CN110752802A - 无刷直流电机的转子定位方法、定位装置和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机的转子定位方法、定位装置和控制系统，其中，定位方法包括以下步骤：按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值；根据预设导通方式获取预设的电流‑扇区关系表；根据多个电流值和预设的电流‑扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，并根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。由此，能够快速且准确的获取到电机的转子位置，且不会出现异响和抖动以及定位错误的问题，而且方法简单且能实现无盲区定位。

Description

无刷直流电机的转子定位方法、定位装置和控制系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的转子定位方法、一种无刷直流电机的转子定位装置和一种无刷直流电机的控制系统。

背景技术

目前，在无刷直流电机无传感器驱动控制技术领域中，在电机静止与接近零速情况下的转子定位技术主要有两种：强制预定位法和脉冲定位法。

其中，强制预定位法不考虑电机转子当前的位置，而是给电机定子绕组的固定相位通电，以使电机转子转动到预定位置。但是该方式存在以下缺点：1)定位时间长，不适用于要求电机快速启动的场合；2)为了减少定位时长或增加定位的可靠性，需要加大定位时的PWM占空比，这样会增大启动电流，增加功耗，在一些由电池供电的场合，会降低系统效率；3)定位时可能会出现反转，不适用于要求电机启动无反转的场合；4)定位时容易出现抖动和异响。

脉冲定位法是通过给电机定子绕组的不同相位通以短时电流脉冲，并根据电流脉冲的大小或时长来判断转子所在的位置。但是该方式存在以下缺点：1)以互为120°脉冲定位不能覆盖全360°的转子位置，存在盲区，导致N-S极反向错误；2)判断过程比较复杂，增加了软件代码量，增加了判断时间。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关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无刷直流电机的转子定位方法，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

本发明的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

本发明的第三个目的在于提出一种无刷直流电机的转子定位装置。

本发明的第四个目的在于提出一种无刷直流电机的控制系统。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无刷直流电机的转子定位方法，包括以下步骤：按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，依次在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过获取所述定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值；根据所述预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表；根据所述多个电流值和所述预设的电流-扇区关系表获取所述电机的转子所在的扇区，并根据所述电机的转子所在的扇区获得所述电机的转子位置。

根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法，按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，并根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。由此，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的转子定位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，当所述预设导通方式为两相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系	扇区号
		(iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA)	I
(iAC>iCB)且(iCB>iBA)且(iBC>iCA)且(iCA>iAB)	III
		(iAC>iBA)且(iBA>iCB)且(iAB>iCA)且(iCA>iBC)	II
(iCB>iBA)且(iBA>iAC)且(iAB>iBC)且(iBC>iCA)	VI
		(iCB>iAC)且(iAC>iBA)且(iCA>iBC)且(iBC>iAB)	IV
(iBA>iAC)且(iAC>iCB)且(iCA>iAB)且(iAB>iBC)	V

其中，iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC分别为所述定子绕组在AB相位、BC相位、CA相位、BA相位、CB相位和AC相位的电流值。

根据本发明的另一个实施例，当所述预设导通方式为三相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

其中，iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-分别为所述定子绕组在A+相位、B+相位、C+相位、A-相位、B-相位和C-相位的电流值。

根据本发明的一个实施例，当所述多个电流值不满足所述预设的电流-扇区关系表时，还获取所述多个电流值中的最大电流值，并获取所述电机的待旋转方向，以及根据所述最大电流值和所述待旋转方向获取所述电机的转子所在的扇区。

根据本发明的一个实施例，在获取所述定子绕组在任一相位的电流值之后，还在所述任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲，以抵消所述第一预设时间的电压检测脉冲在所述定子绕组上累积的能量。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的转子定位方法。

根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的无刷直流电机的转子定位方法，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种无刷直流电机的转子定位装置，包括：给定单元，用于在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲；电流获取单元，用于获取所述定子绕组在每个相位的电流值；控制单元，用于按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，通过所述给定单元依次在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过所述电流获取单元获取所述定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据所述预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据所述多个电流值和所述预设的电流-扇区关系表获取所述电机的转子所在的扇区，以及根据所述电机的转子所在的扇区获得所述电机的转子位置。

