CN113630047B - 无刷直流电机的换相误差补偿系统及换相误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷直流电机的换相误差补偿系统及换相误差补偿方法。该系统包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；无刷直流电机的三相绕组依次通过线电压获取电路、重构线电压差获取电路和反馈量获取电路与处理器电连接，线电压获取电路用于第一相悬空时，获取第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相与第一相之间的第二线电压；重构线电压差获取电路，用于根据第一线电压与第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差；反馈量获取电路，用于根据换相周期和重构线电压差，确定换相误差的反馈量；处理器，用于根据换相误差的反馈量，确定换相误差的补偿量。该系统能够提高换相误差补偿的精度。

Description

无刷直流电机的换相误差补偿系统及换相误差补偿方法

技术领域

本公开涉及无刷电机技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机的换相误差补偿系统及换相误差补偿方法。

背景技术

无刷直流电机的无位置传感器的换相方法，无需采用三路霍尔信号或者编码器等位置传感器，能够减少制造工艺、避免位置传感器引入换相误差，还降低能够降低换相系统的可靠性。无位置传感器换相技术在具体实现时，由于滤波器的相移以及软件、硬件的延迟会导致换相误差，因此，需要对换相误差进行补偿，以使换相误差趋近于零，从而提高换相的准确性。

现有技术中，基于电机的相电流、母线电流等电机信号的对称性，当换相误差存在时，电机信号的积分量变为非对称，将这种非对称性用数学变量来描述，作为反馈量，可获取换相误差的补偿量，从而实现换相误差的闭环补偿。

然而，当电机电流发生变化时，上述技术方案中被积分的信号会发生波动，导致反馈量的准确度下降，使得换相误差的补偿精度降低。

发明内容

本公开提供了一种无刷直流电机的换相误差补偿系统及换相误差补偿方法，能够提高换相误差补偿的精度。

第一方面，本公开提供了一种无刷直流电机的换相误差补偿系统，包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；

所述线电压获取电路的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，所述线电压获取电路的输出端与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接，所述重构线电压差获取电路的输出端与所述反馈量获取电路的输入端电连接，所述反馈量获取电路的输出端与所述处理器电连接；

所述线电压获取电路，用于第一相悬空时，获取所述第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相线与第一相之间的第二线电压；

所述重构线电压差获取电路，用于根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，其中，所述符号函数。以第一相悬空时所述第二相与所述第三相之间的第三线电压为自变量；

所述反馈量获取电路，用于根据换相周期和所述重构线电压差，确定换相误差的反馈量；

所述处理器，用于根据所述换相误差的反馈量，确定所述换相误差的补偿量。

可选的，所述线电压获取电路包括：差分电路网络和选通电路；

所述差分电路网络的输入端与所述无刷直流电机的三相绕组一一对应电连接，所述差分电路网络的输出端与所述选通电路的输入端电连接，所述选通电路的输出端与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接；

所述差分电路网络，用于根据第一相电压、第二相电压和第三相电压，确定所述第一线电压、所述第二线电压，以及所述第二相和所述第三相之间的第三线电压；

所述选通电路，用于在第一相悬空时，获取所述第一线电压和所述第二线电压。

可选的，所述差分电路网络包括：第一差分电路、第二差分电路和第三差分电路；

所述第一差分电路的第一输入端和所述第二差分电路的第一输入端均与所述无刷直流电机的第一相电连接，所述第一差分电路的第二输入端和所述第三差分电路的第一输入端均与所述无刷直流电机的第二相电连接，所述第二差分电路的第二输入端和所述第三差分电路的第二输入端均与所述无刷直流电机的第三相电连接；

所述第一差分电路，用于根据所述第一相电压和所述第二相电压，确定所述第一线电压；所述第二差分电路，用于根据所述第一相电压和所述第三相电压，确定所述第二线电压；所述第三差分电路，用于根据所述第二相电压和所述第三相电压，确定第三线电压；

所述选通电路包括：第一选通器和第二选通器；

所述第一选通器的三个输入端分别与所述第一差分电路的输出端、所述第二差分电路的输出端和所述第三差分电路的输出端电连接，所述第二选通器的三个输入端分别与所述第一差分电路的输出端、所述第二差分电路的输出端和所述第三差分电路的输出端电连接，所述第一选通器的输出端和所述第二选通器的输出端均与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接；

