
可选的，根据测量获得的测量位置信息建立包含测量直轴与测量交轴的两相旋转坐标系并且确定测量直轴与测量交轴，对电机进行主动短路实验得到的实验数据，根据所述实验数据得到与所述测量直轴对应的测量直轴电流响应关系，和与所述测量交轴对应的测量交轴电流响应关系；根据所述测量直轴电流响应关系和所述测量交轴电流响应关系，在第一固定转速下，可以得到与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流，及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流。所述电机短路实验结构根据情况而设定，举例来说，实验结构为逆变器拓扑结构。
步骤S13：根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量交轴得到的第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
可选的，所述第一关系式为在第一固定转速下对应于第一实际直轴的第一实际直轴电流与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的关系式，所述第二关系式为对应于第二实际直轴的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的关系式，因此根据所述第一关系式、所述第二关系式、在第一固定转速下与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流及第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流得到电机参数所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流。其中需要注意的是，所述实际直轴、实际交轴、测量直轴与测量交轴分别为在一平面上建立的不同坐标系，两个两相坐标系的原点为一致的，坐标系之间存在一定角度差异来表示位置偏差，因而所述实际交轴、实际直轴与所述测量直轴与所述测量交轴为一位置上的数学关系，具体的，所述转速、第一测量交轴电流、第一测量直轴、第二测量直轴电流和与第二测量交轴电流、数学关系是已知的，可以得到电机参数及第一实际直轴电流、第一实际交轴电流、第二实际直轴电流、第二实际交轴电流为未知量。
得到所述第一实际直轴电流、第一实际交轴电流、第二实际直轴电流、第二实际交轴电流之后，可以得到对应于所述第一实际直轴电流的第一实际直轴与对应于所述第一测量直轴电流的第一测量直轴的第一直轴偏差角度，得到对应于所述第一实际交轴电流的第一实际交轴与对应于所述第一测量交轴电流的第一测量交轴的第一交轴偏差角度，得到对应于所述第二实际直轴电流的第二实际直轴与对应于所述第二测量直轴电流的第二测量直轴的第二直轴偏差角度，得到对应于所述第二实际交轴电流的第二实际交轴与对应于所述第二测量交轴电流的第二测量交轴的第二交轴偏差角度，将所述第一直轴偏差角度、第一交轴偏差角度、第二直轴偏差角度及第二交轴偏差角度进行综合得到所述实际直轴与所述测量直轴或所述实际交轴与所述测量交轴的偏差角度。
可选的，根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，所述同步电机电压方程为：
Figure GDA0002607812050000081
其中，id和iq分别为实际直轴电流与实际交轴电流，Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感，ud和uq分别为实际直轴电压和实际交轴电压，ωe为转速，ψf为永磁体磁链。
具体的，Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感、ψf为永磁体磁链均属于电机参数，在短路情况下，ud和uq为0，经过推导可以得到用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流：
Figure GDA0002607812050000082
因为，LdLqωe 2＞＞Rs 2，所以稳态电流可表示为：
Figure GDA0002607812050000083
可选的，所述第一关系式和第二关系式分别为：
Figure GDA0002607812050000091
Figure GDA0002607812050000092
其中，
Figure GDA0002607812050000093
id1和iq1分别为第一实际直轴电流及第一实际交轴电流、id2和iq2分别为第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；电机参数包括：ψf为永磁体磁链、Rs为定子电阻、Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感；ωe1和ωe2分别为第一固定转速和第二固定转速。
可选的，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的第一测量直轴电流和第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的第二测量直轴电流和第二测量交轴电流，包括：根据由主动短路实验得到稳态电流响应曲线，由所述稳态电流响应曲线得到在所述第一固定转速下的第一测量直轴电流和第一测量交轴电流以及在所述第二固定转速下的第二测量直轴电流和第二测量交轴电流。