根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位装置，控制单元按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，通过给定单元依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过电流获取单元获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，以及根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。由此，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的转子定位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，当所述预设导通方式为两相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系	扇区号
		(iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA)	I
(iAC>iCB)且(iCB>iBA)且(iBC>iCA)且(iCA>iAB)	III
		(iAC>iBA)且(iBA>iCB)且(iAB>iCA)且(iCA>iBC)	II
(iCB>iBA)且(iBA>iAC)且(iAB>iBC)且(iBC>iCA)	VI
		(iCB>iAC)且(iAC>iBA)且(iCA>iBC)且(iBC>iAB)	IV
(iBA>iAC)且(iAC>iCB)且(iCA>iAB)且(iAB>iBC)	V

其中，iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC分别为所述定子绕组在AB相位、BC相位、CA相位、BA相位、CB相位和AC相位的电流值。

根据本发明的另一个实施例，当所述预设导通方式为三相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系	扇区号
		(iB+>iA+)且(iA+>iC+)且(iA->iB-)且(iB->iC-)	I
(iB+>iC+)且(iC+>iA+)且(iC->iB-)且(iB->iA-)	III
		(iA+>iC+)且(iC+>iB+)且(iC->iA-)且(iA->iB-)	II
(iA+>iB+)且(iB+>iC+)且(iB->iA-)且(iA->iC-)	VI
		(iC+>iB+)且(iB+>iA+)且(iB->iC-)且(iC->iA-)	IV
(iC+>iA+)且(iA+>iB+)且(iA->iC-)且(iC->iB-)	V

其中，iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-分别为所述定子绕组在A+相位、B+相位、C+相位、A-相位、B-相位和C-相位的电流值。

根据本发明的一个实施例，其中，当所述多个电流值不满足所述预设的电流-扇区关系表时，所述控制单元还获取所述多个电流值中的最大电流值，并获取所述电机的待旋转方向，以及根据所述最大电流值和所述待旋转方向获取所述电机的转子所在的扇区。

根据本发明的一个实施例，在通过所述电流获取单元获取所述定子绕组在任一相位的电流值之后，所述控制单元还通过所述给定单元在所述任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲，以抵消所述第一预设时间的电压检测脉冲在所述定子绕组上累积的能量。

为实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种无刷直流电机的控制系统，其包括上述的无刷直流电机的转子定位装置。

根据本发明实施例的无刷直流电机的控制系统，通过上述的无刷直流电机的转子定位装置，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

附图说明

图1是无刷直流电机的合成磁势矢量图；

图2是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的控制系统的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的两相导通方式下的脉冲注入时序图；

图5是根据本发明一个实施例的两相导通方式下的脉冲电流波形图；

图6是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的转子所在扇区示意图；

图7是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的转子定位方法的流程图；

图8是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位装置的方框示意图。

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。

下面参考附图来描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的转子定位方法、非临时性计算机可读存储介质、无刷直流电机的转子定位装置以及无刷直流电机的控制系统。

通常，无刷直流电机的定子铁心上绕有载流线圈，当载流线圈中通入电流时，便会在定子铁心中产生一定的磁通，如果此时有外磁场也施加于定子绕组(即，载流线圈)，那么外磁场和绕组电流产生的磁通共同决定定子铁心的饱和程度。其中，绕组电感会随着磁路饱和程度的大小而发生变化，因此在电机静止或者旋转时，若永磁体(转子)产生的磁通方向与绕组电流产生的磁通方向一致，那么将产生增磁作用，定子铁心的磁路饱和程度增加，绕组电感减小；反之，定子铁心磁路饱和程度减小，绕组电感增大。所以转子与定子的相对位置不同，会直接反映在绕组电感的大小上。

众所周知，电机电压公式为：

U＝Ri+L*di/dt+e (1)

其中，U为直流母线电压，R为定子绕组内阻，i为电枢电流，L为定子绕组电感，e为电机的反电势。

当电机静止时，电机的反电势e为零，并且由于实际中定子绕组内阻R很小，在其上面的压降相对于施加在定子绕组上的直流母线电压U可以忽略，所以上述公式(1)可以简化为：

U＝L*di/dt≈L*Δi/Δt (2)

由公式(2)可以看出，当U为定值时，L与Δi的变化成反比，即L越大，Δi越小，反之亦然；Δi与Δt成正比，Δt越大，Δi也越大。

脉冲定位法(也称短时脉冲法)是利用定子铁心饱和效应原理，通过选取6个合适宽度的短时电压检测脉冲，按照相应的通电次序依次对电机的定子绕组施加电压，采样电流值并比较大小，以确定转子所在的电角度区间。电机的每个电周期对应360°电角度，其中每60°电角度为一个导通区间，简称扇区，则共有6个扇区。为了便于描述和简化分析，画出磁势矢量图，如图1所示。

