CN111092582B - 一种位置识别方法和相关装置 - Google Patents

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CN111092582B CN201911415696.3A CN201911415696A CN111092582B CN 111092582 B CN111092582 B CN 111092582B CN 201911415696 A CN201911415696 A CN 201911415696A CN 111092582 B CN111092582 B CN 111092582B
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    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal

Abstract

本申请提供的确定电机转子位置的方法和装置，能够在旋转变压器故障时，根据电机转子的估测位置，利用估测位置和补偿参数的对应关系，对该估测位置进行补偿，确定出电机转子的最终位置。其中，补偿参数是根据误差条件确定的，当电机转子的估测补偿位置与实际位置的差值满足误差条件时，对补偿参数进行修正。由于补偿参数能够根据误差条件进行动态地更新，使得基于该补偿参数和估测位置得到的估测补偿位置，逼近电机转子的实际位置，从而在旋转变压器故障时，能够根据该补偿参数补偿估测位置，确定出电机转子的最终位置，降低了电机转子位置的估测误差，提高了电机转子最终位置的可信度。

Description

一种位置识别方法和相关装置
技术领域
本申请涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种位置识别方法和相关装置。
背景技术
电机是汽车动力系统的核心部件。通过旋转变压器获取电机的转子位置，控制电机的正常驱动，从而保证电动汽车的正常行驶。汽车经过长时间地驾驶，旋转变压器获取的电机转子位置可能存在较大的误差，或者旋转变压器发生故障，旋转变压器无法获取电机转子的准确位置，导致无法对电机进行正常的驱动控制，影响电动汽车的驾驶。因此，针对旋转变压器异常情况，需要一种确定电击装置位置的方法。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种确定电机转子位置的方法和装置，能够在旋转变压器故障时，确定电机转子的位置。
一方面，本申请实施例提供了一种确定电机转子位置的方法，所述方法包括：
通过注入高频电压信号，利用位置观测器获取电机转子的估测位置；
根据所述估测位置，利用预先保存的估测位置与补偿参数的对应关系，获取补偿参数；其中，所述补偿参数是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的；
基于所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，确定所述电机转子的最终位置。
可选的，所述补偿参数包括：
旋转变压器正常工作时，利用所述旋转变压器获取所述电机转子的实际位置；
通过注入高频电压信号，利用所述位置观测器获取所述电机转子的估测位置；
根据所述实际位置和所述估测位置，计算所述电机转子的补偿参数。
可选的，所述方法还包括：
根据所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，得到所述电机转子的估测补偿位置；
基于所述估测补偿位置和所述实际位置，计算补偿误差；
确定所述补偿误差是否满足所述误差条件；
若是，基于所述补偿误差，修正所述补偿参数。
可选的，所述修正所述补偿参数之前还包括：
确定所述估测位置所在的取值区间；
根据所述取值区间，获取所述估测位置对应的补偿系数；
基于所述补偿误差和所述补偿系数，修正所述补偿参数。
可选的，所述通过注入高频电压信号，利用位置观测器，获取电机转子的估测位置包括：
通过注入高频电压信号，计算所述电机转子响应所述高频电压信号的电流信号；
通过对所述电流信号进行信号处理，确定估计误差；
利用所述位置观测器调节所述估计误差，获取所述电机转子的估测位置。
可选的，所述对所述电流信号进行信号处理包括：
利用与所述高频电压信号相同频率的正弦信号，对所述电流信号进行调频处理，得到第一电流信号；
对所述第一电流信号进行低通滤波处理，得到第二电流信号；
则所述确定估计误差包括：
根据所述第二电流信号，确定估计误差。
可选的，所述方法还包括：
利用所述估测位置进行递推估计，获取所述电机转子的预期位置；
判断所述预期位置和所述补偿位置的差值是否大于位置阈值；
若否，根据所述预期位置和所述补偿位置确定所述电机转子的最终位置；
若是，提示所述电机转子位置获取失败，进入故障状态。
可选的，所述根据所述预期位置和所述补偿位置确定所述电机转子的最终位置包括：
判断所述电机转子的转速是否小于转速阈值；
若是，将所述补偿位置确定为所述电机转子的最终位置；
若否，将所述预期位置确定为所述电机转子的最终位置。