所述第一选通器，用于在第一相悬空时，获取所述第一线电压；所述第二选通器，用于在第一相悬空时，获取所述第二线电压。

可选的，所述选通电路的使能端与脉冲序列信号电连接，所述脉冲序列信号中的使能信号对应的目标区间内，不存在续流电流的影响；

所述选通电路，用于在第一相悬空时，获取所述目标区间内的第一线电压和第二线电压。

可选的，所述重构线电压差获取电路包括：差分放大器；

所述差分放大器的两个输入端与所述选通电路的两个输出端一一对应电连接；

所述差分放大器，用于根据所述第一线电压和所述第二线电压确定所述线电压差，并基于所述符号函数的控制，根据所述线电压差，获取所述重构线电压差。

可选的，所述反馈量获取电路包括：低通滤波器；

所述低通滤波器的输入端与所述重构线电压差获取电路的输出端电连接，所述低通滤波器的输出端与所述处理器的输入端电连接；

所述低通滤波器，用于获取所述重构线电压差在所述目标区间内的平均值，所述平均值与所述换相周期的乘积为所述换相误差的反馈量。

第二方面，本公开提供了一种无刷直流电机的换相误差补偿方法，适用于无刷直流电机的换相误差补偿，所述换相误差补偿系统，包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；

所述线电压获取电路的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，所述线电压获取电路的输出端与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接，所述重构线电压差获取电路的输出端与所述反馈量获取电路的输入端电连接，所述反馈量获取电路的输出端与所述处理器电连接；

所述方法，包括：

第一相悬空时，获取所述第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相与第一相之间的第二线电压；

根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，其中，所述符号函数，以第一相悬空时所述第二相与所述第三相之间的第三线电压为自变量；

根据换相周期和所述重构线电压差，确定换相误差的反馈量；

根据所述换相误差的反馈量，确定所述换相误差的补偿量。

可选的，所述根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差之前，还包括：

第一相悬空时，获取所述第二相与所述第三相之间的第三线电压；

将所述第三线电压作为自变量，确定所述符号函数；

根据所述第一线电压和所述第二线电压，确定所述线电压差。

可选的，所述根据换相周期和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量包括：

根据所述换相周期以及换相后的续流宽度，确定目标区间，所述目标区间位于所述换相周期内，且所述目标区间内无续流电流的影响；

根据所述目标区间和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量。

可选的，所述根据所述目标区间和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量包括：

获取所述重构线电压差在所述目标区间内的平均值；

将所述平均值和所述换相周期的乘积，确定为所述换相误差的反馈量。

本公开提供的技术方案中，通过无刷直流电机的换相误差补偿系统包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；线电压获取电路的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，线电压获取电路的输出端与重构线电压差获取电路的输入端电连接，重构线电压差获取电路的输出端与反馈量获取电路的输入端电连接，反馈量获取电路的输出端与处理器电连接；线电压获取电路能够在第一相悬空时，获取第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相线与第一相之间的第二线电压；重构线电压差获取电路能够根据第一线电压与第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，符号函数，以第一相悬空时第二相与第三相之间的第三线电压为自变量；反馈量获取电路能够根据换相周期和重构线电压差，确定换相误差的反馈量；处理器能够根据换相误差的反馈量，确定换相误差的补偿量，由于换相误差的反馈量是基于线电压差产生的，因此，反馈量中无电流成分，能够有效避免电流变化对换相误差反馈量的影响，提高换相误差补偿量的精确度，从而能够提升换相误差补偿的精度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开提供的一种无刷直流电机的换相误差补偿系统的结构示意图；

图2为本公开提供的一种无刷直流电机的结构示意图；

图3为本公开提供的一种换相准确时线电压的波形示意图；

图4为本公开提供的一种换相滞后时线电压的波形示意图；

图5为本公开提供的另一种无刷直流电机的换相误差补偿系统的结构示意图；

图6为本公开提供的一种线电压获取电路的结构示意图；

图7为本公开提供的一种脉冲序列信号的波形示意图；

图8为本公开提供的一种换相滞后时重构线电压差的波形示意图；

图9为本公开提供的一种换相超前时重构线电压差的波形示意图；

图10为本公开提供的一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图；

图11为本公开提供的另一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图

图12为本公开提供的又一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图；

图13为本公开提供的又一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本公开提供的一种无刷直流电机的换相误差补偿系统的结构示意图，如图1所示，换相误差补偿系统100包括：线电压获取电路110、重构线电压差获取电路120、反馈量获取电路130和处理器140。

其中，线电压获取电路110的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，线电压获取电路110的输出端与重构线电压差获取电路120的输入端电连接，重构线电压差获取电路120的输出端与反馈量获取电路130的输入端电连接，反馈量获取电路130的输出端与处理器电连接。

线电压获取电路110，用于第一相X悬空时，获取第一相X与第二相Y之间的第一线电压u_XY以及第三相线Z与第一相X之间的第二线电压u_ZX。

重构线电压差获取电路120，用于根据所述第一线电压u_XY与第二线电压u_ZX之间的线电压差u_ZX-u_XY，以及符号函数sign(u_YZ)，获取重构线电压差u_int。其中，符号函数sign(u_YZ)，以第一相悬空时第二相Y与第三相Z之间的第三线电压u_YZ作为自变量。