相关技术中，在采用脉冲定位法进行转子定位时，主要通过以下两种方式实现：一种是分别施加B+A-、C+B-、A+C-(或者A+B-、B+C-、C+A-)方向的电流脉冲并采集对应的电流大小，通过比较相对大小关系确定转子所在的扇区；另一种是分别施加A+B-、B+A-、C+B-、B+C-、C+A-、A+C-方向的电流脉冲并采集对应的电流大小，然后依次判断iAB与iBA、iBC与iCB、iAC与iCA的相对大小关系，得到转子所在的扇区。

然而，上述两种方式存在以下缺点：1)以互为120°脉冲定位不能覆盖全360°的转子位置，存在盲区，导致N-S极反向错误；2)判断过程比较复杂，增加了软件代码量，增加了判断时间。为此，本发明提出了一种无刷直流电机的转子定位方法，不仅能够解决采用强制定位法导致的定位时间长、定位时可能出现反转以及定位时容易出现抖动和异响的问题，而且能够解决采用脉冲定位法导致的不能覆盖全360°的转子位置，存在盲区，导致N-S极反向错误以及判断方法比较复杂，增加软件代码量和判断时间的问题。

图2是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法的流程图。如图2所示，本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法包括以下步骤：

S1，按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值。

在本发明的一些实施例中，预设导通方式为两相导通方式或者三相导通方式。其中，根据图3所示的硬件原理简图，列出两相导通方式下的矢量为：

Q1、Q4导通→A+B-(记为AB)，即言，当开关管Q1和Q4导通时，电流流向为：直流母线电压正端P+→开关管Q1→A相定子绕组→B相定子绕组→开关管Q4→直流母线电压负端P-，对应矢量A+B-，记为定子绕组的AB相位导通；

Q1、Q2导通→A+C-(记为AC)；

Q3、Q2导通→B+C-(记为BC)；

Q3、Q6导通→B+A-(记为BA)；

Q5、Q6导通→C+A-(记为CA)；

Q5、Q4导通→C+B-(记为CB)。

三相导通方式下的矢量为：

Q1、Q4、Q2导通→A+B-C-(记为A+)，即言，当开关管Q1、Q4和Q2导通时，电流流向为：直流母线电压正端P+→开关管Q1→A相定子绕组→B相定子绕组和C相定子绕组→开关管Q4和开关管Q2→直流母线电压负端P-，对应矢量A+B-C-，记为定子绕组的A+相位导通；

Q3、Q6、Q2导通→B+A-C-(记为B+)；

Q4、Q6、Q4导通→C+A-B-(记为C+)；

Q6、Q3、Q5导通→A-B+C+(记为A-)；

Q4、Q1、Q5导通→B-A+C+(记为B-)；

Q2、Q1、Q3导通→C-A+B+(记为C-)。

在对电机进行转子定位时，可以选择两相导通方式或者三相导通方式中的一组矢量作为定位脉冲矢量，以两相导通方式为例。

如图3所示，微控制器(MCU)可先控制开关管Q1和Q4导通，以使定子绕组的AB相位导通，并维持第一预设时间Tp1(即上述原理中的Δt)，Tp1的取值由绕组电感大小和三相逆变桥中功率器件(开关管Q1～Q6)所能承受的电流大小决定，绕组电感越小，绕组电流越大，反之亦然。在实际应用中，可先通过上述公式(2)估算出第一预设时间Tp1，然后通过示波器观察，在软件中调整Tp1的取值大小，以将定子绕组中的脉冲电流控制在可以接受的大小范围之内，当得到合适的脉冲电流时即确定了Tp1的取值。在本发明的实例中，Tp1的取值范围为50～80us。当时间达到第一预设时间Tp1时，微控制器通过电流采样模块读取此刻瞬时电流大小，记为iAB，如图4所示，同时控制开关管Q1和Q4断开，以使定子绕组的AB相位断开。

然后，微控制器控制开关管Q3和Q2导通，以使定子绕组的BC相位导通，并维持第一预设时间Tp1，并在时间达到第一预设时间Tp1时，通过电流采样模块读取此刻瞬时电流大小，记为iBC，同时控制开关管Q3和Q2断开，以使定子绕组的BC相位断开。