可选的，所述转速阈值是根据所述电机转子额定转速确定的。
另一方面，本申请实施例还提供了一种确定电机转子位置的装置，所述装置包括第一获取单元、第二获取单元和确定单元：
所述第一获取单元，用于通过注入高频电压信号，利用位置观测器获取电机转子的估测位置；
所述第二获取单元，用于根据所述估测位置，利用预先保存的估测位置与补偿参数的对应关系，获取补偿参数；其中，所述补偿参数是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的；
所述确定单元，用于基于所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，确定所述电机转子的最终位置。
可选的，所述补偿参数包括：
旋转变压器正常工作时，利用所述旋转变压器获取所述电机转子的实际位置；
通过注入高频电压信号，利用所述位置观测器获取所述电机转子的估测位置；
根据所述实际位置和所述估测位置，计算所述电机转子的补偿参数。
可选的，所述装置还包括补偿单元、计算单元和修正单元：
所述补偿单元，用于根据所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，得到所述电机转子的估测补偿位置；
所述计算单元，用于基于所述估测补偿位置和所述实际位置，计算补偿误差；
所述确定单元，还用于确定所述补偿误差是否满足所述误差条件；若否，触发修正单元；
所述修正单元，用于基于所述补偿误差，修正所述补偿参数。
可选的，所述确定单元还用于：
确定所述估测位置所在的取值区间；
所述第二获取单元，还用于根据所述取值区间，获取所述估测位置对应的补偿系数；
所述修正单元，还用于基于所述补偿误差和所述补偿系数，修正所述补偿参数。
可选的，所述第一获取单元，还用于通过注入高频电压信号，计算所述电机转子响应所述高频电压信号的电流信号；
通过对所述电流信号进行信号处理，确定估计误差；
利用所述位置观测器调节所述估计误差，获取所述电机转子的估测位置。
可选的，所述第一获取单元包括信号处理单元：
所述信号处理单元，用于利用与所述高频电压信号相同频率的正弦信号，对所述电流信号进行调频处理，得到第一电流信号；
对所述第一电流信号进行低通滤波处理，得到第二电流信号；
根据所述第二电流信号，确定估计误差。
可选的，所述装置还包括递推单元、判断单元和提示单元：
所述递推单元，用于利用所述估测位置进行递推估计，获取所述电机转子的预期位置；
所述判断单元，用于判断所述预期位置和所述补偿位置的差值是否大于位置阈值；若否，触发所述确定单元；若是，触发所述提示单元；
所述确定单元，还用于根据所述预期位置和所述补偿位置确定所述电机转子的最终位置；
所述提示单元，用于所述电机转子位置获取失败，进入故障状态。
可选的，所述判断单元，还用于判断所述电机转子的转速是否小于转速阈值；若是，触发所述确定单元；若否，触发所述确定单元；
所述确定单元，还用于将所述补偿位置确定为所述电机转子的最终位置；
所述确定单元，还用于将所述预期位置确定为所述电机转子的最终位置。
可选的，所述确定单元，还用于根据所述电机转子额定转速确定所述转速阈值。
本申请提供的确定电机转子位置的方法，能够在旋转变压器故障时，根据电机转子的估测位置，利用估测位置和补偿参数的对应关系，对该估测位置进行补偿，确定出电机转子的最终位置。其中，补偿参数是根据误差条件确定的，当电机转子的估测补偿位置与实际位置的差值满足误差条件时，对补偿参数进行修正。由于补偿参数能够根据误差条件进行动态地更新，使得基于该补偿参数和估测位置得到的估测补偿位置，逼近电机转子的实际位置，从而在旋转变压器故障时，能够根据该补偿参数补偿估测位置，确定出电机转子的最终位置，降低了电机转子位置的估测误差，提高了电机转子最终位置的可信度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种确定电机转子位置的方法流程图；
图2为本申请实施例提供的电机转子实际位置与估测位置坐标轴角度关系示意图；
图3为本申请实施例提供的一种确定电机转子位置的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的获取补偿参数的示意图；
图5为本申请实施例提供的确定电机转子位置的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。
参见图1，图1为本申请实施例提供的一种确定电机转子位置的方法的流程示意图。
在图1中，该方法包括以下步骤：
S101：通过注入高频电压信号，利用位置观测器获取电机转子的估测位置。
假设电机转子实际位置为θ，电机转子的估测位置为
Figure BDA0002351129710000061
那么电机转子的估计误差为
Figure BDA0002351129710000062
针对电机转子的实际位置建立直角坐标轴，分别为d轴和q轴；针对电机转子的估测位置建立直角坐标轴，分别为
Figure BDA0002351129710000063
轴和
