CN113794406A - 基于励磁系统的电机转子位置确定方法和装置 - Google Patents

基于励磁系统的电机转子位置确定方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法、装置、计算机设备和存储介质。方法包括：采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，根据励磁机定子侧施加的三相对称电压及励磁机的定子电压方程，计算第一励磁机反电势、第二励磁机反电势；分别将第一励磁机反电势及第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到第一变化情况及第二变化情况；根据第一变化情况、第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。本方法可以不依赖于电机的凸极性，避免主电机凸极性消失或者反转带来的不可靠因素。还可在主电机转子的静止情况下实现主电机转子初始位置估算，满足主电机启动控制的需求，提高主电机运行可靠性。

Description

基于励磁系统的电机转子位置确定方法和装置
技术领域
本申请涉及交流电机传动控制技术领域，特别是涉及一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法和装置。
背景技术
目前，在中大型飞机上常用的发电机为多级式电励磁无刷同步电机。多级式电励磁无刷同步电机可以通过电动运行来起动航空发动机，实现起动、发电一体化，从而简化发动机的附件机匣和引气装置。为实现起动控制，目前已经提出多种多级式电机结构，如三级式电励磁无刷同步电机，三级式结构指的是同轴安装的主电机、励磁机和副励磁机，其中，励磁机转子绕组和主电机转子绕组通过旋转整流器连接。两级式电机结构只有主电机和励磁机，没有副励磁机。在多级式电励磁无刷同步电机起动控制过程中，需要获取主电机转子初始位置。
相关技术中，获取主电机转子初始位置的方法包括，可以通过在主电机上安装位置传感器检测主电机转子的初始位置，但是，上述方法会使主电机的机械结构改动较大，进而导致电机运行的可靠性下降。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够准确检测电机转子位置的基于励磁系统的电机转子位置确定方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法，所述方法包括：
采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，所述第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，所述第二三相定子电流对应的是所述电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
分别将所述第一励磁机反电势以及所述第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、以及所述第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置，包括：
如果预设时长内所述第一变化情况或所述第二变化情况为保持不变，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型；
根据所述电机转子所在坐标轴的坐标轴类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
如果预设时长内所述第一变化情况、且所述第二变化情况均为变化，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子的象限类型；
根据所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置，包括：
当确定所述电机转子的象限类型后，采集励磁机的第三三相定子电流和第四三相定子电流，所述第三三相定子电流是通过在电机定子的第一坐标轴上注入正弦电压信号得到的，所述第四三相定子电流是通过在所述电机定子的第二坐标轴上注入正弦电压信号得到的；
根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势、以及所述第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势；
分别将所述第三励磁机反电势以及所述第四励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第三励磁机反电势对应的第一励磁电流幅值、以及所述第四励磁机反电势对应的第二励磁电流幅值；
根据所述第一励磁电流幅值、所述第二励磁电流幅值以及所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述根据所述第一励磁电流幅值、所述第二励磁电流幅值以及所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置，包括：
根据所述电机转子的象限类型以及预设电机转子位置计算表单，确定励磁电流幅值与电机转子位置的对应关系；
根据所述对应关系、所述第一励磁电流幅值以及所述第二励磁电流幅值，计算所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势，包括：
根据所述三相对称电压以及预设坐标系转换公式，计算所述第一三相定子电流对应的第一电压和第一电流、以及所述第二三相定子电流对应的第二电压和第二电流；
根据预设电阻值、预设电感值，计算所述第一电流对应的电阻参数和电感参数，以及所述第二电流对应的电阻参数和电感参数；
根据所述第一电压、所述第一电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第一电压对应的反电势；
根据所述第二电压、所述第二电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第二电压对应的反电势；
分别对所述第一电压对应的反电势以及所述第二电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。
在其中一个实施例中，在所述采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流的步骤之前，所述方法还包括：
在所述励磁机的定子侧施加三相对称电压，对电机励磁绕组进行励磁。
一种基于励磁系统的电机转子位置确定装置，所述装置包括：
电流采集模块，用于采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，所述第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，所述第二三相定子电流对应的是所述电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
反电势计算模块，用于根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
电流变化情况确定模块，用于分别将所述第一励磁机反电势以及所述第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、所述第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
位置确定模块，用于根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述位置确定模块，包括：