接着，微控制器控制开关管Q5和Q6导通，以使定子绕组的CA相位导通，并维持第一预设时间Tp1，并在时间达到第一预设时间Tp1时，通过电流采样模块读取此刻瞬时电流大小，记为iCA，同时控制开关管Q5和Q6断开，以使定子绕组的CA相位断开。

按照上述方式，依次获取定子绕组的BA相位的电流值，记为iBA，定子绕组的CB相位的电流值，记为iCB，以及定子绕组的AC相位的电流值，记为iAC，最终获得六个电流值，分别为iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC。

需要说明的是，上述所举示例的脉冲注入过程是按照AB、BC、CA、BA、CB、AC的顺序，但此顺序不是必须的，可以任意排序，对转子所在的扇区判断结果没有影响。另外，三相导通方式与两相导通方式相似，这里就不再详述。

在本发明的一些实施例中，在获取定子绕组在任一相位的电流值之后，还在任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲，以抵消第一预设时间的电压检测脉冲在定子绕组上累积的能量。

具体地，仍以两相导通方式为例。如图3和图4所示，微控制器可先控制开关管Q1和Q4导通，以使定子绕组的AB相位导通，并维持第一预设时间Tp1。当时间达到第一预设时间Tp1时，微控制器通过电流采样模块读取此刻瞬时电流大小，记为iAB，同时控制开关管Q1和Q4断开，以使定子绕组的AB相位断开。

然后，微控制器控制开关管Q3和Q6导通，以使定子绕组的BA相位导通，并维持第二预设时间Tp1’，其作用是抵消之前AB相位导通时定子绕组上所累积的能量而影响后续的电流采集。其中，第二预设时间Tp1’的取值方法是：先将Tp1’＝Tp1，然后通过示波器观察，在软件中调整第二预设时间Tp1’的取值大小，当定子绕组中的脉冲电流单调递减至最小时，即确定了第二预设时间Tp1’的取值，如图5所示。在本发明的实例中，第二预设时间Tp1’的取值范围可以为50～80us，通常为接近于第一预设时间Tp1的一个值。

接着，微控制器控制开关管Q3和Q2导通，以使定子绕组的BC相位导通，并维持第一预设时间Tp1，并在时间达到第一预设时间Tp1时，通过电流采样模块读取此刻瞬时电流大小，记为iBC，同时控制开关管Q3和Q2断开，以使定子绕组的BC相位断开。然后，微控制器控制开关管Q5和Q4导通，以使定子绕组的CB相位导通，并维持第二预设时间Tp1’，其作用是抵消之前BC相位导通时定子绕组上所累积的能量而影响后续的电流采集，当时间达到第二预设时间Tp1’时，控制开关管Q5和Q4断开，以使定子绕组的CB相位断开。

按照上述方式，依次获取定子绕组的CA相位的电流值，记为iCA，定子绕组的BA相位的电流值，记为iBA，定子绕组的CB相位的电流值，记为iCB，以及定子绕组的AC相位的电流值，记为iAC，并在获取每个相位的电流值之后，进行电流抵消操作，即，定子绕组的相位导通顺序为：AB、BA、BC、CB、CA、AC、BA、AB、CB、BC、AC、CA，最终获得六个电流值，分别为iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC。

其中，由于在每次电流获取完成后，还对相应的相位进行电流抵消操作，因而可以有效避免在正向脉冲注入(如，AB)并获取相应的电流值之后，紧接着注入反向脉冲(如，BA)并获取相应的电流值导致的反向脉冲电流并没有真正建立起来，进而导致采集的电流值无法反映真实的大小，使得电流判断错误而导致定位失败的情况发生，从而使得转子定位更加准确可靠。

需要说明的是，三相导通方式与两相导通方式相似，这里就不再详述。

S2，根据预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表。

在本发明的一些实施例中，当预设导通方式为两相导通方式时，预设的电流-扇区关系表如表1所示：

表1

电流值的相对大小关系	扇区号
		(iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA)	I
(iAC>iCB)且(iCB>iBA)且(iBC>iCA)且(iCA>iAB)	III
		(iAC>iBA)且(iBA>iCB)且(iAB>iCA)且(iCA>iBC)	II
(iCB>iBA)且(iBA>iAC)且(iAB>iBC)且(iBC>iCA)	VI
		(iCB>iAC)且(iAC>iBA)且(iCA>iBC)且(iBC>iAB)	IV
(iBA>iAC)且(iAC>iCB)且(iCA>iAB)且(iAB>iBC)	V

