CN110932636B - 一种永磁同步电机初始位置辨识方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种永磁同步电机初始位置辨识方法及系统，所述方法应用于永磁同步电机辨识系统，所述方法包括在电流闭环模式下，设定目标参数，根据目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组，对第一脉冲数组和第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置，对电机零位初始位置进行检测。本发明实施例提供技术方案可以准确识别电动汽车PMSM初始位置，并进行初始位置准确性检验，提高电动汽车PMSM初始位置辨识准确性和精度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机初始位置辨识方法及系统。
背景技术
永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motor，PMSM)广泛应用于电动汽车动力总程中，由于受限于目前的加工工艺和控制策略，使得配置旋转变压器的PMSM在零位辨识中存在明显的偏差。如果不能精准检测PMSM初始位置，会造成永磁电机输出的力矩精度、最大功率、效率存在明显的偏差和损失，甚至在高速区有电压饱和的严重风险。
目前行业内PMSM初始位置辨识和补偿大多采用单独辨识或重复标定得到准确初始位置，带来了大量重复的工作量，并不适合汽车行业的批量生产模式。
如何提高电动汽车PMSM初始位置辨识准确性和精度成为业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种永磁同步电机初始位置辨识方法及系统，以提高电动汽车PMSM初始位置辨识准确性和精度。
为实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机初始位置辨识方法，所述方法应用于永磁同步电机辨识系统，所述方法包括：
在电流闭环模式下，设定目标参数；
根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组；
对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置；
对所述电机零位初始位置进行检测。
进一步地，所述目标参数包括转子d轴目标电流、q轴目标电流和目标角度；
所述q轴目标电流包括q轴正向目标电流和q轴负向目标电流；
所述目标角度包括正向震荡角度和负向震荡角度。
进一步地，所述根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识，得到第一脉冲数组，包括：
将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴正向目标电流，在电流模式下使永磁同步电机运行至正向虚拟零角度；
通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述正向虚拟零角度运行至所述正向振荡角度，再回归至所述正向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第一脉冲数组；
其中，所述第一脉冲数组为与所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
进一步地，所述根据所述目标参数，进行负向震荡角度辨识，得到第二脉冲数组，包括：
将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴负向目标电流，通过矢量电流控制使永磁同步电机运行至负向虚拟零角度；
通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述负向虚拟零角度运行至负向震荡角度，再回归至所述负向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第二脉冲数组；
其中，所述第二脉冲数组为与所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
进一步地，所述对所述电机零位初始位置进行检测，包括：
控制器控制所述永磁同步电机在电流矢量控制模式下工作，d轴给定电流为零，q轴给定电流为零，初始位置为所述电机零位初始位置；
所述控制器基于所述永磁同步电机的电压方程，引进权重系数，构建电压给定方程；
角度补偿控制器根据所述电压给定方程得到d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
所述角度补偿控制器根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度；
初始位置校验器根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度，进行电机零位初始位置校验。
进一步地，所述角度补偿控制器根据所述电压给定方程得到d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值，包括：
角度补偿控制器输入d轴电压为零，根据电压方程输出的d轴电压作为d 轴反馈电压；
所述角度补偿控制器根据所述d轴电压和所述d轴反馈电压，通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
其中，若所述d轴反馈电压越接近零，则电机零位初始位置越准确；若所述d轴反馈电压越偏离零，则角度补偿值越大。
进一步地，所述角度补偿控制器根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度，包括：
基于电压给定方程和所述角度补偿值，正向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到正向补偿角度；
基于电压给定方程和所述角度补偿值，反向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到反向补偿角度。
进一步地，初始位置校验器根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度，进行电机零位初始位置校验，包括：