反馈量获取电路130，用于根据换相周期T和重构线电压差u_int，确定换相误差的反馈量ΔI。

处理器140，用于根据换相误差的反馈量ΔI，确定换相误差的补偿量

示例性的，图2为本公开提供的一种无刷直流电机的结构示意图，如图2所示，无刷直流电机200包括A相绕组、B相绕组和C相绕组。无刷直流电机200的平衡方程如下：

其中，L为无刷直流电机的相电感，R为无刷直流电机的相电阻，e_A为A相反电动势、e_B为B相反电动势、e_C为C相反电动势，N为无刷直流电机中绕组的中性点，i_A为A相电流、i_B为B相电流、i_C为C相电流，t为时间。

示例性的，在BC导通时，A相悬空，此种情况下i_A＝0，A相悬空相端电压u_AN满足：u_AN＝e_A，B相端电压u_BN和C相端电压u_CN分别满足如下公式：

此时，第一线电压u_AB和第二线电压u_CA满足如下公式：

基于上述分析，线电压获取电路110能够在A相悬空时，获取到第一线电压u_AB和第二线电压u_CA，在其他实施方式中，线电压获取电路110可以在B相悬空时，获取到第一线电压u_BC和第二线电压u_AB，还可以在C相悬空时，获取到第一线电压u_CA和第二线电压u_BC。

综上所述，线电压获取电路110可以在X相悬空时，获取到第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX，这里悬空相X可以A相、B相和C相中的任意一个，本实施对此不做具体限制。

示例性的，基于上述实施例，根据如下公式确定第一线电u_AB和第二线电压u_CA的线电压差u_CA-u_AB：

u_CA-u_AB＝e_B+e_C-2e_A

在A相悬空的情况下，若B相负向导通，C相正向导通，电流方向如图2中的虚线箭头所示，B相与C相之间的第三线电压u_BC＜0，即线电压差u_CA-u_AB＞0，在换相滞后时，基于线电压差u_CA-u_AB进行积分得到大于0的积分量。若B相正向导通，C相负向导通，第三线电压u_BC＞0，即线电压差u_CA-u_AB＜0。在换相滞后时，基于线电压差u_CA-u_AB进行积分得到小于0的积分量，显然针对换相滞后的情况，出现两种不同的结果，不能将线电压差u_CA-u_AB的积分量作为反馈量，而是需要对线电压差u_CA-u_AB进行相应的处理，使得A相悬空时，无论B相正向导通还是B相负向导通，获得相同的积分量。

将第三线电压u_BC作为自变量，确定符号函数sign(u_BC)，根据符号函数sign(u_BC)和线电压差u_CA-u_AB，确定重构线电压差u_int＝sign(u_BC)(u_CA-u_AB)。B相负向导通，C相正向导通时，u_BC＜0，sign(u_BC)＝-1，u_int＜0；B相正向导通，C相负向导通时，u_BC＞0，sign(u_BC)＝1，u_int＜0，显然，重构线电压差u_int，在A相悬空时，无论B相正向导通还是负向导通，对重构线电压差u_int进行积分得到相同的积分量，因此，可以将重构线电压差u_int的积分作为反馈量ΔI。

基于上述分析，A相悬空时，重构线电压差获取电路120能够基于符号函数sign(u_BC)，以及线电压差u_CA-u_AB，获取重构线电压差u_int＝sign(u_BC)(u_CA-u_AB)。在其他实施方式中，重构线电压差获取电路120可以在B相悬空时，基于符号函数sign(u_CA)，以及线电压差u_AB-u_BC，获取重构线电压差u_int＝sign(u_CA)(u_AB-u_BC)；或者，可以在C相悬空时，基于符号函数sign(u_AB)，以及线电压差u_CA-u_BC，获取重构线电压差u_int＝sign(u_AB)(u_CA-u_BC)。

综上所述，重构线电压差获取电路120可以在X相悬空时，根据符号函数sign(u_YZ)，以及第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX之间的线电压差u_ZX-u_XY，获取重构线电压差u_int＝sign(u_YZ)(u_ZX-u_XY)。

反馈量获取电路130能够根接收到X相悬空时的重构线电压差u_int，将重构线电压差u_int在换相周期T内进行积分，获取到换相误差的反馈量ΔI。例如，A相悬空，B相负向导通，C相正向导通时，根据如下公式可以获取换相误差的反馈量ΔI：

ΔI＝∫sign(u_BC)(u_CA-u_AB)dθ＝∫u_intdθ＝∫(2e_A-e_B-e_C)dθ

图3为本公开提供的一种换相准确时线电压的波形示意图，图4为本公开提供的一种换相滞后时线电压的波形示意图。若换相准确，如图3所示，换相误差ΔI＝0；若换相滞后，如图4所示，换相误差/>ΔI＜0；若换相超前，换相误差/>ΔI＞0。