其中，iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC分别为定子绕组在AB相位、BC相位、CA相位、BA相位、CB相位和AC相位的电流值。

在本发明的另一些实施例中，当预设导通方式为三相导通方式时，预设的电流-扇区关系表如表2所示：

表2

其中，iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-分别为定子绕组在A+相位、B+相位、C+相位、A-相位、B-相位和C-相位的电流值。

S3，根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，并根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。

在本发明的一些实施例中，上述的无刷直流电机的转子定位方法，还包括：判断多个电流值中的每个电流值是否均处于预设电流范围内；如果多个电流值中的每个电流值均处于预设电流范围内，则再根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区；如果多个相电流中存在至少一个电流值未处于预设电流范围内，则根据至少一个电流值确定无效的扇区，以根据无效的扇区进行故障处理。其中，预设电流范围可根据实际情况进行标定。

具体而言，不管是采用两相导通方式还是三相导通方式，在向定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲时，由于第一预设时间非常短，即上述脉冲电流的时间非常短(一般为us级，所有脉冲电流的时间相加也只有几毫秒)，所以电机的转子几乎是不动的。为了防止电流采样模块失效时采集到的无效脉冲电流产生扇区位置误判，在实际应用中，可以增加脉冲电流有效性检查，只有当采集的脉冲电流都在有效范围之内才允许进行扇区判断，否则，将返回(得到)无效的扇区号，供程序做故障处理之用。

具体地，仍以两相导通方式为例。在通过上述方式获取到六个电流值iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC之后，还对这六个电流值进行有效性判断。如果这六个电流值中的每个电流值均处于预设电流范围内，则再根据这六个电流值和表1获取电机的转子所在的扇区；如果这六个电流值中存在至少一个电流值未处于预设电流范围内，则获取未处于预设电流范围内的电流值所对应的相位，进而根据相位确定无效的扇区，并根据这些扇区做故障处理，具体如何做故障处理，本文不做详细描述。

进一步地，在对多个电流值进行有效性检查之后，如果多个电流值均有效，则开始判断多个电流值是否满足相应的电流-扇区关系表中的大小关系，如果满足，则根据电流-扇区关系表获得电机的转子所在的扇区。例如，当采用两相导通方式时，如果多个电流值的相对大小关系满足表1，则根据表1可以确定电机的转子所在的扇区，即获得电机的转子位置。举例而言，当六个电流值iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC满足关系(iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA)时，确定电机的转子所在的扇区为扇区I。

当采用三相导通方式时，如果多个电流值的相对大小关系满足表2，则根据表2可以确定电机的转子所在的扇区，即获得电机的转子位置。举例而言，当六个电流值iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-满足关系(iB+>iA+)且(iA+>iC+)且(iA->iB-)且(iB->iC-)时，确定电机的转子所在的扇区为扇区I。

在本发明的一些实施例中，当多个电流值不满足预设的电流-扇区关系表时，还获取多个电流值中的最大电流值，并获取电机的待旋转方向，以及根据最大电流值和待旋转方向获取电机的转子所在的扇区。其中，待旋转方向包括顺时针旋转方向和逆时针旋转方向。

也就是说，当采用两相导通方式时，如果获取的多个电流值不满足表1的关系，则获取多个电流值中的最大电流值，然后根据最大电流值和电机需要旋转的方向确定电机的转子所在的扇区；当采用三相导通方式时，如果获取的多个电流值不满足表2的关系，则获取多个电流值中的最大电流值，然后根据最大电流值和电机需要旋转的方向确定电机的转子所在的扇区。

举例而言，表3和表4分别给出了两相导通方式和三相导通方式下电机需要顺时针旋转时最大电流值对应的扇区。

表3

最大电流值	扇区号
		iBA最大	I
iBC最大	III
		iAC最大	II
iAB最大	VI
		iCB最大	IV
iCA最大	V

表4

最大电流值	扇区号
		iB+最大	I
iC-最大	III
		iA+最大	II
iB-最大	VI
		iC+最大	IV
iA-最大	V

以两相导通方式为例。假设，获取的六个电流值iAB、iBC、iCA、iBA、iCB、iAC不满足表1的关系，并且这六个电流值中的最大电流值为iBC，那么当电机顺时针旋转时，如表3所示，可以确定电机的转子位置在扇区III。由此，实现了电机的转子位置的获取。