若正向补偿角度等于负向补偿角度的绝对值，则判断电机零位初始位置辨识结果为精准；
若正向补偿角度与负向补偿角度的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度和负向补偿角度对初始位置进行补偿。
进一步地，所述若正向补偿角度与负向补偿角度的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度和负向补偿角度对初始位置进行补偿，包括：
初始位置补偿角度等于正向补偿角度和负向补偿角度之和的一半。
第二方面，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机初始位置辨识系统，包括：
目标参数设定模块，用于在电流闭环模式下，设定目标参数；
角度辨识模块，用于根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组；
电机零位初始位置获取模块，用于对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置；
电机零位补偿模块，用于对所述电机零位初始位置进行检测。
进一步地，所述电机零位补偿模块包括：
控制器，用于控制所述永磁同步电机在电流矢量控制模式下工作，d轴给定电流为零，q轴给定电流为零，初始位置为所述电机零位初始位置；
所述控制器，还用于基于所述永磁同步电机的电压方程，引进权重系数，构建电压给定方程；
角度补偿控制器，用于根据所述电压给定方程得到d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
所述角度补偿控制器，还用于根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度；
初始位置校验器，用于根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度，进行电机零位初始位置校验。
本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法，所述方法应用于永磁同步电机辨识系统，所述方法包括在电流闭环模式下，设定目标参数，根据目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组，对第一脉冲数组和第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置，对电机零位初始位置进行检测。通过本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法，可以准确识别电动汽车 PMSM初始位置，并进行初始位置准确性检验，提高电动汽车PMSM初始位置辨识准确性和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识的电流矢量示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图；
图4是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图；
图5是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图；
图6是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的另一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识系统的角度补偿控制示意图；
图12是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识系统的与未采用本系统的辨识结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
正如背景技术中提到的现有的电动汽车PMSM初始位置无法精准补偿的问题，发明人经过研究发现，现有的电动汽车PMSM初始位置辨识方法中反电动势旋转变压器零位测量，在某些电机厂采用这种方案和装置安装旋转编码器，但反电动势零位测量存在操作复杂，通用性差，人工介入等缺陷；电流脉冲注入定位法，即电流矢量合成磁场定位法，变频器公司多采用这种控制策略来粗略辨识初始位置，电动汽车厂家会采用这种方案多次辨识取平均值实现初始位置辨识，但电流矢量合成磁场定位法通过生成一个合成磁场来拖动转子转到合适位置，因为没有考虑摩擦力矩、负载转矩、齿槽转矩不均匀性等因素影响，容易出现位置偏差，而且长期在一个磁场注入大电流容易出现永磁同步电机退磁或烧毁定子线圈的问题；高频旋转脉冲注入法，在很多无位置编码器场合用这种方案辨识初始位置，此方法中高频脉振电压和高频旋转电压注入理论比较成熟，但算法和信号处理比较复杂，在无速度PMSM控制中有一些应用，在中高端闭环场合、电动车场合应用不常见，辨识精度很难保证；采用母线电流、延时补偿可以调整初始位置，但是策略上跳不出单极性的范畴，无法精准补偿初始位置。
基于上述技术问题，本实施例提出了以下解决方案：
图1是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图。参见图1，本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法应用于永磁同步电机辨识系统，该方法包括：
S101、在电流闭环模式下，设定目标参数。
可选地，目标参数可以包括转子d轴目标电流、q轴目标电流和目标角度， q轴目标电流包括q轴正向目标电流和q轴负向目标电流，目标角度包括正向震荡角度θ+和负向震荡角度θ-。
具体地，PMSM辨识系统采用电流闭环模式，电流给定约束条件为：设定 d轴目标电流
和q轴目标电流
设置目标角度θ，将d轴目标电流
控制在0.8～1.0倍额定电流以内，q轴目标电流
控制在0.8～1.0倍额定电流以内，经过控制环路为电机提供足够大的扭矩，电流给定上述约束条件以保证不会因为电流过大而烧毁定子绕组，也不会因为电流过小而无法拖动转子。将目标角度θ控制在30°至75°之间，太小不足以覆盖正反向摩擦力和齿槽阻力，太大会影响辨识效率，而且会带来数据处理的复杂度。需要说明的是，震荡角度就是给定的发波角度，发波角度是以零角度为中心点正负摆动的，正向最大摆动角称为正向震荡角度，负向最大摆动角称为负向震荡角度，中心点的角度即为虚拟零角度，在电气控制中，正向会对应一个零角度，负向会对应一个零角度，这两个零角度分别为正向虚拟零角度和负向虚拟零角度。