坐标轴类型确定单元，用于如果预设时长内所述第一变化情况或所述第二变化情况为保持不变，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型；
第一转子位置确定单元，用于根据所述电机转子所在坐标轴的坐标轴类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：
象限类型确定单元，用于如果预设时长内所述第一变化情况、且所述第二变化情况均为变化，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子的象限类型；
第二转子位置确定单元，用于根据所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述第二转子位置确定单元包括：
三相定子电流获取子单元，用于当确定所述电机转子的象限类型后，采集励磁机的第三三相定子电流和第四三相定子电流，所述第三三相定子电流是通过在电机定子的第一坐标轴上注入正弦电压信号得到的，所述第四三相定子电流是通过在所述电机定子的第二坐标轴上注入正弦电压信号得到的；
励磁机反电势计算子单元，用于根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势、以及所述第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势；
励磁电流幅值计算子单元，用于分别将所述第三励磁机反电势以及所述第四励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第三励磁机反电势对应的第一励磁电流幅值、以及所述第四励磁机反电势对应的第二励磁电流幅值；
转子位置确定子单元，用于根据所述第一励磁电流幅值、所述第二励磁电流幅值以及所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述转子位置确定子单元，具体用于：
根据所述电机转子的象限类型以及预设电机转子位置计算表单，确定励磁电流幅值与电机转子位置的对应关系；
根据所述对应关系、所述第一励磁电流幅值以及所述第二励磁电流幅值，计算所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述反电势计算模块，具体用于：根据所述三相对称电压以及预设坐标系转换公式，计算所述第一三相定子电流对应的第一电压和第一电流、以及所述第二三相定子电流对应的第二电压和第二电流；根据预设电阻值、预设电感值，计算所述第一电流对应的电阻参数和电感参数，以及所述第二电流对应的电阻参数和电感参数；根据所述第一电压、所述第一电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第一电压对应的反电势；根据所述第二电压、所述第二电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第二电压对应的反电势；分别对所述第一电压对应的反电势以及所述第二电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。
在其中一个实施例中，在所述采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流的步骤之前，所述装置还包括：
三相对称电压施加模块，用于在所述励磁机的定子侧施加三相对称电压，对电机励磁绕组进行励磁。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，所述第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，所述第二三相定子电流对应的是所述电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
分别将所述第一励磁机反电势以及所述第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、以及所述第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，所述第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，所述第二三相定子电流对应的是所述电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
分别将所述第一励磁机反电势以及所述第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、以及所述第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
上述基于励磁系统的电机转子位置确定方法、装置、计算机设备和存储介质，通过在电机的定子侧第一坐标轴以及第二坐标轴上分别注入脉冲电压信号，提取主电机的励磁机的相应的三相定子电流，进而确定的电机转子的位置。由于不需要采集主电机的电流信息，可以不依赖于电机的凸极性，避免了主电机凸极性消失或者反转带来的不可靠因素。还可以在主电机转子的静止情况下实现主电机转子初始位置估算，满足主电机启动控制的需求，提高主电机运行的可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法的流程示意图；
图2为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中三级式电励磁无刷同步电机结构图；
图3为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中主电机示意图；
图4为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中坐标轴类型确定步骤的流程示意图；
图5为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中象限类型确定步骤的流程示意图；
图6为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中电机转子位置确定步骤的流程示意图；
图7为另一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中电机转子位置确定步骤的流程示意图；
图8为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中反电势计算步骤的流程示意图；
图9为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中无刷励磁系统示意图；
图10为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中三相桥式整流电路
图11为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中换相模式I电压电流波形图；
图12为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中D1，D3换相期间等效电路；
图13为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中换相模式II电压电流波形图；
图14为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定方法中综合反电势低通滤波仿真结果；
图15为一个实施例中基于励磁系统的电机转子位置确定装置的结构框图；
图16为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