Figure BDA0002351129710000064
轴，则电机转子的实际位置坐标轴和估测位置坐标轴的角度关系如图3所示。其中，a轴表示水平方向。
假设高频电压、电流矢量在图2所示的dq坐标轴中表示为
Figure BDA0002351129710000065
和
Figure BDA0002351129710000066
Figure BDA0002351129710000067
在图2所示的
Figure BDA0002351129710000068
坐标轴中表示为
Figure BDA0002351129710000069
和
Figure BDA00023511297100000610
根据dq坐标轴和坐标轴之间的角度关系，可以得到高频电压、电流关系式如下：
Figure BDA00023511297100000611
Figure BDA00023511297100000612
若dq轴高频阻抗分别为：Zdh＝jωhLd、Zqh＝jωhLq，则有：
Figure BDA00023511297100000613
若dq轴高频导纳分别为Ydh和Yqh，根据公式(3)有：
Figure BDA00023511297100000614
由公式(1)、(2)和(4)有：
Figure BDA00023511297100000615
令：
Figure BDA00023511297100000616
由于|A|≠0，故存在可逆矩阵A-1
Figure BDA0002351129710000071
故：
Figure BDA0002351129710000072
得：
Figure BDA0002351129710000073
其中，dq轴平均导纳Y＝(Ydh+Yqh)/2，dq轴差分导纳ΔY＝Ydh-Yqh。
结合图3，图3为本申请实施例提供的一种确定电机转子位置的流程示意图。如图3所示，若在d轴注入脉振高频电压V'dh＝Vhcos(ωht)，其向量表示为：
Figure BDA0002351129710000074
则有：
Figure BDA0002351129710000075
由式(5)得，
Figure BDA0002351129710000076
均含有电机转子位置误差Δθ的信息，选取与Δθ成线性关系的信号作为电机转子响应该高频电压信号的电流信号。由于当Δθ足够小时，
Figure BDA0002351129710000077
因此，选取
Figure BDA0002351129710000078
由
Figure BDA0002351129710000079
有：
Figure BDA00023511297100000710
Figure BDA00023511297100000711
Figure BDA00023511297100000712
由
Figure BDA00023511297100000713
有：
Figure BDA00023511297100000714
因此，
Figure BDA0002351129710000081
为了使估测位置逼近实际位置，对电流信号
Figure BDA0002351129710000082
进行信号处理，从而得到无位置传感器的估计误差f(Δθ)。
在一种可行的实施方式中，利用与所述高频电压信号相同频率的正弦信号，对所述电流信号进行调频处理，得到第一电流信号；对所述第一电流信号进行低通滤波处理，得到第二电流信号；根据所述第二电流信号，确定估计误差。
在图2中，高频电压信号经过调制后，经过带通滤波(BPF)后得到电流信号
Figure BDA0002351129710000083
再将电流信号
Figure BDA0002351129710000084
与正弦信号sin(ωht)相乘进入低通滤波(LPF)得到估计误差f(Δθ)，即：
Figure BDA0002351129710000085
又：
Figure BDA0002351129710000086
Figure BDA0002351129710000087
因此，
Figure BDA0002351129710000088
Figure BDA0002351129710000089
如图2所示，通过位置观测器，调节估计误差f(Δθ)。当f(Δθ)等于0时，得到电机转子的估测位置
Figure BDA00023511297100000810
S102：根据所述估测位置，利用预先保存的估测位置与补偿参数的对应关系，获取补偿参数；其中，所述补偿参数是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的。
根据上述估测位置
Figure BDA00023511297100000811
利用预先保存的估测位置
Figure BDA00023511297100000812
与补偿参数θcomp的对应关系，得到与该估测位置
Figure BDA00023511297100000813
对应的补偿参数θcomp。在实际应用中，对应关系可以以曲线图的形式保存，如图2所示，旋转变压器故障时虚线框与非旋转变压器故障时虚线框的相交区域内的曲线图。