图2是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识的电流矢量示意图。参见图2，设置永磁同步电机处于自由非锁定状态，初始位置自适应学习系统采用电流矢量闭环模式，给定正向d轴电流id，起到增磁增转矩作用；给定q轴电流iq，以补偿初始位置辨识时的电流误差，起到构建虚拟零位角度作用；为了克服电机轴向或者检测平台的摩擦力和阻力，引入正负向切换的震荡角度，即正向震荡角度θ+和负向震荡角度θ-，并引入正负向切换的q轴电流iq，即正向q轴电流+Iq和负向q轴电流-Iq，在动态震荡中捕获正反向稳态角度，起到抵消摩擦力的作用，正反向稳态角度的误差小于1°～1.5°。
硬件平台基于MCU控制器分别检测电机U相电流Iu和V相电流Iv，经过 clark变换和park变换得到d轴电流id和q轴电流iq。
S102、根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组。
具体地，将d轴给定电流
调至目标电流
q轴给定电流
调至q轴目标电流
在电流模式下使电机运行至虚拟零角度0°作为起始位置。通过矢量电流控制使电机从虚拟零角度0°运行至目标角度θ再回归至虚拟零角度 0°，目标角度包括正向震荡角度θ+和负向震荡角度θ-，虚拟零角度0°包括正向虚拟零角度
和负向虚拟零角度
进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别记录稳定时刻时正向震荡角度θ+和正向虚拟零角度
对应位置脉冲，得到第一脉冲数组，分别记录稳定时刻时负向震荡角度θ-和负向虚拟零角度
对应位置脉冲，得到第二脉冲数组。
S103、对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置。
具体地，进入数组处理阶段：第一脉冲数组和所述第二脉冲数组采用K近邻算法进行合理性检验，对有效数据进行提取，对第一脉冲数组和所述第二脉冲数组中不对称的数据进行删除或补充，保证第一脉冲数组和所述第二脉冲数组中的数据的对称性和一致性。对进行合理性检验后的第一脉冲数组和所述第二脉冲数组采用均值回归算法，计算得到电机零位初始位置。
S104、对所述电机零位初始位置进行检测。
具体地，对电机零位初始位置进行检查，能验证初始位置自适应辨识的准确性，可以克服电机动平衡带来的初始位置误差。
本实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法，应用于永磁同步电机辨识系统，该方法包括在电流闭环模式下，设定目标参数，根据目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组，对第一脉冲数组和第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置，对电机零位初始位置进行检测，通过本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法，可以准确识别电动汽车PMSM初始位置，并进行初始位置准确性检验，提高电动汽车PMSM初始位置辨识准确性和精度。
可选地，图3是本发明实施例提供的另一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图3，本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法包括：
S201、在电流闭环模式下，设定目标参数。
S202、将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴正向目标电流，在电流模式下使永磁同步电机运行至正向虚拟零角度。
具体地，d轴给定电流
初始值和q轴给定电流
初始值都为0，系统启动后，
慢慢增大至d轴目标电流
慢慢增大至q轴正向目标电流
此时系统进入正向辨识学习阶段，在电流模式下使永磁同步电机运行至正向虚拟零角度
S203、通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述正向虚拟零角度运行至所述正向振荡角度，再回归至所述正向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第一脉冲数组；其中，所述第一脉冲数组为与所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
具体地，通过矢量电流控制使永磁同步电机从正向虚拟零角度
运行至正向震荡角度θ+再回归至正向虚拟零角度
分别记录稳定时刻时正向震荡角度θ+和正向虚拟零角度
对应的位置脉冲，重复N次，得到正向震荡角度θ+和正向虚拟零角度
对应的2组N个序列的脉冲数组。
S204、根据所述目标参数，进行负向震荡角度辨识，得到第二脉冲数组。
S205、对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置。
S206、对所述电机零位初始位置进行检测。
可选地，图4是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图4，本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法包括：
S301、在电流闭环模式下，设定目标参数。
S302、根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识，得到第一脉冲数组。
S303、将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴负向目标电流，通过矢量电流控制使永磁同步电机运行至负向虚拟零角度。
具体地，d轴给定电流
保持d轴目标电流
不变，q轴目标电流由
切换为
故
慢慢递减至q轴负向目标电流
此时系统进入负向辨识学习阶段，在电流模式下使永磁同步电机运行至负向虚拟零角度