目前，在中大型飞机上常用的发电机为多级式电励磁无刷同步电机。多级式电励磁无刷同步电机可以通过电动运行来起动航空发动机，实现起动、发电一体化，从而简化发动机的附件机匣和引气装置。为实现起动控制，目前已经提出多种多级式电机结构，如三级式电励磁无刷同步电机，三级式结构指的是同轴安装的主电机、励磁机和副励磁机，其中，励磁机转子绕组和主电机转子绕组通过旋转整流器连接。两级式电机结构只有主电机和励磁机，没有副励磁机。在多级式电励磁无刷同步电机起动控制过程中，需要获取主电机转子初始位置。
相关技术中通常通过预定位法以及高频信号注入法确定电机转子的位置。
预定位法：该方法一般在主电机空载，且在主电机运行前将转子强制拉到主电机定子A相轴线的位置，从而使主电机转子初始位置固定到零位。当多级式电励磁无刷同步电机安装到航空发动机上时，负载较大，这种预定位法不再适用。此时仅能通过设置机械位置传感器对转子位置进行保存。然而，安装机械位置传感器对多级式电励磁无刷同步电机的机械结构改动较大，直接导致其体积重量增加、制作成本上升、可靠性下降。
高频信号注入法：该方法通过在主电机定子注入高频电压信号，然后检测主电机定子高频电流响应信号的方式来提取主电机转子初始位置。由于高频信号的注入和检测都在主电机定子进行，所以这类方法依赖于主电机的凸极性或饱和凸极性。但是，对于主电机来说，其凸极性有消失或者反转的可能性，导致此类方法存在一定的风险，降低了其可靠性。
基于上述背景，本发明实施例提出了一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法，目的是高效、准确地确定多级式无刷同步电机转子的初始位置。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法，本实施例以该方法应用于电子设备进行举例说明，该电子设备用于确定电机转子的位置。电机可以是基于励磁系统的多级式电励磁无刷同步电机，电机可以是三级结构，也可以是两级结构。图2是三级式电励磁无刷同步电机的结构图，三级式结构包括同轴安装的主电机、励磁机和副励磁机，其中，励磁机转子绕组和主电机转子绕组通过旋转整流器连接，主电机包括定子绕组以及转子绕组，电源模块为主电机提供电源。二级结构包括同轴安装的主电机、励磁机。本实施例所述的方法还可以用于确定励磁机绕组为两相、三相以及多于三相的两级式或三级式电机转子的位置。可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括电子设备和服务器的系统，并通过电子设备和服务器的交互实现。本实施例中，该方法包括以下步骤：
步骤101，采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流。
其中，预设时长可以是根据实际应用场景或者主电机的实际运行情况确定的一段时间，例如可以是五秒钟或者十秒钟。第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，第二三相定子电流对应的是电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流。电机定子是主电机的定子，主电机定子的第一坐标轴可以是α轴，第二坐标轴可以是β轴。主电机的第一坐标轴还可以是β轴，此时对应的第二坐标轴是α轴。本实施例中以第一坐标轴是α轴，第二坐标轴是β轴为例进行说明。
具体地，如果电子设备监测到主电机的励磁电流满足预设稳定条件，电子设备会在主电机定子的α轴上注入正脉冲电压信号，并采集预设时长的励磁机的三相定子电流，即第一三相定子电流。同样的，在电子设备监测到主电机励磁电流满足预设稳定条件后，电子设备会在主电机定子的β轴上注入正脉冲电压信号，并采集预设时长的励磁机的三相定子电流，即第二三相定子电流。预设稳定条件可以是主电机的励磁电流在一段时间内不发生变化。上述在主电机定子的α轴上注入正脉冲电压信号以及在主电机定子的β轴上注入正脉冲电压信号的过程相互独立，且不区分先后顺序。
可选地，图3所示结构为主电机的结构示意图，αβ坐标系设置于主电机的定子上，其与主电机定子的位置保持一致。dq坐标系设置于主电机转子上，d轴与转子的对称轴重合，q轴与转子的对称轴垂直，dq坐标系会随着转子的转动而转动。uA、uB、uC是主电机定子的三相电压，iA、iB、iC是主电机定子的三相电流，uf是主电机的励磁电压，if是主电机的励磁电流，电机转子的转动角度是θr。
步骤102，根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。
具体地，电子设备会在励磁机的定子侧施加角频率为ωe1的三相对称电压uesA、uesB、uesC，用以对主电机励磁绕组进行励磁，相应的，主电机的励磁电流会发生变化。当电子设备监测到主电机的励磁电流满足预设稳定条件时，会在主电机定子的α轴注入正脉冲电压信号，采集励磁机的第一三相定子电流，继而在主电机定子的β轴上注入正脉冲电压信号，采集励磁机的第二定子三相电流。
继而，电子设备会根据励磁机的定子电压方程，确定励磁机反电势与三相对称电压、三相定子电流以及其他已知参数之间的对应关系，继而根据上述对应关系分别计算第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。其中，三相定子电流对应的励磁机反电势是励磁机的综合反电势es，将励磁机的d轴反电势ed与q轴反电势eq的和作为励磁机的综合反电势es。
步骤103，分别将第一励磁机反电势以及第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、以及第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况。
具体地，转子位置确定模块将预设时长的励磁机反电势输入至低通滤波器，低通滤波器输出预设时长内电机的多个励磁电流，即电机的励磁电流的变化情况。
可选地，电子设备将第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势输入至低通滤波器，低通滤波器输出预设时长内电机的多个励磁电流，也就是说，得到的是在主电机α轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，即电机的励磁电流的第一变化情况。同样的，电子设备将第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势输入至低通滤波器，低通滤波器输出预设时长内电机的多个励磁电流，也就是说，得到的是在主电机β轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，即电机的励磁电流的第二变化情况。
步骤104，根据第一变化情况、第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
具体地，预设电流变化与位置表单是第一变化情况、第二变化情况与此时主电机转子所在位置的对应关系。第一变化情况可以是增大、减小、不变中的任一种，第二变化情况也可以是增大、减小、不变中的任一种。电子设备根据分别在主电机定子的α轴、β轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，在预设电流变化与位置表单中确定相符合的情况，继而确定主电机转子的初始位置。其中，主电机转子所在位置为转子的转动角度，转动角度可以用θr表示。
上述基于励磁系统的电机转子位置确定方法中，通过在电机的定子侧第一坐标轴以及第二坐标轴上分别注入脉冲电压信号，提取主电机的励磁机的相应的三相定子电流，进而确定的电机转子的位置。由于不需要采集主电机的电流信息，可以不依赖于电机的凸极性，避免了主电机凸极性消失或者反转带来的不可靠因素。还可以在主电机转子的静止情况下实现主电机转子初始位置估算，满足主电机启动控制的需求，提高主电机运行的可靠性。