本申请提供了一种计算补偿参数的方法，即在旋转变压器正常工作时，利用所述旋转变压器获取所述电机转子的实际位置；并通过注入高频电压信号，利用所述位置观测器获取所述电机转子的估测位置；根据所述实际位置和所述估测位置，计算所述电机转子的补偿参数。
如图2所示，利用旋转变压器，经过硬件解码后，得到电机转子的实际位置θrel，则补偿参数θcomp＝θrel-θ。
其中，补偿参数θcomp是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的。本申请提供了一种可行的实施方式，根据所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，得到所述电机转子的估测补偿位置；基于所述估测补偿位置和所述实际位置，计算补偿误差；确定所述补偿误差是否满足所述误差条件；若是，基于所述补偿误差，修正所述补偿参数。
如图2所示，估测补偿位置
Figure BDA0002351129710000091
则估测补偿位置和实际位置的补偿误差x＝θrel-θ。进而，判断补偿误差x是否满足误差条件A＜x或x＞B。若补偿误差x满足上述误差条件，则利用修订补偿模块对上述补偿参数θcomp进行修正，并根据修正后的补偿参数更新上述对应关系中的补偿参数。
需要说明的是，上述利用修订补偿模块对补偿参数进行修正，可以通过确定所述估测位置所在的取值区间，根据所述取值区间，获取所述估测位置对应的补偿系数，进而，基于所述补偿误差和所述补偿系数，修正所述补偿参数。
参见图4，图4为本申请实施例提供的获取补偿参数的示意图。
首先，通过确定估测位置
Figure BDA0002351129710000092
所在的取值区间，如图4所示，例如，
Figure BDA0002351129710000093
满足取值区间
Figure BDA0002351129710000094
根据该确定结果，获取对应的补偿系数kP、kI，进而，基于该补偿系数kP、kI对补偿参数θcomp进行修正。
可以理解的是，若上述补偿误差x不满足误差条件A＜x或x＞B，不需要对补偿参数进行修正。
S103：基于所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，确定所述电机转子的补偿位置。
如图2所示，当旋转变压器故障时，根据补偿参数θcomp对估测位置
Figure BDA0002351129710000095
进行补偿，即可得到电机转子的补偿位置
Figure BDA0002351129710000096
本申请提供了一种可行的实施方式，即利用所述估测位置进行递推估计，获取所述电机转子的预期位置；判断所述预期位置和所述补偿位置的差值是否大于位置阈值；若否，根据所述预期位置和所述补偿位置确定所述电机转子的最终位置；若是，提示所述电机转子位置获取失败，进入故障状态。
在实际应用中，可以根据电机转子的估测位置递推估计后续3个发波周期的位置，获取该电机转子的预期位置。其中，发波周期指控制电机运行的控制周期。判断该预期位置和上述补偿位置的偏差值是否大于5度电角度。当偏差值小于5度电角度时，可以根据该预期位置和补偿位置，确定出电机转子的最终位置。
本申请提供了一种可行的实施方式，即判断所述电机转子的转速是否小于转速阈值；若是，将所述补偿位置确定为所述电机转子的最终位置；若否，将所述预期位置确定为所述电机转子的最终位置。其中，所述转速阈值是根据所述电机转子额定转速确定的。
在实际应用中，可以根据转速阈值将电机转子的转速分为高低转速。当转速小于该转速阈值时，处于低速段；当转速大于等于该转速阈值时，处于高速段。在一种可行的实施方式中，可以将电机转子额定转速的5％作为该转速阈值。也就是说，当电机运行在低速段时，将补偿位置确定为该电机转子的最终位置；当电机运行在高速段时，将预期位置确定为该电机转子的最终位置。
当预期位置和补偿位置的偏差值大于等于5度电角度时，提示该电机转子位置获取失败，进入故障状态，限制或者禁止车速以确保整车安全。
上述实施例提供的确定电机转子位置的方法，能够在旋转变压器故障时，根据电机转子的估测位置，利用估测位置和补偿参数的对应关系，对该估测位置进行补偿，确定出电机转子的最终位置。其中，补偿参数是根据误差条件确定的，当电机转子的估测补偿位置与实际位置的差值满足误差条件时，对补偿参数进行修正。由于补偿参数能够根据误差条件进行动态地更新，使得基于该补偿参数和估测位置得到的估测补偿位置，逼近电机转子的实际位置，从而在旋转变压器故障时，能够根据该补偿参数补偿估测位置，确定出电机转子的最终位置，降低了电机转子位置的估测误差，提高了电机转子最终位置的可信度。
针对上述提供的确定电机转子位置的方法，本申请实施例提供了对应的装置。参见图5，图5为本申请实施例提供的确定电机转子位置的装置500的结构示意图。
如图5所示，装置500包括第一获取单元501、第二获取单元502和确定单元503：
所述第一获取单元501，用于通过注入高频电压信号，利用位置观测器获取电机转子的估测位置；