如图4所示，在第一换相周期T1内，A相悬空，u_CA-u_AB＞0，重构线电压差u_int＜0，在第一换相周期T1对重构线电压差u_int进行积分，得到的反馈量ΔI＜0。在第二换相周期T2内，A相悬空，u_CA-u_AB＜0，重构线电压差u_int＜0，在第二换相周期T2对重构线电压差u_int进行积分，得到的反馈量ΔI＜0。也就是说，基于重构线电压差u_int获取的反馈量ΔI等于0时，换相准确；反馈量ΔI＜0时，换相滞后；反馈量ΔI＞0时，换相超前，反馈量ΔI能够准确反映出当前的换相误差。

将反馈量ΔI代入如下公式计算换相误差的补偿量

其中，k_p为积分系数，k_i为积分系数。

基于此，处理器140根据换相误差的反馈量ΔI，能够确定出换相误差的补偿量相电压过零点延迟30°，即为换相点。但是换相误差补偿系统100中软、硬件的延迟会导致换相误差/>根据换相误差/>获取到换相误差的补偿量/>此时换相点为相电压过零点延迟

本实施例中，通过无刷直流电机的换相误差补偿系统包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；线电压获取电路的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，线电压获取电路的输出端与重构线电压差获取电路的输入端电连接，重构线电压差获取电路的输出端与反馈量获取电路的输入端电连接，反馈量获取电路的输出端与处理器电连接；线电压获取电路能够在第一相悬空时，获取第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相线与第一相之间的第二线电压；重构线电压差获取电路能够根据第一线电压与第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，符号函数，以第一相悬空时第二相与第三相之间的第三线电压为自变量；反馈量获取电路能够根据换相周期和重构线电压差，确定换相误差的反馈量；处理器能够根据换相误差的反馈量，确定换相误差的补偿量，由于换相误差的反馈量是基于线电压差产生的，因此，反馈量中无电流成分，能够有效避免电流变化对换相误差反馈量的影响，提高换相误差补偿量的精确度，从而能够提升换相误差补偿的精度。

可选的，图5为本公开提供的另一种无刷直流电机的换相误差补偿系统的结构示意图，线电压获取电路包括：差分电路网络111和选通电路112。

其中，差分电路网络111的输入端与无刷直流电机的三相绕组一一对应电连接，差分电路网络111的输出端与选通电路112的输入端电连接，选通电路112的输出端与重构线电压差获取电路120的输入端电连接。

差分电路网络111，用于根据第一相电压u_XN、第二相电压u_YN和第三相电压u_ZN，确定第一线电压u_XY、第二线电压u_ZX，以及第二相Y和第三相Z之间的第三线电压u_YZ。

选通电路112，用于在第一相X悬空时，获取第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX。

示例性的，图6为本公开提供的一种线电压获取电路的结构示意图，如图6所示，差分电路网络包括：第一差分电路1111、第二差分电路1112和第三差分电路1113。

其中，第一差分电路1111的第一输入端和第二差分电路1112的第一输入端均与无刷直流电机的第一相电连接，第一差分电路1111的第二输入端和第三差分电路1113的第一输入端均与无刷直流电机的第二相电连接，第二差分电路1112的第二输入端和第三差分电路1113的第二输入端均与无刷直流电机的第三相电连接。

具体的，第一差分电路1111的两个输入端分别与无刷直流电机的第一相和第二相电连接，第一差分电路111能够接收第一相电压u_XN和第二相电压u_YN，根据第一相电压u_XN和第二相电压u_YN，可以确定第一线电压u_XY。第二差分电路1112的两个输入端分别与无刷直流电机的第一相和第三相电连接，第二差分电路1112能够接收第一相电压u_XN和第三相电压u_ZN，根据第一相电压u_XN和第三相电压u_ZN，可以确定第二线电压u_ZX。第三差分电路1113的两个输入端分别与无刷直流电机的第二相和第三相电连接，第三差分电路1113能够接收第二相电压u_YN和第三相电压u_ZN，根据第二相电压u_YN和第三相电压u_ZN，可以确定第三线电压u_YZ。

示例性的，如图6所示，选通电路112包括：第一选通器1121和第二选通器1122。

其中，第一选通器1121的三个输入端分别与第一差分电路1111的输出端、第二差分电路1112的输出端和第三差分电路1113的输出端电连接，第二选通器1122的三个输入端分别与第一差分电路1111的输出端、第二差分电路1112的输出端和第三差分电路1113的输出端电连接，第一选通器1121的输出端和第二选通器1122的输出端均与重构线电压差获取电路的输入端电连接。

具体的，第一选通器1121可以接收到第一线电压u_XY、第二线电压u_ZX和第三线电压u_YZ，第一选通器1121的控制端连接有第一控制信号，在第一相X悬空时，第一选通器1121根据第一控制信号，获取第一线电压u_XY，如此，第一选通器1121可以在第一相X悬空时，获取第一线电压u_XY。第二选通器1122也可以接收到第一线电压u_XY、第二线电压u_ZX和第三线电压u_YZ，第二选通器1122的控制端连接有第二控制信号，在第一相X悬空时，第二选通器1122根据第二控制信号，获取第二线电压u_ZX，如此，第二选通器1122可以在第一相X悬空时，获取第二线电压u_ZX。