S304、通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述负向虚拟零角度运行至负向震荡角度，再回归至所述负向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第二脉冲数组；其中，所述第二脉冲数组为与所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
具体地，通过矢量电流控制使永磁同步电机从负向虚拟零角度
运行至负向震荡角度θ-再回归至负向虚拟零角度
分别记录稳定时刻时负向震荡角度θ-和负向虚拟零角度
对应的位置脉冲，重复N次，得到负向震荡角度θ-和负向虚拟零角度
对应的2组N个序列的脉冲数组。
S305、对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置。
S306、对所述电机零位初始位置进行检测。
可选地，图5是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识方法的方法流程图。在上述实施例的基础上，参见图5，本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法包括：
S401、在电流闭环模式下，设定目标参数。
S402、根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组。
S403、对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置。
S404、控制器控制所述永磁同步电机在电流矢量控制模式下工作，d轴给定电流为零，q轴给定电流为零，初始位置为所述电机零位初始位置。
具体地，基于对拖台架测试平台，陪测电机处于高速模式带动永磁同步电机按照恒定转速运行，恒定转速介于0.8倍～1.2倍额定转速之间。永磁同步电机采用电流矢量控制模式，d轴给定电流id为0，q轴给定电流iq为0，初始位置采用辨识得到的电机零位初始位置，同时保证电机恒速运行而不进入弱磁区，进而保证被测电机处于高速零扭矩模式。
S405、所述控制器基于所述永磁同步电机的电压方程，引进权重系数，构建电压给定方程。
具体地，基于PMSM电压方程，引进权重系数α，可以兼顾PMSM电流控制的动态性和稳态性，构建电压方程：
ud＝α*ud_pi-(1-α)*ωeLqiq
uq＝α*uq_pi+(1-α)*ωe(λf+Ldid)
其中，ud_pi、uq_pi分别为励磁电流和转矩电流调节器输出，-ωeLqiq、ωe(λf+Ldid)为解耦电压前馈，ud、uq是电压方程输出。
S406、角度补偿控制器根据所述电压给定方程得到d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值。
可选地，角度补偿控制器根据电压给定方程得到d轴反馈电压
并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值Δθ，包括：角度补偿控制器输入d轴电压
为零，根据电压方程输出的d轴电压ud作为d轴反馈电压
角度补偿控制器根据d轴电压和d轴反馈电压
通过角度补偿PI调节输出角度补偿值Δθ；其中，若d轴反馈电压越接近零，则电机零位初始位置越准确；若d轴反馈电压越偏离零，则角度补偿值越大。
具体地，构建角度补偿控制器，其中，角度补偿控制器起增益调整和低通滤波作用，输入d轴电压
为0，电压方程输出的d轴电压ud作为d轴反馈电压
通过角度补偿PI调节器输出的角度补偿值Δθ为，
当d轴反馈电压
越接近0，则角度补偿值Δθ越小，永磁同步电机初始位置辨识系统中采用的电机零位初始位置越准确，d轴反馈电压
越偏离0，则角度补偿值Δθ越大。
S407、所述角度补偿控制器根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度。
可选地，角度补偿控制器根据角度补偿值Δθ，对永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度Δθ1和反向补偿角度Δθ2，包括：基于电压给定方程和角度补偿值Δθ，正向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到正向补偿角度Δθ1；基于电压给定方程和所述角度补偿值Δθ，反向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到反向补偿角度Δθ2。
具体地，角度补偿控制器可以为角度补偿PI调节器，基于电压给定方程和角度补偿PI调节器可得，角度补偿极性和永磁同步电机转速ωe的极性一致，由此对永磁同步电机进行正向位置补偿和反向位置补偿：正向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿PI调节器输出，得到正向补偿角度Δθ1，反向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿PI调节器输出，得到反向补偿角度Δθ2。
S408、初始位置校验器根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度，进行电机零位初始位置校验。
可选地，初始位置校验器根据正向补偿角度Δθ1和反向补偿角度Δθ2，进行电机零位初始位置校验，包括：若正向补偿角度Δθ1等于负向补偿角度Δθ2的绝对值，则判断电机零位初始位置辨识结果为精准；若正向补偿角度Δθ1与负向补偿角度Δθ2的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度Δθ1和负向补偿角度Δθ2对初始位置进行补偿。
具体地，根据正向补偿角度Δθ1和反向补偿角度Δθ2，可以对永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置校验，若正向补偿角度等于负向补偿角度的绝对值，即如果Δθ1＝-Δθ2或者Δθ1≈-Δθ2，则证明初始位置辨识结果是精准的，当正向补偿角度Δθ1与负向补偿角度Δθ2的偏差在一定范围内，例如小于第一阈值，则可以通过Δθ1和Δθ2对初始位置进行补偿，实现对初始位置的微调，使永磁同步电机初始位置收敛的更精准。