需要说明的是，脉冲注入的相位(即矢量)和扇区号(表1-表4中的扇区号)不是必须和唯一的，实际上，扇区号可以任意取值，只要能够达到区分360°范围内等分的6个扇区即可。

图7是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的转子定位方法的流程图。如图7所示，该无刷直流电机的转子定位方法包括以下步骤：

S101，选择两相导通方式下的矢量作为定位脉冲矢量进行转子定位，获得六个电流值。

S102，判断所有电流值是否均处于预设电流范围内。如果是，执行步骤S104；否则，执行步骤S103。

S103，返回无效的扇区号。

S104，判断电流值是否满足既定的电流-扇区关系表(如，表1)。如果是，执行步骤S106；否则，执行步骤S105。

S105，查找最大电流值对应的扇区号(如，从预设的表3中查找最大电流值对应的扇区号)。

S106，返回转子所在的扇区号。

由此，根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法，能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误，简化了脉冲定位转子位置识别方法且能够实现全360°无盲区定位。

进一步地，在本发明的一些实施例中，在获得电机的转子位置之后，还根据电机的转子位置和电机的待旋转方向获取电机启动时定子绕组的启动导通相位。具体地，可根据电机的待旋转方向，在电机的转子所在的扇区的基础上超前90°～120°以获得电机启动时定子绕组的启动导通相位。

举例而言，以两相导通方式来控制电机启动为例。表5和表6分别为两相导通方式下顺时针(CW)和逆时针(CCW)情况下的启动导通相位表，此处顺时针和逆时针指的是相位矢量旋转的方向，与实际电机转轴旋转方向不一定一致。

表5

扇区号	启动导通相位
		I	AC相位
III	AB相位
		II	CB相位
VI	CA相位
		IV	BA相位
V	BC相位

表6

扇区号	启动导通相位
		I	CB相位
III	CA相位
		II	BA相位
VI	BC相位
		IV	AC相位
V	AB相位

如表5和表6所示，假设电机的转子所在的扇区为I，那么当要求电机顺时针旋转时，启动导通相位为AC相位；当要求电机逆时针旋转时，启动导通相位为CB相位。由此，根据表5和表6可以实现电机的顺时针和逆时针启动。

根据本发明的一个实施例，可以采用定子绕组的三相中的任意两相对调的方式对电机进行顺时针旋转和逆时针旋转控制。

具体而言，以两相导通方式来控制电机启动为例。顺时针和逆时针旋转还可采用如下方法：假设按照AB、BC、CA、BA、CB、AC的顺序以及表1和表3获取电机的转子位置，并采用表5所示的启动导通相位进行顺时针旋转，那么当需要逆时针旋转时，可将图3中规定的A、B和C三相中的任意两相对调，如将A相和C相对应的驱动管脚以及A相和C相的反电势采集通道对调，则在软件中仍然按照AB、BC、CA、BA、CB、AC的顺序以及表1和表3获取电机的转子位置，并仍然采用表5所示的启动导通相位控制电机旋转，即可实现电机的逆时针启动。即，采用任意两相对调方式即可实现顺时针旋转和逆时针旋转的定位及启动。

需要说明的是，以三相导通方式来控制电机启动与以两相导通方式来控制电机启动相似，这里就不再详述。

综上所述，根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法，按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，并根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。由此，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

另外，本发明的实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的转子定位方法。

根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的无刷直流电机的转子定位方法，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

图8是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位装置的方框示意图。如图8所示，本发明实施例的无刷直流电机的转子定位装置可包括：给定单元10、电流获取单元20和控制单元30。

其中，给定单元10用于在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲；电流获取单元20用于获取定子绕组在每个相位的电流值；控制单元30用于按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，通过给定单元10依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过电流获取单元20获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，以及根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。

根据本发明的一个实施例，当预设导通方式为两相导通方式时，预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系	扇区号
		(iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA)	I
(iAC>iCB)且(iCB>iBA)且(iBC>iCA)且(iCA>iAB)	III
		(iAC>iBA)且(iBA>iCB)且(iAB>iCA)且(iCA>iBC)	II
(iCB>iBA)且(iBA>iAC)且(iAB>iBC)且(iBC>iCA)	VI
		(iCB>iAC)且(iAC>iBA)且(iCA>iBC)且(iBC>iAB)	IV
(iBA>iAC)且(iAC>iCB)且(iCA>iAB)且(iAB>iBC)	V