本实施例中，通过差分电路网络能够根据第一相电压、第二相电压和第三相电压，确定第一线电压第二线电压，以及第二相和第三相之间的第三线电压；通过选通电路能够在第一相悬空时，获取第一线电压和第二线电压，即通过硬件电路能够获取到线电压，能够节省换相误差补偿系统的中断资源和计算资源。

可选的，继续参见图5，选通电路112的使能端与脉冲序列信号S_en电连接，脉冲序列信号S_en中的使能信号对应的目标区间内，不存在续流电流的影响。

选通电路112，用于在第一相X悬空时，获取目标区间内的第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX。

示例性的，图7为本公开提供的一种脉冲序列信号的波形示意图，如图7所示，脉冲序列信号S_en中包括使能信号区间和非使能信号区间，在使能信号对应的目标区间内，选通电路112进行工作，在非使能信号对应的区间内，选通电路112停止工作。

举例而言，选通电路112的使能端低电平有效，如图7所示，脉冲序列信号S_en中的低电平区间为目标区间，高电平区间为非目标区间。可以将脉冲序列信号S_en的脉宽设置为2δ，δ远小于换相周期T，但是略大于续流宽度的角度，脉冲序列信号S_en中使能信号对应的目标区间为[θ₀+δ，θ₀+T-δ]，其中θ₀为准确换相点，T为换相周期，显然在目标区间[θ₀+δ，θ₀+T-δ]内，选通电路112输出端的第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX中不存在续流电流的影响，能够避免续流电流对反馈量的影响，提高了换相误差反馈量的准确性，有利于提升换相误差补偿的精度。

可选的，继续参见图5，重构线电压差获取电路120包括：差分放大器121，差分放大器121的两个输入端与选通电路112的两个输出端一一对应电连接。

差分放大器121，用于根据第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX确定线电压差u_ZX-u_XY，并基于符号函数sign(u_YZ)的控制，根据线电压差u_ZX-u_XY，获取重构线电压差u_int。

具体的，如图5所示，差分放大器121能够接收到第一相X悬空时的第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX，并根据第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX，确定出线电压差u_ZX-u_XY。差分放大器121的受控于符号函数sign(u_YZ)的输出量，例如，sign(u_YZ)＝1时，差分放大器121直接输出u_ZX-u_XY；sign(u_YZ)＝-1时，将线电压差u_ZX-u_XY进行反转，差分放大器121输出u_XY-u_ZX，如此，差分放大器121输出的信号满足sign(u_YZ)(u_ZX-u_XY)，差分放大器121能够获取重构电压差u_int。

本实施例中，通过重构线电压差获取电路包括：差分放大器，差分放大器的两个输入端与选通电路的两个输出端一一对应电连接；差分放大器能够根据第一线电压和第二线电压确定线电压差，并基于符号函数的控制，根据线电压差，获取重构线电压差，即通过硬件电路能够获取到重构线电压差，能够节省换相误差补偿系统的中断资源和计算资源。

可选的，继续参见图5，反馈量获取电路130包括：低通滤波器131，低通滤波器131的输入端与重构线电压差获取电路120的输出端电连接，低通滤波器131的输出端与处理器的输入端电连接。

低通滤波器131，用于获取重构线电压差u_int在目标区间内的平均值u_ave，平均值u_ave与换相周期T的乘积为换相误差的反馈量。

基于上述实施例，将重构线电压差u_int根据傅里叶级数分解，重构线电压差u_int的平均值u_ave即为重构线电压差u_int的直流分量：

其中，T为换相周期，θ₀为准确换相点。

显然，重构线电压差u_int的积分为与重构线电压差u_int在目标区间内的平均值u_ave的T倍。

故而，重构线电压差u_int的在目标区间[θ₀+δ，θ₀+T-δ]内的平均值u_ave可以作为反馈量，无需进行高频率采样，避免因信号采样率不足导致的反馈量的精度较低，能够提高反馈量的精度，能够提升换相误差补偿的精度。

图8为本公开提供的一种换相滞后时重构线电压差的波形示意图，图9为本公开提供的一种换相超前时重构线电压差的波形示意图。结合图7-图9，换相准确时，如图7所示，u_ave＝0；若换相滞后，如图8所示，换相误差/>u_ave＜0；若换相超前，如图9所示，换相误差/>u_ave＞0。

基于上述实施例，还可以将平均值u_ave与换相周期T的乘积，作为反馈量，能够对放大反馈量，即放大换相误差，利于产生较高准确度的换相误差补偿量，能够提升换相误差补偿的精度。