可选地，若正向补偿角度与负向补偿角度的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度和负向补偿角度对初始位置进行补偿，包括：初始位置补偿角度Δθ′等于正向补偿角度Δθ1和负向补偿角度Δθ2之和的一半。
具体地，当Δθ1与Δθ2偏差在一定范围内，则可以通过Δθ1和Δθ2对初始位置进行微调，初始位置补偿角度Δθ′＝(Δθ1+Δθ2)/2。
本实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识方法，实现检测到永磁同步电机的转子的准确的初始位置，提高了永磁同步电机初始位置辨识的稳定性和精准性，也提高了永磁同步电机转矩控制的精度和系统安全性，同时可以克服固定位置给定大电流引起的电机退磁和烧毁定子线圈的风险，减少了人为操作的工作量和复杂度，适合电动汽车的永磁同步电机初始位置精准定位，并容易实现批量应用。
图6是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图。参见图6，本发明实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识系统100包括：
目标参数设定模块61，用于在电流闭环模式下，设定目标参数；
角度辨识模块62，用于根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组；
电机零位初始位置获取模块63，用于对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置；
电机零位补偿模块64，用于对所述电机零位初始位置进行检测。
可选地，图7是本发明实施例提供的另一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图7，所述角度辨识模块62包括：
正向震荡角度辨识单元71，用于根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识，得到第一脉冲数组，
负向震荡角度辨识单元72，用于根据所述目标参数，进行负向震荡角度辨识，得到第二脉冲数组。
可选地，继续参见图7，正向震荡角度辨识单元71包括：
正向震荡角度预设子单元711，用于将d轴给定电流调至d轴目标电流，将 q轴给定电流调至q轴正向目标电流，在电流模式下使永磁同步电机运行至正向虚拟零角度；
第一脉冲数组生成子单元712，用于通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述正向虚拟零角度运行至所述正向振荡角度，再回归至所述正向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第一脉冲数组；其中，所述第一脉冲数组为与所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
可选地，继续参见图7，负向震荡角度辨识单元72包括：
负向震荡角度预设子单元721，用于将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴负向目标电流，通过矢量电流控制使永磁同步电机运行至负向虚拟零角度；
第二脉冲数组生成子单元722，用于通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述负向虚拟零角度运行至负向震荡角度，再回归至所述负向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第二脉冲数组；其中，所述第二脉冲数组为与所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
可选地，图8是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图8，所述电机零位补偿模块 64包括：
控制器641，用于控制所述永磁同步电机在电流矢量控制模式下工作，d轴给定电流为零，q轴给定电流为零，初始位置为所述电机零位初始位置；
所述控制器641，还用于基于所述永磁同步电机的电压方程，引进权重系数，构建电压给定方程；
角度补偿控制器642，用于根据所述电压给定方程得到d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
所述角度补偿控制器642，还用于根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度；
初始位置校验器643，用于根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度，进行电机零位初始位置校验。
可选地，图9是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图9，所述角度补偿控制器642 包括：
角度补偿控制器输入单元91，用于输入d轴电压为零，根据电压方程输出的d轴电压作为d轴反馈电压；
角度补偿值生成单元92，用于根据所述d轴电压和所述d轴反馈电压，通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；其中，若所述d轴反馈电压越接近零，则电机零位初始位置越准确；若所述d轴反馈电压越偏离零，则角度补偿值越大。
可选地，继续参见图9，所述角度补偿控制器642还包括：
正向补偿角度生成单元93，用于基于电压给定方程和所述角度补偿值，正向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到正向补偿角度；
反向补偿角度生成单元94，用于基于电压给定方程和所述角度补偿值，反向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到反向补偿角度。可选地，图10是本发明实施例提供的又一种永磁同步电机初始位置辨识系统的结构示意图。在上述实施例的基础上，参见图10，所述初始位置校验器643包括：
初始位置辨识结果判断单元11，用于若正向补偿角度等于负向补偿角度的绝对值，则判断电机零位初始位置辨识结果为精准；
初始位置补偿单元12，若正向补偿角度与负向补偿角度的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度和负向补偿角度对初始位置进行补偿。