在一个实施例中，如图4所示，步骤104“根据第一变化情况、第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置”，包括：
步骤201，如果预设时长内第一变化情况或第二变化情况为保持不变，则根据第一变化情况、第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型。
具体地，当电子设备在主电机定子的α轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流没有变化，或者是在主电机定子的β轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流没有变化时，可以确定此时主电机转子位于α轴或者β轴。预设电流变化与位置表单可以是如下表1所示：
表1
Figure BDA0003180844090000121
步骤202，根据电机转子所在坐标轴的坐标轴类型，确定电机转子的位置。
具体地，坐标轴类型是主电机定子上的坐标轴类型，包括正半轴与负半轴。例如，坐标轴类型包括：α轴正半轴、β轴正半轴、α轴负半轴和β轴负半轴。
例如，当电子设备确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型为α轴正半轴时，可以确定电机转子的转动角度为0°；当电子设备确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型为β轴正半轴时，可以确定电机转子的转动角度为90°；当电子设备确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型为α轴正半轴时，可以确定电机转子的转动角度为180°；当电子设备确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型为β轴正半轴时，可以确定电机转子的转动角度为270°。
本实施例中，通过在主电机定子的α轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，以及在主电机定子的β轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，快速、准确地确定主电机转子的转动角度是否与主电机的定子坐标轴重合，可在静止情况下实现主电机转子初始位置的估算。
在一个实施例中，如图5所示，上述电机转子位置确定方法，还包括：
步骤301，如果预设时长内第一变化情况和第二变化情况均为变化，则根据第一变化情况、第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子的象限类型。
具体地，当电子设备在主电机定子的α轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流有变化，且是在主电机定子的β轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流也有变化时，可以确定此时主电机转子没有位于α轴及β轴。预设电流变化与位置表单可以是如下表2所示：
表2
Figure BDA0003180844090000131
步骤302，根据电机转子的象限类型，确定电机转子的位置。
具体地，电子设备在确定主电机转子位于哪个象限后，会分别在主电机的α轴、β轴上注入正弦电压信号，继而根据注入正弦电压后的励磁电流，确定电机转子的位置。
本实施例中，通过在主电机定子的α轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，以及在主电机定子的β轴注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况，快速、准确地确定主电机转子所在位置的象限类型，可在静止情况下实现主电机转子初始位置的估算。
在一个实施例中，如图6所示，步骤302，根据电机转子的象限类型，确定电机转子的位置，包括：
步骤401，当确定电机转子的象限类型后，采集励磁机的第三三相定子电流和第四三相定子电流。
其中，第三三相定子电流是通过在电机定子的第一坐标轴上注入正弦电压信号得到的，第四三相定子电流是通过在电机定子的第二坐标轴上注入正弦电压信号得到的；电机定子是主电机的定子，主电机定子的第一坐标轴可以是α轴，第二坐标轴可以是β轴。主电机的第一坐标轴还可以是β轴，此时对应的第二坐标轴是α轴。本实施例中以第一坐标轴是α轴，第二坐标轴是β轴为例进行说明。
步骤402，根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势、以及第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势。
具体地，电子设备会在励磁机的定子侧施加角频率为ωe1的三相对称电压uesA、uesB、uesC，给主电机励磁绕组进行励磁，相应的，主电机的励磁电流会发生变化。如果电子设备监测到主电机励磁电流满足预设稳定条件，电子设备会在主电机定子的α轴上注入正弦电压信号，并采集预设时长的励磁机的三相定子电流，即第三三相定子电流。同样的，在电子设备监测到主电机励磁电流满足预设稳定条件后，电子设备会在主电机定子的β轴上注入正弦电压信号，并采集预设时长的励磁机的三相定子电流，即第四三相定子电流。上述在主电机定子的α轴上注入正弦电压信号以及在主电机定子的β轴上注入正弦电压信号的过程相互独立，且不区分先后顺序。
进而，电子设备会根据励磁机的定子电压方程确定励磁机反电势与三相对称电压、三相定子电流以及其他已知参数之间的对应关系，继而根据上述对应关系分别计算第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势、以及第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势。其中，三相定子电流对应的励磁机反电势是励磁机的综合反电势es，将励磁机的d轴反电势ed与q轴反电势eq的和作为励磁机的综合反电势es。
步骤403，分别将第三励磁机反电势以及第四励磁机反电势输入至低通滤波器，得到第三励磁机反电势对应的第一励磁电流幅值、以及第四励磁机反电势对应的第二励磁电流幅值。
具体地，转子位置确定模块将励磁机反电势输入至低通滤波器，低通滤波器输出电机的励磁电流幅值。
可选地，电子设备将第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势输入至低通滤波器，低通滤波器输出电机的励磁电流幅值，也就是说，得到的是在主电机α轴注入正弦电压信号后，主电机的励磁电流的幅值，即第一励磁电流幅值。同样的，电子设备将第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势输入至低通滤波器，低通滤波器输出电机的励磁电流幅值，也就是说，得到的是在主电机β轴注入正弦电压信号后，主电机的励磁电流的幅值，即第二励磁电流幅值。
步骤404，根据第一励磁电流幅值、第二励磁电流幅值以及电机转子的象限类型，确定电机转子的位置。
在一个实施例中，如图7所示，步骤404，根据第一励磁电流幅值、第二励磁电流幅值以及电机转子的象限类型，确定电机转子的位置，包括：
步骤501，根据所述电机转子的象限类型以及预设电机转子位置计算表单，确定励磁电流幅值与电机转子位置的对应关系。
步骤502，根据所述对应关系、所述第一励磁电流幅值以及所述第二励磁电流幅值，计算所述电机转子的位置。
具体地，当在α轴和β轴上分别注入正弦电压信号时，主电机转子的初始转动角度的正弦信息包含于ifβ,inj的幅值信息中，主电机转子的初始转动角度的余弦信息包含于ifα,inj的幅值信息中。也就是说，第一励磁电流幅值中包含主电机转子的初始转动角度的余弦信息，第二励磁电流幅值中包含主电机转子的初始转动角度的正弦信息，因此，通过对第一励磁电流幅值、第二励磁电流幅值进行三角函数(反正切函数)运算，计算主电机转子的初始转动角度。