本实施例中，通过反馈量获取电路包括：低通滤波器，低通滤波器的输入端与重构线电压差获取电路的输出端电连接，低通滤波器的输出端与处理器的输入端电连接；低通滤波器能够根据获取重构线电压差在目标区间内的平均值，平均值与换相周期的乘积为换相误差的反馈量，无需进行高频率采样，避免因信号采样率不足导致的反馈量的精度较低，能够提高反馈量的精度，能够提升换相误差补偿的精度，此外，能够放大换相误差，利于产生较高准确度的补偿量，能够提升换相误差补偿的精度。

本发明实施例还提供了一种无刷直流电机的换相误差补偿方法，适于上述实施例提供的无刷直流电机的换相误差补偿系统100。

图10为本公开提供的一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图，如图10所示，包括：

S101，第一相悬空时，获取所述第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相与第一相之间的第二线电压。

线电压获取电路能够接收无刷直流电机的第一相电压u_XN、第二相电压u_YN和第三相电压u_ZN，基于第一相电压uX_N、第二相电压u_YN和第三相电压u_ZN可以确定第一相X和第二相Y之间的第一线电压u_XY、第一相X和第三相Z之间的第二线电压u_ZX，故而，能够在第一相X悬空时，获取到第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX。

S103，根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差。

其中，符号函数，以第一相悬空时第二相与第三相之间的第三线电压为自变量。

示例性的，A相悬空的情况下，若B相负向导通，C相正向导通，第三线电压u_BC＜0，即线电压差u_CA-u_AB＞0；若B相正向导通，C相负向导通，第三线电压u_BC＞0，即线电压差u_CA-u_AB＜0。显然针对换相滞后的情况，出现两种不同的结果，故不能将线电压差u_CA-u_AB的积分量作为反馈量，而是需要对线电压差u_CA-u_AB进行相应的处理，使得A相悬空时，无论B相正向导通还是B相负向导通，获得相同的积分量。

具体的，符号函数sign(u_BC)以第三线电压u_BC作为自变量，确定重构线电压差u_int＝sign(u_BC)(u_CA-u_AB)，B相负向导通，C相正向导通时，u_BC＜0，sign(u_BC)＝-1，重构线电压差u_int＜0；B相正向导通，C相负向导通时u_BC＞0，sign(u_BC)＝1，u_int＜0。故而基于重构线电压差u_int，无论B相正向导通还是负向导通，对重构线电压差u_int进行积分得到相同的积分量，因此，可以将重构线电压差u_int的积分作为反馈量ΔI。

S105，根据换相周期和所述重构线电压差，确定换相误差的反馈量。

反馈量获取电路130能够根接收到X相悬空时的重构线电压差u_int，将重构线电压差u_int在换相周期T内进行积分，可以获取到换相误差的反馈量ΔI。

如图4所示，在第一换相周期T1内，A相悬空，u_CA-u_AB＞0，重构线电压差u_int＜0，在第一换相周期T1对重构线电压差u_int进行积分，得到的反馈量ΔI＜0。在第二换相周期T2内，A相悬空，u_CA-u_AB＜0，重构线电压差u_int＜0，在第二换相周期T2对重构线电压差u_int进行积分，得到的反馈量ΔI＜0。也就是说，基于重构线电压差u_int获取的反馈量ΔI等于0时，换相准确；反馈量ΔI＜0时，换相滞后；反馈量ΔI＞0时，换相超前，反馈量ΔI能够准确反映出当前的换相误差。

S107，根据所述换相误差的反馈量，确定所述换相误差的补偿量。

将反馈量ΔI代入如下公式计算换相误差的补偿量

其中，k_p为积分系数，k_i为积分系数。

相电压过零点延迟30°，即为换相点。但是换相误差补偿系统100中软、硬件的延迟会导致换相误差根据换相误差/>获取到换相误差的补偿量/>此时换相点为相电压过零点延迟/>

本实施例中，通过第一相悬空时，获取第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相与第一相之间的第二线电压；根据第一线电压与第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，符号函数，以第一相悬空时第二相与所述第三相之间的第三线电压作为自变量；根据换相周期和重构线电压差，确定换相误差的反馈量；根据换相误差的反馈量，确定换相误差的补偿量，由于换相误差的反馈量是基于线电压差产生的，因此，反馈量中无电流成分，能够有效避免电流变化对换相误差反馈量的影响，提高换相误差补偿量的精确度，从而能够提升换相误差补偿的精度。

图11为本公开提供的另一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图，图11所示的实施例为图10所示实施例的基础上，执行S103之前，还包括：

S1021，第一相悬空时，获取所述第二相与所述第三相之间的第三线电压。

线电压获取电路还可以基于第二相电压u_YN和第三相电压u_ZN，确定第三线电压u_YZ，故而，能够在第一相X悬空时，获取到第三线电压u_YZ。

S1022，将所述第三线电压作为自变量，确定所述符号函数。

S1023，根据所述第一线电压和所述第二线电压，确定所述线电压差。

将第三线电压u_YZ作为自变量，构建符号函数sign(u_BC)，此外，根据第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX的差值确定线电压差u_CA-u_AB，从而基于构建的符号函数sign(u_BC)和线电压差u_CA-u_AB的乘积，确定出重构线电压差u_int＝sign(u_BC)(u_CA-u_AB)。