所述第二获取单元502，用于根据所述估测位置，利用预先保存的估测位置与补偿参数的对应关系，获取补偿参数；其中，所述补偿参数是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的；
所述确定单元503，用于基于所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，确定所述电机转子的最终位置。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质可以是下述介质中的至少一种：只读存储器(英文：read-only memory，缩写：ROM)、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种确定电机转子位置的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过注入高频电压信号，利用位置观测器获取电机转子的估测位置；
根据所述估测位置，利用预先保存的估测位置与补偿参数的对应关系，获取补偿参数；其中，所述补偿参数是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的；所述补偿参数包括：旋转变压器正常工作时，利用所述旋转变压器获取所述电机转子的实际位置；通过注入高频电压信号，利用所述位置观测器获取所述电机转子的估测位置；根据所述实际位置和所述估测位置，计算所述电机转子的补偿参数；
根据所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，得到所述电机转子的估测补偿位置；基于所述估测补偿位置和所述实际位置，计算补偿误差；确定所述补偿误差是否满足所述误差条件；若是，基于所述补偿误差，修正所述补偿参数；
基于所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，确定所述电机转子的补偿位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修正所述补偿参数之前还包括：
确定所述估测位置所在的取值区间；
根据所述取值区间，获取所述估测位置对应的补偿系数；
基于所述补偿误差和所述补偿系数，修正所述补偿参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过注入高频电压信号，利用位置观测器，获取电机转子的估测位置包括：
通过注入高频电压信号，计算所述电机转子响应所述高频电压信号的电流信号；
通过对所述电流信号进行信号处理，确定估计误差；
利用所述位置观测器调节所述估计误差，获取所述电机转子的估测位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述电流信号进行信号处理包括：
利用与所述高频电压信号相同频率的正弦信号，对所述电流信号进行调频处理，得到第一电流信号；
对所述第一电流信号进行低通滤波处理，得到第二电流信号；
则所述确定估计误差包括：
根据所述第二电流信号，确定估计误差。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述估测位置进行递推估计，获取所述电机转子的预期位置；
判断所述预期位置和所述补偿位置的差值是否大于位置阈值；
若否，根据所述预期位置和所述补偿位置确定所述电机转子的最终位置，包括：判断所述电机转子的转速是否小于转速阈值；若是，将所述补偿位置确定为所述电机转子的最终位置；若否，将所述预期位置确定为所述电机转子的最终位置；
若是，提示所述电机转子位置获取失败，进入故障状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述转速阈值是根据所述电机转子额定转速确定的。
7.一种确定电机转子位置的装置，其特征在于，所述装置包括第一获取单元、第二获取单元和确定单元：
所述第一获取单元，用于通过注入高频电压信号，利用位置观测器获取电机转子的估测位置；
所述第二获取单元，用于根据所述估测位置，利用预先保存的估测位置与补偿参数的对应关系，获取补偿参数；其中，所述补偿参数是旋转变压器正常工作时，根据误差条件确定的；所述补偿参数包括：旋转变压器正常工作时，利用所述旋转变压器获取所述电机转子的实际位置；通过注入高频电压信号，利用所述位置观测器获取所述电机转子的估测位置；根据所述实际位置和所述估测位置，计算所述电机转子的补偿参数；根据所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，得到所述电机转子的估测补偿位置；基于所述估测补偿位置和所述实际位置，计算补偿误差；确定所述补偿误差是否满足所述误差条件；若是，基于所述补偿误差，修正所述补偿参数；
所述确定单元，用于基于所述补偿参数，对所述估测位置进行补偿，确定所述电机转子的补偿位置。
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