其中，iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC分别为所述定子绕组在AB相位、BC相位、CA相位、BA相位、CB相位和AC相位的电流值。

根据本发明的另一个实施例，当预设导通方式为三相导通方式时，预设的电流-扇区关系表如下所示：

其中，iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-分别为所述定子绕组在A+相位、B+相位、C+相位、A-相位、B-相位和C-相位的电流值。

根据本发明的一个实施例，当多个电流值不满足预设的电流-扇区关系表时，控制单元30还获取多个电流值中的最大电流值，并获取电机的待旋转方向，以及根据最大电流值和待旋转方向获取电机的转子所在的扇区。

根据本发明的一个实施例，在通过电流获取单元20获取定子绕组在任一相位的电流值之后，控制单元30还通过给定单元10在任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲，以抵消第一预设时间的电压检测脉冲在定子绕组上累积的能量。

需要说明的是，本发明实施例的无刷直流电机的转子定位装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的无刷直流电机的转子定位方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的无刷直流电机的转子定位装置，控制单元按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，通过给定单元依次在电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过电流获取单元获取定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据多个电流值和预设的电流-扇区关系表获取电机的转子所在的扇区，以及根据电机的转子所在的扇区获得电机的转子位置。由此，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

此外，本发明的实施例还提出了一种无刷直流电机的控制系统，其包括上述的无刷直流电机的转子定位装置。

根据本发明实施例的无刷直流电机的控制系统，通过上述的无刷直流电机的转子定位装置，不仅能够大幅减小电机启动定位的时间，保证电机启动时不会反转，解决定位时的异响和抖动，还能够解决脉冲定位时的电流波形与转子位置不匹配造成的定位错误问题，简化了脉冲定位转子位置识别方法，同时能够实现全360°无盲区定位。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

另外，在本发明的描述中，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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，除非另有明确的限定。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 (12)

1.一种无刷直流电机的转子定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，依次在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过获取所述定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，其中，所述依次在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲之前，还包括：

根据所述定子绕组的电感估算所述第一预设时间；

对所述第一预设时间进行相应的调整，以将所述定子绕组中的脉冲电流控制在与所述电机相连的三相逆变桥中的功率器件能够承受的范围内；

将调整后的第一预设时间确定为所述第一预设时间；

根据所述预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表；

根据所述多个电流值和所述预设的电流-扇区关系表获取所述电机的转子所在的扇区，并根据所述电机的转子所在的扇区获得所述电机的转子位置。

2.如权利要求1所述的无刷直流电机的转子定位方法，其特征在于，当所述预设导通方式为两相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系 扇区号 (iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA) I (iAC>iCB)且(iCB>iBA)且(iBC>iCA)且(iCA>iAB) III (iAC>iBA)且(iBA>iCB)且(iAB>iCA)且(iCA>iBC) II (iCB>iBA)且(iBA>iAC)且(iAB>iBC)且(iBC>iCA) VI (iCB>iAC)且(iAC>iBA)且(iCA>iBC)且(iBC>iAB) IV (iBA>iAC)且(iAC>iCB)且(iCA>iAB)且(iAB>iBC) V

其中，iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC分别为所述定子绕组在AB相位、BC相位、CA相位、BA相位、CB相位和AC相位的电流值。

3.如权利要求1所述的无刷直流电机的转子定位方法，其特征在于，当所述预设导通方式为三相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

其中，iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-分别为所述定子绕组在A+相位、B+相位、C+相位、A-相位、B-相位和C-相位的电流值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的无刷直流电机的转子定位方法，其特征在于，其中，当所述多个电流值不满足所述预设的电流-扇区关系表时，还获取所述多个电流值中的最大电流值，并获取所述电机的待旋转方向，以及根据所述最大电流值和所述待旋转方向获取所述电机的转子所在的扇区。

5.如权利要求1-4中任一项所述的无刷直流电机的转子定位方法，其特征在于，在获取所述定子绕组在任一相位的电流值之后，还在所述任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲，以抵消所述第一预设时间的电压检测脉冲在所述定子绕组上累积的能量，其中，所述在所述任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲之前，还包括：