图12为本公开提供的又一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图，图12所示的实施例为图10所示实施例的基础上，执行S107时的一种可能的实现方式的具体描述，如下：

S1071，根据所述换相周期以及换相后的续流宽度，确定目标区间。

目标区间位于换相周期内，且目标区间内无续流电流的影响。

接收到换相信号后，会产生续流电流，而续流电流会对第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX造成影响，基于此，在换相周期内确定一个目标区间，例如，可以将目标区间设置为[θ₀+δ，θ₀+T-δ]，其中θ₀为准确换相点，T为换相周期，δ远小于换相周期，但是略大于续流宽度的角度，如图7所示，如此，在目标区间[θ₀+δ，θ₀+T-δ]内，续流宽度不会对第一线电压u_XY和第二线电压u_ZX造成影响，能够避免续流电流对反馈量的影响，提高了换相误差反馈量的准确性，有利于提升换相误差补偿的精度。

S1072，根据所述目标区间和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量。

可以基于目标区间[θ₀+δ，θ₀+T-δ]，对重构线电压差u_int进行积分，获取换相误差的反馈量ΔI。当换相准确时，换相误差获取到的反馈量ΔI＝0，若换相滞后，换相误差满足/>获取到的反馈量ΔI＜0；若换相超前，换相误差满足/>获取到的反馈量ΔI＞0。

本实施例中，通过根据换相周期以及换相后的续流宽度，确定目标区间；根据目标区间和重构线电压差，获取换相误差的反馈量，能够避免续流电流对反馈量的影响，提高了反馈量的准确性，有利于提升换相误差补偿的精度

图13为本公开提供的又一种无刷直流电机的换相误差补偿方法的流程示意图，图13所示的实施例为图12所示实施例的基础上，执行S1072时的一种可能的实现方式的具体描述，如下：

S201，获取所述重构线电压差在所述目标区间内的平均值。

基于上述实施例，将重构线电压差u_int根据傅里叶级数分解，重构线电压差u_int的平均值u_ave即为重构线电压差u_int的直流分量：

其中，T为换相周期，θ₀为准确换相点。

显然，重构线电压差u_int的积分为与重构线电压差u_int在目标区间内的平均值u_ave的T倍，故可以将平均值u_ave作为反馈量，无需进行高频率采样，避免因信号采样率不足导致的反馈量的精度较低，能够提高反馈量的精度，能够提升换相误差补偿的精度。

S202，将所述平均值和所述换相周期的乘积，确定为所述换相误差的反馈量。

平均值u_ave与换相周期T的乘积，即将平均值u_ave放大T倍，能够对反馈量进行放大，即放大换相误差，利于产生较高准确度的换相误差补偿量，能够提升换相误差补偿的精度。

本实施例中，通过获取重构线电压差在目标区间内的平均值；将平均值和换相周期的乘积，确定为换相误差的反馈量，无需进行高频率采样，避免因信号采样率不足导致的反馈量的精度较低，能够提高反馈量的精度，能够提升换相误差补偿的精度，此外，能够放大换相误差，利于产生较高准确度的换相误差补偿量，能够提升换相误差补偿的精度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无刷直流电机的换相误差补偿系统，其特征在于，包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；

所述线电压获取电路的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，所述线电压获取电路的输出端与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接，所述重构线电压差获取电路的输出端与所述反馈量获取电路的输入端电连接，所述反馈量获取电路的输出端与所述处理器电连接；

所述线电压获取电路，用于第一相悬空时，获取所述第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相线与第一相之间的第二线电压；

所述重构线电压差获取电路，用于根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，其中，所述符号函数，以第一相悬空时所述第二相与所述第三相之间的第三线电压为自变量；所述重构线电压差满足公式u_int＝sign(u_YZ)(u_ZX-u_XY)，u_int用于表示重构线电压差，sign(u_YZ)用于表示符号函数，u_ZX-u_xY用于表示第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差；

所述反馈量获取电路，用于根据换相周期和所述重构线电压差，确定换相误差的反馈量；所述反馈量为重构线电压差在换相周期内的积分；

所述处理器，用于根据所述换相误差的反馈量，确定所述换相误差的补偿量；所述换相误差的补偿量满足公式 用于表示所述换相误差的补偿量，ΔI用于表示所述换相误差的反馈量，k_p为积分系数，k_i为积分系数。

2.根据权利要求1所述的换相误差补偿系统，其特征在于，所述线电压获取电路包括：差分电路网络和选通电路；

所述差分电路网络的输入端与所述无刷直流电机的三相绕组一一对应电连接，所述差分电路网络的输出端与所述选通电路的输入端电连接，所述选通电路的输出端与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接；