可选的，根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，包括根据所述第一实际直轴、所述第一实际交轴、所述第一测量直轴与所述第一测量交轴的第一数学关系、所述第二实际直轴、所述第二实际交轴、所述第二测量直轴与所述第二测量交轴的第二数学关系、以及第一表达式和第二表达式得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流。
可选的，所述第一数学关系和第二数学关系分别为：
Figure GDA0002607812050000094
其中，所述idm1、iqm1、id1以及iq1分别为第一测量直轴电流、第一测量交轴电流、第一实际直轴电流及第一实际交轴电流；所述idm2、iqm2、id2以及iq2分别为第二测量直轴电流、第二测量交轴电流、第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；θd1和θq1分别为第一直轴偏差角度和第一交轴偏差角度、θd2和θq2分别为第二直轴偏差角度和第二交轴偏差角度。
可选的，并将其进行综合得到偏差角度，包括：将所述第一直轴偏差角度、所述第一交轴偏差角度、第二直轴偏差角度及第二直轴偏差角度相加再进行平均计算得到所述偏差角度；具体的，将得到的所述第一直轴偏差角度加上所述第一交轴偏差角度、第二直轴偏差角度及第二直轴偏差角度然后求平均值，所述平均值为偏差角度。
根据所述的偏差角度估计方法，具体举例实际应用中的实施例。
实施例1：选取两个固定转速点进行偏差角度估计。
应用在三相永磁同步电机，如图2所示，为电机转子的实际位置建立d-q两相旋转坐标系，此时电机初始位置为θ1，凸极式永磁同步电机电压方程为：
Figure GDA0002607812050000101
其中，id和iq分别为实际直轴电流与实际交轴电流，Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感，ud和uq分别为实际直轴电压和实际交轴电压，ωe为转速，ψf为永磁体磁链；
当电机处于主动短路状态下时，ud和uq均为0，稳态电流可表示为：
Figure GDA0002607812050000102
所述第一关系式和第二关系式分别为：
Figure GDA0002607812050000103
Figure GDA0002607812050000104
其中，
Figure GDA0002607812050000105
id1和iq1分别为第一实际直轴电流及第二实际交轴电流、id2和iq2分别为第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；电机参数包括：ψf为永磁体磁链、Rs为定子电阻、Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感；ωe1和ωe2分别为第一固定转速和第二固定转速。
如图2所示，以位置传感器获得的位置信息建立dm-qm两相旋转坐标系，此时假定电机初始位置θm，在该假定下，对电机进行短路实验，获得该坐标系下的d轴和q轴电流响应曲线，将电机进行主动短路，例如但不限于：IGBT上桥臂全部打开，下桥臂全部闭合。电流响应曲线图像在图3。显示因此得到在两个固定转速下测量电流的idm1、idm2、iqm1及iqm2值。
根据图2显示dm-qm坐标系和d-q坐标轴系下电流的关系，
Figure GDA0002607812050000111
Figure GDA0002607812050000112
Figure GDA0002607812050000113
Figure GDA0002607812050000114
得到A和B，可以由电机参数辨认电机，进而求出θd1、θq1、θq2及θq2进而求出θ。
与上述实施例原理相似的是，本申请提供偏差角度估计系统，应用于三相永磁同步电机所述电机包括一转子，其中有直轴和交轴，所述系统包括：
实际电流模块，用于根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式；
测量电流模块，用于根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流；
偏差角度计算模块，用于根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量得到的交轴第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
以下结合附图提供具体实施例：
如图4所示，展示本申请实施例中的一种偏差角度估计系统的结构示意图。
所述实际电流模块41，所述实际电流模块41用于利用在电机转子的实际位置信息建立包含实际直轴与实际交轴的两相旋转坐标系，确定实际直轴与实际交轴，利用永磁同步电机方程，优选的，利用凸极式永磁同步电机电压方程；当在主动短路的情况下，将所述永磁同步电机方程进行推导得到用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数以及转速来表示的稳态电流；其中实际直轴电流、实际交轴电流和电机参数都是未知的，因此选择不同的转速可以得到不同的实际直轴电流、实际交轴电流以及电机参数的表达式；在第一固定转速下，可以得到对应于第一实际直轴的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下，可以得到对应于第二实际直轴的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式。