将所述第二预设时间取值为所述第一预设时间；

对所述第二预设时间进行相应的调整，以使定子绕组中的脉冲电流单调递减，并在所述定子绕组中的脉冲电流单调递减至最小值时，将对应的第二预设时间确定为所述第二预设时间。

6.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的无刷直流电机的转子定位方法。

7.一种无刷直流电机的转子定位装置，其特征在于，包括：

给定单元，用于在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，其中，所述给定单元在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲之前，还用于：

根据所述定子绕组的电感估算所述第一预设时间；

对所述第一预设时间进行相应的调整，以将所述定子绕组中的脉冲电流控制在与所述电机相连的三相逆变桥中的功率器件能够承受的范围内；

将调整后的第一预设时间确定为所述第一预设时间；

电流获取单元，用于获取所述定子绕组在每个相位的电流值；

控制单元，用于按照预设导通方式对电机的定子绕组进行导通控制时，通过所述给定单元依次在所述电机的定子绕组的不同相位施加第一预设时间的电压检测脉冲，并通过所述电流获取单元获取所述定子绕组在每个相位的电流值以获得多个电流值，以及根据所述预设导通方式获取预设的电流-扇区关系表，并根据所述多个电流值和所述预设的电流-扇区关系表获取所述电机的转子所在的扇区，以及根据所述电机的转子所在的扇区获得所述电机的转子位置。

8.如权利要求7所述的无刷直流电机的转子定位装置，其特征在于，当所述预设导通方式为两相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系 扇区号 (iBA>iCB)且(iCB>iAC)且(iBC>iAB)且(iAB>iCA) I (iAC>iCB)且(iCB>iBA)且(iBC>iCA)且(iCA>iAB) III (iAC>iBA)且(iBA>iCB)且(iAB>iCA)且(iCA>iBC) II (iCB>iBA)且(iBA>iAC)且(iAB>iBC)且(iBC>iCA) VI (iCB>iAC)且(iAC>iBA)且(iCA>iBC)且(iBC>iAB) IV (iBA>iAC)且(iAC>iCB)且(iCA>iAB)且(iAB>iBC) V

其中，iAB、iBC、iCA、iBA、iCB和iAC分别为所述定子绕组在AB相位、BC相位、CA相位、BA相位、CB相位和AC相位的电流值。

9.如权利要求7所述的无刷直流电机的转子定位装置，其特征在于，当所述预设导通方式为三相导通方式时，所述预设的电流-扇区关系表如下所示：

电流值的相对大小关系 扇区号 (iB+>iA+)且(iA+>iC+)且(iA->iB-)且(iB->iC-) I (iB+>iC+)且(iC+>iA+)且(iC->iB-)且(iB->iA-) III (iA+>iC+)且(iC+>iB+)且(iC->iA-)且(iA->iB-) II (iA+>iB+)且(iB+>iC+)且(iB->iA-)且(iA->iC-) VI (iC+>iB+)且(iB+>iA+)且(iB->iC-)且(iC->iA-) IV (iC+>iA+)且(iA+>iB+)且(iA->iC-)且(iC->iB-) V

其中，iA+、iB+、iC+、iA-、iB-和iC-分别为所述定子绕组在A+相位、B+相位、C+相位、A-相位、B-相位和C-相位的电流值。

10.如权利要求7-9中任一项所述的无刷直流电机的转子定位装置，其特征在于，其中，当所述多个电流值不满足所述预设的电流-扇区关系表时，所述控制单元还获取所述多个电流值中的最大电流值，并获取所述电机的待旋转方向，以及根据所述最大电流值和所述待旋转方向获取所述电机的转子所在的扇区。

11.如权利要求7-10中任一项所述的无刷直流电机的转子定位装置，其特征在于，在通过所述电流获取单元获取所述定子绕组在任一相位的电流值之后，所述控制单元还通过所述给定单元在所述任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲，以抵消所述第一预设时间的电压检测脉冲在所述定子绕组上累积的能量，其中，所述给定单元在所述任一相位施加第二预设时间的反向电压检测脉冲之前，还用于：

将所述第二预设时间取值为所述第一预设时间；

对所述第二预设时间进行相应的调整，以使定子绕组中的脉冲电流单调递减，并在所述定子绕组中的脉冲电流单调递减至最小值时，将对应的第二预设时间确定为所述第二预设时间。

12.一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于，包括如权利要求7-11中任一项所述的无刷直流电机的转子定位装置。

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