所述差分电路网络，用于根据第一相电压、第二相电压和第三相电压，确定所述第一线电压、所述第二线电压，以及所述第二相和所述第三相之间的第三线电压；

所述选通电路，用于在第一相悬空时，获取所述第一线电压和所述第二线电压。

3.根据权利要求2所述的换相误差补偿系统，其特征在于，所述差分电路网络包括：第一差分电路、第二差分电路和第三差分电路；

所述第一差分电路的第一输入端和所述第二差分电路的第一输入端均与所述无刷直流电机的第一相电连接，所述第一差分电路的第二输入端和所述第三差分电路的第一输入端均与所述无刷直流电机的第二相电连接，所述第二差分电路的第二输入端和所述第三差分电路的第二输入端均与所述无刷直流电机的第三相电连接；

所述第一差分电路，用于根据所述第一相电压和所述第二相电压，确定所述第一线电压；所述第二差分电路，用于根据所述第一相电压和所述第三相电压，确定所述第二线电压；所述第三差分电路，用于根据所述第二相电压和所述第三相电压，确定所述第三线电压；

所述选通电路包括：第一选通器和第二选通器；

所述第一选通器的三个输入端分别与所述第一差分电路的输出端、所述第二差分电路的输出端和所述第三差分电路的输出端电连接，所述第二选通器的三个输入端分别与所述第一差分电路的输出端、所述第二差分电路的输出端和所述第三差分电路的输出端电连接，所述第一选通器的输出端和所述第二选通器的输出端均与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接；

所述第一选通器，用于在第一相悬空时，获取所述第一线电压；所述第二选通器，用于在第一相悬空时，获取所述第二线电压。

4.根据权利要求2或3所述的换相误差补偿系统，其特征在于，所述选通电路的使能端与脉冲序列信号电连接，所述脉冲序列信号中的使能信号对应的目标区间内，不存在续流电流的影响；

所述选通电路，用于在第一相悬空时，获取所述目标区间内的第一线电压和第二线电压。

5.根据权利要求4所述的换相误差补偿系统，其特征在于，所述重构线电压差获取电路包括：差分放大器；

所述差分放大器的两个输入端与所述选通电路的两个输出端一一对应电连接；

所述差分放大器，用于根据所述第一线电压和所述第二线电压确定所述线电压差，并基于所述符号函数的控制，根据所述线电压差，获取所述重构线电压差。

6.根据权利要求4所述的换相误差补偿系统，其特征在于，所述反馈量获取电路包括：低通滤波器；

所述低通滤波器的输入端与所述重构线电压差获取电路的输出端电连接，所述低通滤波器的输出端与所述处理器的输入端电连接；

所述低通滤波器，用于获取所述重构线电压差在所述目标区间内的平均值，所述平均值与所述换相周期的乘积为所述换相误差的反馈量。

7.一种无刷直流电机的换相误差补偿方法，其特征在于，适用于无刷直流电机的换相误差补偿，换相误差补偿系统，包括：线电压获取电路、重构线电压差获取电路、反馈量获取电路和处理器；

所述线电压获取电路的输入端与无刷直流电机的三相绕组电连接，所述线电压获取电路的输出端与所述重构线电压差获取电路的输入端电连接，所述重构线电压差获取电路的输出端与所述反馈量获取电路的输入端电连接，所述反馈量获取电路的输出端与所述处理器电连接；

所述方法，包括：

第一相悬空时，获取所述第一相与第二相之间的第一线电压以及第三相与第一相之间的第二线电压；

根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差，其中，所述符号函数，以第一相悬空时所述第二相与所述第三相之间的第三线电压为自变量；所述重构线电压差满足公式u_int＝sign(u_YZ)(u_ZX—u_XY)，u_int用于表示重构线电压差，sign(u_YZ)用于表示符号函数，u_ZX-u_Xr用于表示第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差；

根据换相周期和所述重构线电压差，确定换相误差的反馈量；所述反馈量为重构线电压差在换相周期内的积分；

根据所述换相误差的反馈量，确定所述换相误差的补偿量；所述换相误差的补偿量满足公式 用于表示所述换相误差的补偿量，ΔI用于表示所述换相误差的反馈量，k_p为积分系数，k_i为积分系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一线电压与所述第二线电压之间的线电压差，以及符号函数，获取重构线电压差之前，还包括：

第一相悬空时，获取所述第二相与所述第三相之间的第三线电压；

将所述第三线电压作为自变量，确定所述符号函数；

根据所述第一线电压和所述第二线电压，确定所述线电压差。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述根据换相周期和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量包括：

根据所述换相周期以及换相后的续流宽度，确定目标区间，所述目标区间位于所述换相周期内，且所述目标区间内无续流电流的影响；

根据所述目标区间和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标区间和所述重构线电压差，获取所述换相误差的反馈量包括：

获取所述重构线电压差在所述目标区间内的平均值；

将所述平均值和所述换相周期的乘积，确定为所述换相误差的反馈量。