所述测量电流模块42，所述测量电流模块42用于根据测量获得的测量位置信息建立包含测量直轴与测量交轴的两相旋转坐标系，并且确定测量直轴与测量交轴，对电机进行主动短路实验得到的实验数据，根据所述实验数据得到与所述测量直轴对应的测量直轴电流响应关系，和与所述测量交轴对应的测量交轴电流响应关系；根据所述测量直轴电流响应关系和所述测量交轴电流响应关系，在第一固定转速下，可以得到与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流，及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流。所述电机短路实验结构根据情况而设定，举例来说，实验结构为逆变器拓扑结构。
所述偏差角度计算模块43，所述偏差角度计算模块43用于根据所述第一关系式、第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流。其中所述第一关系式所述为在第一固定转速下对应于第一实际直轴的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的关系式，所述第二关系式为对应于第二实际直轴的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的关系式，因此根据所述第一关系式、所述第二关系式、在第一固定转速下与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流及第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流得到电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流。其中需要注意的是，所述实际直轴、实际交轴、测量直轴与测量交轴分别为在一平面上建立的不同坐标系，两个两相坐标系的原点为一致的，坐标系之间存在一定角度差异，因而所述实际交轴、实际直轴与所述测量直轴与所述测量交轴为一位置上的数学关系，具体的，所述转速、第一测量交轴电流、第一测量直轴、第二测量直轴电流和与第二测量交轴电流、数学关系是已知的，可以得到电机参数及第一实际直轴电流、第一实际交轴电流、第二实际直轴电流、第二实际交轴电流为未知量。
得到所述第一实际直轴电流、第一实际交轴电流、第二实际直轴电流、第二实际交轴电流之后，可以得到对应于所述第一实际直轴电流的第一实际直轴与对应于所述第一测量直轴电流的第一测量直轴的第一直轴偏差角度，得到对应于所述第一实际交轴电流的第一实际交轴与对应于所述第一测量交轴电流的第一测量交轴的第一交轴偏差角度，得到对应于所述第二实际直轴电流的第二实际直轴与对应于所述第二测量直轴电流的第二测量直轴的第二直轴偏差角度，得到对应于所述第二实际交轴电流的第二实际交轴与对应于所述第二测量交轴电流的第二测量交轴的第二交轴偏差角度，将所述第一直轴偏差角度、第一交轴偏差角度、第二直轴偏差角度及第二交轴偏差角度进行综合得到所述实际直轴与所述测量直轴或所述实际交轴与所述测量交轴的偏差角度。
如图5所示，展示本申请实施例中的计算机装置50的结构示意图。
所述计算机装置50包括：存储器51及处理器52；所述存储器51用于存储计算机程序；所述处理器52运行计算机程序实现如图1所述的偏差角度估计方法。
可选的，所述存储器51的数量均可以是一或多个，所述处理器52的数量均可以是一或多个，而图5中均以一个为例。
可选的，所述计算机装置50中的处理器52会按照如图1所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器51中，并由处理器52来运行存储在存储器51中的应用程序，从而实现如图1所述偏差角度估计方法中的各种功能。
可选的，所述存储器51，可能包括但不限于高速随机存取存储器、非易失性存储器。例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备；所述处理器62，可能包括但不限于中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称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。
可选的，所述处理器52可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称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。
本申请还提供计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序运行时实现如图1所示的偏差角度估计方法。所述计算机可读存储介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(只读光盘存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。所述计算机可读存储介质可以是未接入计算机设备的产品，也可以是已接入计算机设备使用的部件。
综上所述，本申请偏差角度估计方法、系统、计算机装置及介质，解决了现有技术中位置传感器零位偏差的测量方法受限于无位置传感器算法估计的精度，且该算法较复杂，对硬件电路要求较高或精度受负载转动惯量影响较大，对于要求启动转子旋转范围小甚至静止的场合较难实现的问题，使得测量方法和结果更简单、可靠和实用。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种偏差角度估计方法，其特征在于，应用于三相永磁同步电机，所述电机包括一转子，其中有直轴和交轴，所述方法包括：
根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式；
根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流；