示例性地，图11是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识系统的角度补偿控制示意图。参见图11，基于对拖台架测试平台，陪测电机处于高速模式带动永磁同步电机按照恒定转速运行，恒定转速介于0.8倍～1.2倍额定转速之间。永磁同步电机采用电流矢量控制模式，d轴给定电流
若q 轴给定电流
初始位置采用辨识得到的电机零位初始位置，经过PI调节，基于PMSM电压方程，引进权重系数α，可以兼顾PMSM电流控制的动态性和稳态性，构建电压方程，输入控制器641，控制永磁同步电机的转子转动，输出的电流经过clark变换得到d轴和β轴的电流，经过park变换得到d轴电流id和q轴电流iq作为反馈调节，根据电压给定方程得到d轴反馈电压
角度补偿控制器642输入的d轴电压
为零，根据电压方程输出的d轴电压ud作为d轴反馈电压
角度补偿控制器642根据给定的d轴电压
和d轴反馈电压
通过角度补偿PI调节器输出的角度补偿值Δθ为，
当d轴反馈电压
越接近0，则角度补偿值Δθ越小，永磁同步电机初始位置辨识系统中采用的电机零位初始位置越准确，d轴反馈电压
越偏离0，则角度补偿值Δθ越大。角度补偿控制器根据角度补偿值Δθ，对永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度Δθ1和反向补偿角度Δθ2，初始位置校验器 643根据正向补偿角度Δθ1和反向补偿角度Δθ2，进行电机零位初始位置校验，若正向补偿角度等于负向补偿角度的绝对值，即如果Δθ1＝-Δθ2或者Δθ1≈-Δθ2，则证明初始位置辨识结果是精准的，当正向补偿角度Δθ1与负向补偿角度Δθ2的偏差在一定范围内，例如小于第一阈值，则可以通过Δθ1和Δθ2对初始位置进行补偿，当Δθ1与Δθ2偏差在一定范围内，则可以通过Δθ1和Δθ2对初始位置进行微调，初始位置补偿角度Δθ′＝(Δθ1+Δθ2)/2，实现对初始位置的微调，使永磁同步电机初始位置收敛的更精准。
图12是本发明实施例提供的一种永磁同步电机初始位置辨识系统的与未采用本系统的辨识结果对比图。参见图12，图12中虚线表示采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识改善后的数据的正态分布曲线，图12中实线表示未采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识，即改善前的数据的正态分布曲线，图12中带填充的柱状图表示采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识改善后的数据分布，图12中未填充的柱状图表示未采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识，即改善前的数据的分布，由图 12可见，采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识改善后的数据的正态分布较改善前更集中，采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识改善后的数据的标准差为3.273较改善前的标准差12.96更小，表明采用永磁同步电机初始位置辨识系统进行初始位置辨识定位更精准。
本实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识系统，用于执行本发明任意实施例提出的永磁同步电机初始位置辨识方法，永磁同步电机初始位置辨识系统包括电机零位补偿模块、角度辨识模块、电机零位初始位置获取模块以及电机零位补偿模块，通过电机零位补偿模块在电流闭环模式下，设定目标参数，角度辨识模块根据目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组，通过电机零位初始位置获取模块对第一脉冲数组和第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置，并通过电机零位补偿模块对电机零位初始位置进行检测，本实施例提供的永磁同步电机初始位置辨识系统可以准确识别电动汽车PMSM初始位置，并进行初始位置准确性检验，提高了电动汽车PMSM初始位置辨识准确性和精度。
本发明实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有软件程序，当可读存储介质中的指令由永磁同步电机初始位置辨识系统的处理器执行时，使得永磁同步电机初始位置辨识系统能够执行上述任一实施例提到的永磁同步电机初始位置辨识方法。该方法包括：在电流闭环模式下，设定目标参数，根据目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组，对第一脉冲数组和第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置，对电机零位初始位置进行检测。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的永磁同步电机初始位置辨识方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的永磁同步电机初始位置辨识方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、闪存 (FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的永磁同步电机初始位置辨识方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种永磁同步电机初始位置辨识方法，其特征在于，所述方法应用于永磁同步电机辨识系统，所述方法包括：
在电流闭环模式下，设定目标参数；
根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组；
对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置；
对所述电机零位初始位置进行检测；
其中，所述对所述电机零位初始位置进行检测，包括：
控制器控制所述永磁同步电机在电流矢量控制模式下工作，d轴初始给定电流为零，q轴初始给定电流为零，初始位置为所述电机零位初始位置；