具体地，根据第一励磁电流幅值、第二励磁电流幅值，电子设备根据表3中提供的计算公式，计算主电机转子初始位置。
表3
Figure BDA0003180844090000151
Figure BDA0003180844090000161
其中，θr是电机转子的初始转动角度，Ifβ,inj是第二励磁电流幅值，Ifα,inj是第一励磁电流幅值。
在一个实施例中，如图8所示，步骤102，根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势，包括：
步骤601，根据三相对称电压以及预设坐标系转换公式，计算第一三相定子电流对应的第一电压和第一电流、以及第二三相定子电流对应的第二电压和第二电流。
具体地，三相对称电压是预先在励磁机定子侧施加的电压，包括A相电压uesA、B相电压uesB以及C相电压uesC，预设坐标系转换公式是从三相电压转换为励磁机的αsβs坐标系上的电压所需要进行的坐标系转换计算公式。励磁机定子上固定的坐标系是αsβs坐标系，转子上固定的坐标系是dq坐标系。第一三相定子电流对应的第一电压是励磁机的αsβs坐标系上的电压
Figure BDA0003180844090000162
第二三相定子电流对应的第二电压也是励磁机的αsβs坐标系上的电压
Figure BDA0003180844090000163
第一三相定子电流对应的第一电流是励磁机的αsβs坐标系上的电流
Figure BDA0003180844090000164
第二三相定子电流对应的第二电流也是励磁机的αsβs坐标系上的电流
Figure BDA0003180844090000165
可选地，可以通过以下公式将励磁机的三相定子电流转换为αsβs坐标系上的电流：
Figure BDA0003180844090000166
其中，
Figure BDA0003180844090000167
是励磁机定子的αs轴电流，
Figure BDA0003180844090000168
是励磁机定子的βs轴电流，iesA、iesB、iesC是在励磁机定子侧采集的三相定子电流，常数矩阵为预设的坐标系转换系数。也就是说，当iesA、iesB、iesC是第一三相定子电流时，对应的
Figure BDA0003180844090000169
是第一三相定子电流对应的第一电流；当iesA、iesB、iesC是第二三相定子电流时，对应的
Figure BDA00031808440900001610
是第二三相定子电流对应的第二电流；第一电压以及第二电压的计算过程与上述第一电流以及第二电流的计算过程类似，在此不再赘述。
步骤602，根据预设电阻值、预设电感值，计算第一电流对应的电阻参数和电感参数，以及第二电流对应的电阻参数和电感参数。
具体地，预设电阻值是励磁机上的电阻值，可以根据实际应用需求进行配置，预设电感值是励磁机上的电感值，也可以根据实际应用需求进行配置。第一电流包括根据第一三相定子电流转换得到的αs轴电流以及βs轴电流，第一电流对应的电阻参数包括αs轴电流与预设电阻值的乘积，以及βs轴电流与预设电阻值的乘积。第一电流对应的电感参数包括预设电感值和αs轴电流导数的乘积，以及预设电感值和βs轴电流导数的乘积。第二电流包括根据第二三相定子电流转换得到的αs轴电流以及βs轴电流，第二电流对应的电阻参数包括αs轴电流与预设电阻值的乘积，以及βs轴电流与预设电阻值的乘积。第二电流对应的电感参数包括预设电感值和αs轴电流导数的乘积，以及预设电感值和βs轴电流导数的乘积。
步骤603，根据第一电压、第一电流对应的电阻参数和电感参数以及励磁机的定子电压方程，计算第一电压对应的反电势。
具体地，励磁机的定子电压方程是励磁机定子的电压方程，励磁机定子的电压方程表示的具体含义是：励磁机定子αs轴上的电压为电阻参数、电感参数以及励磁机d轴上的反电势的和；励磁机定子βs轴上的电压为电阻参数、电感参数以及励磁机q轴上的反电势的和。因此，电子设备可以根据励磁机定子αs轴上的电压与电阻参数、电感参数的差值，计算励磁机d轴上的反电势。通过同样的方式计算励磁机q轴上的反电势。
可选地，第一电压包括αs轴上的电压以及βs上的电压，第一电压对应的反电势包括励磁机d轴上的反电势以及励磁机q轴上的反电势。
步骤604，根据第二电压、第二电流对应的电阻参数和电感参数以及励磁机的定子电压方程，计算第二电压对应的反电势。
具体地，通过与步骤603同样的方式计算第二电压对应的反电势，第二电压对应的反电势包括励磁机d轴上的反电势以及励磁机q轴上的反电势。
可选地，电子设备还可以将第一三相定子电流对应的第一电压和第一电流、以及第二三相定子电流对应的第二电压和第二电流分别输入至预设观测器中，根据观测器的输出结果确定励磁机d轴上的反电势以及励磁机q轴上的反电势。其中，该预设观测器包含反馈结构，计算原理与步骤601至步骤604所述的方法相同。该预设观测器可以提高电子设备的降噪性能，计算得到更加精确的励磁机d轴上的反电势以及励磁机q轴上的反电势。
步骤605，分别对第一电压对应的反电势以及第二电压对应的反电势进行平方处理，计算第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。
具体地，通过下述公式计算第一励磁机反电势以及第二励磁机反电势：
Figure BDA0003180844090000181
其中，es是第一励磁机反电势或者第二励磁机反电势，ed是励磁机d轴上的反电势，eq是励磁机q轴上的反电势。也就是说，当计算第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势时，ed、eq表示第一电压对应的反电势；当计算第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势时，ed、eq表示第二电压对应的反电势。
在一个实施例中，在采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流的步骤之前，上述电机转子位置确定方法，还包括：在励磁机的定子侧施加三相对称电压，对电机励磁绕组进行励磁。
应该理解的是，虽然图1-8的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一可选实施例中，通过下述过程详细描述电子设备确定主电机转子位置的过程：
S1，在励磁机的定子侧施加三相对称电压，对主电机的励磁绕组进行励磁。上述三相对称电压的角频率是ωe1，三相对称电压包括A相电压uesA、B相电压uesB以及C相电压uesC。
S2，当电子设备监测到主电机的励磁电流满足预设稳定条件时，在主电机定子的α轴上注入正脉冲电压信号，并同时采集预设时长内励磁机的第一三相定子电流iesA、iesB、iesC。通过预设坐标系转换系数，将第一三相定子电流iesA、iesB、iesC，转换为第一三相定子电流对应的第一电流
Figure BDA0003180844090000191
将三相对称电压uesA、uesB、uesC转换为励磁机定子的αsβs坐标系上的电压
Figure BDA0003180844090000192
即第一三相定子电流对应的第一电压。
例如，可以通过下述公式计算第一电流
Figure BDA0003180844090000193
Figure BDA0003180844090000194
可选地，计算第一电压
Figure BDA0003180844090000195
的过程与计算第一电流的过程类似，在此不再赘述。
S3，根据预设电阻值、预设电感值，计算所述第一电流对应的电阻参数和电感参数，根据所述第一电压、所述第一电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第一电压对应的反电势，对所述第一电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势。