根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第一实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量交轴得到的第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
2.根据权利要求1所述的偏差角度估计方法，其特征在于，所述同步电机电压方程为：
Figure FDA0002607812040000011
其中，id和iq分别为实际直轴电流与实际交轴电流，Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感，ud和uq分别为实际直轴电压和实际交轴电压，ωe为转速，ψf为永磁体磁链。
3.根据权利要求1所述的偏差角度估计方法，其特征在于，所述第一关系式和第二关系式分别为：
Figure FDA0002607812040000012
Figure FDA0002607812040000013
其中，
Figure FDA0002607812040000021
id1和iq1分别为第一实际直轴电流及第一实际交轴电流、id2和iq2分别为第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；电机参数包括：ψf为永磁体磁链、Rs为定子电阻、Ld和Lq分别为实际直轴电感与实际交轴电感；ωe1和ωe2分别为第一固定转速和第二固定转速。
4.根据权利要求1所述的偏差角度估计方法，其特征在于，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的第一测量直轴电流和第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的第二测量直轴电流和第二测量交轴电流，包括：根据由主动短路实验得到稳态电流响应曲线，由所述稳态电流响应曲线得到在所述第一固定转速下的第一测量直轴电流和第一测量交轴电流以及在所述第二固定转速下的第二测量直轴电流和第二测量交轴电流。
5.根据权利要求1所述的偏差角度估计方法，其特征在于，根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，包括：
根据所述第一实际直轴、所述第一实际交轴、所述第一测量直轴与所述第一测量交轴的第一数学关系、所述第二实际直轴、所述第二实际交轴、所述第二测量直轴与所述第二测量交轴的第二数学关系、以及第一表达式和第二表达式得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流。
6.根据权利要求5所述的偏差角度估计方法，其特征在于，所述第一数学关系和第二数学关系分别为：
Figure FDA0002607812040000022
Figure FDA0002607812040000023
其中，所述idm1、iqm1、id1以及iq1分别为第一测量直轴电流、第一测量交轴电流、第一实际直轴电流及第一实际交轴电流；所述idm2、iqm2、id2以及iq2分别为第二测量直轴电流、第二测量交轴电流、第二实际直轴电流及第二实际交轴电流；θd1和θq1分别为第一直轴偏差角度和第一交轴偏差角度、θd2和θq2分别为第二直轴偏差角度和第二交轴偏差角度。
7.根据权利要求1所述的偏差角度估计方法，其特征在于，并将其进行综合得到偏差角度，包括：将所述第一直轴偏差角度、所述第一交轴偏差角度、第二直轴偏差角度及第二直轴偏差角度相加再进行平均计算得到所述偏差角度。
8.一种偏差角度估计系统，其特征在于，应用于三相永磁同步电机，所述电机包括一转子，其中有直轴和交轴，所述系统包括：
实际电流模块，用于根据转子实际位置确定实际直轴和实际交轴，根据同步电机电压方程得到主动短路下用实际直轴电流与实际交轴电流、电机参数及转速表示的稳态电流，在第一固定转速下得到与第一实际直轴对应的第一实际直轴电流、与第一实际交轴对应的第一实际交轴电流与电机参数的第一关系式；在第二固定转速下得到与第二实际直轴对应的第二实际直轴电流、与第二实际交轴对应的第二实际交轴电流与电机参数的第二关系式；
测量电流模块，用于根据转子测量位置确定测量直轴和测量交轴，根据由主动短路实验得到在第一固定转速的条件下的与第一测量直轴对应的第一测量直轴电流和与第一测量交轴对应的第一测量交轴电流以及在第二固定转速下的与第二测量直轴对应的第二测量直轴电流和与第二测量交轴对应的第二测量交轴电流；
偏差角度计算模块，用于根据所述第一关系式、所述第二关系式、所述第一测量直轴电流、所述第一测量交轴电流、所述第二测量直轴电流及所述第二测量交轴电流得到所述电机参数、所述第一实际直轴电流、所述第二实际交轴电流、所述第二实际直轴电流及所述第二实际交轴电流，进而得到根据所述第一实际直轴和所述第一测量直轴得到的第一直轴偏差角度、根据所述第二实际直轴和所述第二测量直轴得到的第二直轴偏差角度、根据所述第一实际交轴和所述第一测量交轴得到的第一交轴偏差角度及根据所述第二实际交轴和所述第二测量交轴得到的第二交轴偏差角度，并将其进行综合得到偏差角度。
9.一种计算机装置，其特征在于，包括：
一或多个存储器，用于存储计算机程序；
一或多个处理器，用于运行所述计算机程序，以执行如权利要求1至7中任一项所述的偏差角度估计方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序运行时实现如权利要求1至7中任一项所述的偏差角度估计方法。
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