所述控制器基于所述永磁同步电机的电压方程以及解耦电压前馈，引进权重系数，构建电压给定方程；
角度补偿控制器根据所述电压给定方程得到的d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
所述角度补偿控制器根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度；
初始位置校验器根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度之间的偏差，进行电机零位初始位置校验；
其中，所述第一脉冲数组为与正向震荡角度和正向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组；
所述第二脉冲数组为与负向震荡角度和负向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述目标参数包括转子d轴目标电流、q轴目标电流和目标角度；
所述q轴目标电流包括q轴正向目标电流和q轴负向目标电流；
所述目标角度包括正向震荡角度和负向震荡角度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识，得到第一脉冲数组，包括：
将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴正向目标电流，在电流模式下使永磁同步电机运行至正向虚拟零角度；
通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述正向虚拟零角度运行至所述正向震荡角度，再回归至所述正向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述正向震荡角度和所述正向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第一脉冲数组。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标参数，进行负向震荡角度辨识，得到第二脉冲数组，包括：
将d轴给定电流调至d轴目标电流，将q轴给定电流调至q轴负向目标电流，通过矢量电流控制使永磁同步电机运行至负向虚拟零角度；
通过矢量电流控制，使所述永磁同步电机从所述负向虚拟零角度运行至负向震荡角度，再回归至所述负向虚拟零角度，并分别记录稳定时刻所述负向震荡角度和所述负向虚拟零角度对应的位置脉冲，得到第二脉冲数组。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度补偿控制器根据所述电压给定方程得到d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值，包括：
角度补偿控制器输入d轴电压为零，根据电压方程输出的d轴电压作为d轴反馈电压；
所述角度补偿控制器根据所述d轴电压和所述d轴反馈电压，通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
其中，若所述d轴反馈电压越接近零，则电机零位初始位置越准确；若所述d轴反馈电压越偏离零，则角度补偿值越大。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角度补偿控制器根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度，包括：
基于电压给定方程和所述角度补偿值，正向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到正向补偿角度；
基于电压给定方程和所述角度补偿值，反向对拖永磁同步电机，捕获角度补偿控制器输出，得到反向补偿角度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始位置校验器根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度，进行电机零位初始位置校验，包括：
若正向补偿角度等于负向补偿角度的绝对值，则判断电机零位初始位置辨识结果为精准；
若正向补偿角度与负向补偿角度的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度和负向补偿角度对初始位置进行补偿。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述若正向补偿角度与负向补偿角度的偏差小于第一阈值，则根据正向补偿角度和负向补偿角度对初始位置进行补偿，包括：
初始位置补偿角度等于正向补偿角度和负向补偿角度之和的一半。
9.一种永磁同步电机初始位置辨识系统，其特征在于，
目标参数设定模块，用于在电流闭环模式下，设定目标参数；
角度辨识模块，用于根据所述目标参数，进行正向震荡角度辨识和负向震荡角度辨识，分别得到第一脉冲数组和第二脉冲数组；
电机零位初始位置获取模块，用于对所述第一脉冲数组和所述第二脉冲数组进行合理性检验以及均值回归算法计算，得到电机零位初始位置；
电机零位补偿模块，用于对所述电机零位初始位置进行检测；
所述电机零位补偿模块包括：
控制器，用于控制所述永磁同步电机在电流矢量控制模式下工作，d轴初始给定电流为零，q轴初始给定电流为零，初始位置为所述电机零位初始位置；
所述控制器，还用于基于所述永磁同步电机的电压方程以及解耦电压前馈，引进权重系数，构建电压给定方程；
角度补偿控制器，用于根据所述电压给定方程得到的d轴反馈电压，并通过角度补偿PI调节输出角度补偿值；
所述角度补偿控制器，还用于根据所述角度补偿值，对所述永磁同步电机进行正反向位置补偿，得到正向补偿角度和反向补偿角度；
初始位置校验器，用于根据所述正向补偿角度和所述反向补偿角度之间的偏差，进行电机零位初始位置校验；
其中，所述第一脉冲数组为与正向震荡角度和正向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组；
所述第二脉冲数组为与负向震荡角度和负向虚拟零角度的位置脉冲对应的两组N个序列的脉冲数组。
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