具体地，励磁机的定子电压方程是励磁机的定子电压方程，可以根据励磁机的电压方程得到，通过下述公式表示励磁机的电压方程：
Figure BDA0003180844090000196
其中，uerd是励磁机转子d轴电压，uerq是励磁机转子q轴电压，
Figure BDA0003180844090000197
是励磁机定子αs轴电流，
Figure BDA0003180844090000201
是励磁机定子βs轴电流；ierd是励磁机转子d轴电流，ierq是励磁机转子q轴电流；Res是励磁机定子电阻，即预设电阻值；Les是励磁机定子电感，即预设电感值；Rer是励磁机转子电阻，Ler是励磁机转子电感，Mem是励磁机定转子互感，ωer是励磁机电角速度。
从励磁机的电压方程中提取得到励磁机的定子电压方程，即励磁机的定子电压方程：
Figure BDA0003180844090000202
其中，根据预设坐标系转换系数，将三相对称电压uesA、uesB、uesC转换为励磁机定子的αsβs坐标系上的电压
Figure BDA0003180844090000203
Res是预设电阻值，Les是预设电感值，Mem为励磁机定转子互感，
Figure BDA0003180844090000204
是励磁机定子d轴上的反电势，
Figure BDA0003180844090000205
是励磁机定子q轴上的反电势。
根据预设电阻值Res，计算所述第一电流
Figure BDA0003180844090000206
对应的电阻参数
Figure BDA0003180844090000207
Figure BDA0003180844090000208
根据预设电感值Les，计算所述第一电流
Figure BDA0003180844090000209
对应的电感参数
Figure BDA00031808440900002010
又因为，励磁机定子的电压方程表示的具体含义是：励磁机定子αs轴上的电压
Figure BDA00031808440900002011
为电阻参数
Figure BDA00031808440900002012
电感参数
Figure BDA00031808440900002013
以及励磁机d轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002014
的和。励磁机定子βs轴上的电压
Figure BDA00031808440900002015
为电阻参数
Figure BDA00031808440900002016
电感参数
Figure BDA00031808440900002017
以及励磁机q轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002018
的和。
因此，电子设备可以根据第一电压
Figure BDA00031808440900002019
与第一电流
Figure BDA00031808440900002020
对应的电阻参数
Figure BDA00031808440900002021
第一电流
Figure BDA00031808440900002022
对应的电感参数
Figure BDA00031808440900002023
Figure BDA00031808440900002024
的差，计算励磁机定子d轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002025
以及励磁机定子q轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002026
即第一电压对应的反电势。
继而，通过下述公式对第一电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势：
Figure BDA0003180844090000211
S4,电子设备可以将得到预设时长的所述第一励磁机反电势均输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况。也就是说，将根据预设时长的第一三相定子电流得到的多个第一励磁机反电势分别输入至低通滤波器，低通滤波器输出第一变化情况，也就是输出当在主电机的α轴上注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况。
S5，电子设备在得到第一变化情况后，重复S2-S4的步骤，此时，需要将S2中的“在主电机的α轴上注入正脉冲电压信号”步骤，调整为“在主电机的β轴上注入正脉冲电压信号”步骤。S2-S4的其余步骤均重复执行，得到第二变化情况，也就是在主电机的β轴上注入正脉冲电压信号后，主电机的励磁电流的变化情况。
S6，电子设备根据第一变化情况、第二变化情况以及预设的电流变化与位置表单，确定主电机转子的位置。
S6a，当第一变化情况或第二变化情况为保持不变时，此时电子设备可以确定主电机转子的转动角度是0°、90°、180°、270°中的任一种。
例如，如果第一变化情况为减小，第二变化情况为不变，可以确定主电机转子的转动角度为0°；如果第一变化情况为不变，第二变化情况为减小，可以确定主电机转子的转动角度为90°；如果第一变化情况为增大，第二变化情况为不变，可以确定主电机转子的转动角度为180°；如果第一变化情况为不变，第二变化情况为增大，可以确定主电机转子的转动角度为270°。
S6b，当第一变化情况为持续变化，且第二变化情况也为持续变化时，此时电子设备根据预设的电流变化与位置表单只能确定主电机转子所在位置的象限，而无法确定主电机转子的具体转动角度，需要继续执行S7-S8的步骤才能确定主电机转子的具体转动角度。如果第一变化情况为减小，第二变化情况为减小，可以确定电机转子位于第一象限；如果第一变化情况为增大，第二变化情况为减小，可以确定电机转子位于第二象限；如果第一变化情况为增大，第二变化情况为增大，可以确定电机转子位于第三象限；如果第一变化情况为减小，第二变化情况为增大，可以确定电机转子位于第四象限。
S7，当电子设备监测到主电机的励磁电流满足预设稳定条件时，在主电机定子的α轴上注入正弦电压信号，并同时采集励磁机的第三三相定子电流iesA、iesB、iesC。通过预设坐标系转换系数，将第三三相定子电流iesA、iesB、iesC，转换为第三三相定子电流对应的第三电流
Figure BDA0003180844090000221
将三相对称电压uesA、uesB、uesC转换为励磁机定子的αsβs坐标系上的电压
Figure BDA0003180844090000222
即第三三相定子电流对应的第三电压。
例如，可以通过下述公式计算第三电流
Figure BDA0003180844090000223
Figure BDA0003180844090000224
可选地，计算第三电压
Figure BDA0003180844090000225
的过程与计算第三电流的过程类似，在此不再赘述。
S8，根据预设电阻值、预设电感值，计算所述第三电流对应的电阻参数和电感参数，根据所述第三电压、所述第三电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第三电压对应的反电势，对所述第三电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势。
具体地，励磁机的定子电压方程是励磁机的定子电压方程，可以根据励磁机的电压方程得到，通过下述公式表示励磁机的定子电压方程：
Figure BDA0003180844090000226
其中，根据预设坐标系转换系数，将三相对称电压uesA、uesB、uesC转换为励磁机定子的αsβs坐标系上的电压
Figure BDA0003180844090000227
Res是预设电阻值，Les是预设电感值，Mem为励磁机定转子互感，
Figure BDA0003180844090000228
是励磁机定子d轴上的反电势，
Figure BDA0003180844090000229
是励磁机定子q轴上的反电势。
根据预设电阻值Res，计算所述第三电流
Figure BDA0003180844090000231
对应的电阻参数
Figure BDA0003180844090000232
Figure BDA0003180844090000233
根据预设电感值Les，计算所述第三电流
Figure BDA0003180844090000234
对应的电感参数
Figure BDA0003180844090000235
又因为，励磁机定子的电压方程表示的具体含义是：励磁机定子αs轴上的电压
Figure BDA0003180844090000236
为电阻参数
Figure BDA0003180844090000237
电感参数
Figure BDA0003180844090000238
以及励磁机d轴上的反电势
Figure BDA0003180844090000239
的和。励磁机定子βs轴上的电压
Figure BDA00031808440900002310
为电阻参数
Figure BDA00031808440900002311
电感参数
Figure BDA00031808440900002312
以及励磁机q轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002313
的和。
因此，电子设备可以根据第三电压
Figure BDA00031808440900002314
与第三电流
Figure BDA00031808440900002315
对应的电阻参数
Figure BDA00031808440900002316
第三电流
Figure BDA00031808440900002317
对应的电感参数
Figure BDA00031808440900002318
Figure BDA00031808440900002319
的差，计算励磁机定子d轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002320
以及励磁机定子q轴上的反电势
Figure BDA00031808440900002321
即第三电压对应的反电势。
继而，通过下述公式对第三电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势：
Figure BDA00031808440900002322
S9,电子设备可以将得到所述第三励磁机反电势输入至低通滤波器，得到第三励磁机反电势对应的主电机的励磁电流的第一励磁电流幅值。低通滤波器输出的就是当在主电机的α轴上注入正弦电压信号后，主电机的励磁电流的幅值。
S10，电子设备在得到第一励磁电流幅值后，重复S7-S9的步骤，此时，需要将S7中的“在主电机的α轴上注入正弦电压信号”步骤，调整为“在主电机的β轴上注入正弦电压信号”步骤。S7-S9的其余步骤均重复执行，得到第二励磁电流幅值，也就是在主电机的β轴上注入正弦电压信号后，主电机的励磁电流的幅值。电子设备根据预设的预设电机转子位置计算表单，以及S6b步骤中得到的主电机转子所在象限类型确定主电机转子的初始位置的计算公式，该计算公式表示含义是主电机转子的初始位置与第一励磁电流幅值与第二励磁电流幅值的对应关系。继而，电子设备根据计算公式对第一励磁电流幅值以及第二励磁电流幅值进行反正切函数运算，得到主电机转子的初始转动角度。
在一可选实施例中，图3所示结构为主电机的结构示意图，αβ坐标系固定在主电机定子上，dq坐标系固定在主电机转子上。uA、uB、uC是主电机定子的三相电压，iA、iB、iC是主电机定子的三相电流，uf是主电机的励磁电压，if是主电机的励磁电流，电机转子的转动角度是θr。主电机在dq坐标系下的电压方程为：
Figure BDA0003180844090000241
式中，ud、uq为励磁机定子dq轴电压；id、iq为励磁机定子dq轴电流；Rs、Rf分别为主电机定子绕组电阻、励磁绕组电阻；Ld、Lq、Lff分别为主电机d轴电感、q轴电感、励磁绕组电感；Maf为主电机定子一相绕组轴线和励磁绕组轴线对齐时的互感；ωr为主电机转子的角速度。
当主电机转子保持静止，即ωr＝0时，主电机在dq坐标系下的电压方程为简化为：
Figure BDA0003180844090000242
由楞次定律可知，当在主电机α和β轴上分别注入正脉冲电压信号的时候，主电机励磁电流响应和主电机转子初始位置密切相关。通过分别在主电机α轴和β轴上注入正脉冲电压信号时主电机励磁电流的响应情况，可以确定主电机转子初始位置所在的象限或坐标轴。如果主电机转子位置位于坐标轴上，那么通过注入脉冲电压的方式可以直接确定主电机转子位置。
设在主电机α轴注入的正弦电压信号为：
Figure BDA0003180844090000251
式中，Uinj为α轴注入正弦信号的幅值，ωinj＝2πfinj为α轴注入正弦信号的电角频率，finj为α轴注入正弦信号的频率
Figure BDA0003180844090000252
为α轴注入正弦信号的初相位。
通过坐标变换得到主电机dq轴上的注入信号为
Figure BDA0003180844090000253
忽略电阻，稳态时，可得：
Figure BDA0003180844090000254
其中，
Figure BDA0003180844090000255
为ifα,inj的初相位。
由上述公式可知，在α轴注入正弦信号时ifα,inj的幅值和主电机转子初始位置的余弦值成比例关系。
设在主电机β轴注入的正弦电压信号为：
Figure BDA0003180844090000256
其中，
Figure BDA0003180844090000257
为β轴注入正弦信号的初相位。
通过坐标变换得到主电机dq轴上的注入信号为
Figure BDA0003180844090000258
忽略电阻，稳态时，可得
Figure BDA0003180844090000259
其中，
Figure BDA00031808440900002510
为ifβ,inj的初相位。
由上述公式可知，在β轴注入正弦信号时ifβ,inj的幅值和主电机转子初始位置的正弦值成比例关系。
当在α和β轴上分别注入正弦电压信号时，主电机转子初始位置的正余弦信息分别包含在ifβ,inj和ifα,inj的幅值信息中。令Ifα，inj＝|k1cosθr|，Ifβ，inj＝|k1sinθr|，则可以通过上述实施例中所提供的表3确定主电机转子的初始位置的计算公式，继而通过计算获得主电机转子初始位置。
因此，通过脉冲信号注入和正弦信号注入下的主电机励磁电流响应即可获得主电机转子初始位置。
由于主电机励磁绕组位于转子上，无电刷引出，所以主电机励磁电流无法测量。下面给出基于多级式电励磁无刷同步电机励磁系统的主电机励磁电流信息提取方法。
可选地，三级式电机无刷励磁系统示意图如图9所示。αsβs坐标系固定在定子上，αrβr坐标系固定在转子上，dq坐标系和αsβs坐标系重合。uesA、uesB、uesC为励磁机定子相电压iesA、iesB、iesC为励磁机定子相电流；iera、ierb、ierc为励磁机转子相电流；θer为励磁机转子位置。
无刷励磁系统可以使用图10所示的三相桥式整流电路来分析。eera、eerb、eerc为励磁机转子等效感应电势；Lγ为励磁机转子等效换相电感；D1-D6为二极管。为了说明无刷励磁系统的主要特征，作如下假设：旋转整流器中的二极管为理想二极管；励磁机转子等效换相电阻忽略不计；主电机励磁电感足够大，在每个换相及非换相期间内，励磁电流可被认为是直流。
等效感应电势可以表示为：
Figure BDA0003180844090000261
其中，Em为励磁机转子等效感应电势幅值；ωe1为励磁机转子等效感应电势角频率。
一般情况下，三相桥式整流电路共阴极组中处于交流电位最高的二极管导通，共阳极组中处于交流电位最低的二极管导通。当共阴极组中处于最高电位或共阳极组中处于最低电位的二极管开始变化时，三相桥式整流电路进入换相状态。对于三相桥式整流电路，通常有三种换相模式，分别是换相模式I，换相模式II和换相模式III。其中，换相模式III为非正常运行状态，这里不进行讨论，仅对常见的换相模式I和换相模式II进行分析。
当三相桥式整流电路处于换相模式I的时候，电路中的电压电流波形如图11所示，其中γ为换相角。由图11可以看出，在非换相期间，iera、ierb、ierc与励磁电流if关系较为简单，下面主要对换相期间的iera、ierb、ierc进行计算。以D1，D3换相期间(0-t1)为例进行说明，其他换相过程分析类似。
在D1，D3换相期间(0-t1)，由图12可得：
Figure BDA0003180844090000271
将等效感应电势的表示公式与上述公式进行结合，可以得到D1、D3换相期间的
Figure BDA0003180844090000272
为：
Figure BDA0003180844090000273
对
Figure BDA0003180844090000274
对进行积分，可得：
Figure BDA0003180844090000275
即：
Figure BDA0003180844090000276
当没有注入信号时，设励磁电流为if＝If0，对应的换相角为γ＝γ0，此时：
Figure BDA0003180844090000277
当注入信号时，励磁电流为if＝If0+if，inj，对应的换相角为γ＝γ0+Δγ，此时：
Figure BDA0003180844090000281
考虑到电机转速为零，可以通过下述公式所示的坐标变换近似求得D1，D3换相期间的
Figure BDA0003180844090000282
Figure BDA0003180844090000283
定义ed、eq为励磁机的dq轴的反电势，即
Figure BDA0003180844090000284
ed、eq可通过励磁机定子电流电压信号计算获得，也可通过各类观测器进行获取。
通过下述公式计算励磁机综合反电势：
Figure BDA0003180844090000285
处于换相模式I时，由于换相角
Figure BDA0003180844090000286
所以es为单调增函数，其峰值出现在每次换相结束时。
当没有注入信号时，es的峰值为：
Figure BDA0003180844090000287
注入信号时，es的峰值为
Figure BDA0003180844090000288
上述公式表明es的最大值中含有if，inj的信息，此结论对于其他换相过程也成立。因此，if，inj对es的最大值进行了调制。由计算励磁机的综合反电势的公式可知，es为高频信号，而注入信号的频率较低，所以可以通过对es低通滤波获得if,inj的信息。
当三相桥式整流电路处于换相模式I的时候，电路中的电压电流波形如图13所示，其中α为换相延迟角，
Figure BDA0003180844090000291
为换相角。以D1，D3换相期间(t1-t2)为例进行说明，其他换相过程分析类似。
在D1，D3换相期间(t1-t2)，由图14得：
Figure BDA0003180844090000292
将等效感应电势的表示公式与上述公式进行结合，可以求得D1，D3换相期间的
Figure BDA0003180844090000293
为：
Figure BDA0003180844090000294
对
Figure BDA0003180844090000295
进行积分，可得
Figure BDA0003180844090000296
即，
Figure BDA0003180844090000297
当没有注入信号时，设励磁电流为if＝If0，对应的换相延迟角为α＝α0，此时，
Figure BDA0003180844090000301
当有注入信号时，励磁电流为if＝If0+if，inj，对应的换相延迟角为α＝α0+Δα，此时，
Figure BDA0003180844090000302
考虑到电机转速为零，通过上述公式所示的坐标变换可近似求得D1，D3换相期间的
Figure BDA0003180844090000303
为
Figure BDA0003180844090000304
另外，
Figure BDA0003180844090000305
可通过励磁机定子电流电压信号计算获得，也可通过各类观测器进行获取。
可以通过下述公式计算励磁机综合反电势：
Figure BDA0003180844090000306
处于换相模式II时，由于
Figure BDA0003180844090000307
所以es为单调增函数，其峰值出现在每次换相结束时。
当没有注入信号时，通过下述公式计算es的峰值：
Figure BDA0003180844090000308
当有注入信号时，通过下述公式计算es的峰值：
Figure BDA0003180844090000311
上述公式表明es的最大值中含有if,inj的信息，此结论对于其他换相过程也成立。因此，if,inj对es的最大值进行了调制。由计算励磁机的综合反电势的公式可知，es为高频信号，而注入信号的频率较低，所以可以通过对es低通滤波获得if，inj的信息。
通过上述分析可知，不论是换相模式I还是换相模式II，都可以通过对es进行低通滤波的方式获得主电机励磁电流的信息。然后根据主电机励磁电流响应和主电机转子初始位置的关系，即可获得主电机转子初始位置。
在一个实施例中，如图15所示，提供了一种基于励磁系统的电机转子位置确定装置，包括：电流采集模块701、反电势计算模块702、电流变化情况确定模块703以及位置确定模块704，其中：
电流采集模块701，用于采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，第二三相定子电流对应的是电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
反电势计算模块702，用于根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
电流变化情况确定模块703，用于分别将第一励磁机反电势以及第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
位置确定模块704，用于根据第一变化情况、第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述位置确定模块，包括：
坐标轴类型确定单元，用于如果预设时长内所述第一变化情况或所述第二变化情况为保持不变，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型；
第一转子位置确定单元，用于根据所述电机转子所在坐标轴的坐标轴类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述装置还包括：
象限类型确定单元，用于如果预设时长内所述第一变化情况、且所述第二变化情况均为变化，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子的象限类型；
第二转子位置确定单元，用于根据所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述第二转子位置确定单元包括：
三相定子电流获取子单元，用于当确定所述电机转子的象限类型后，采集励磁机的第三三相定子电流和第四三相定子电流，所述第三三相定子电流是通过在电机定子的第一坐标轴上注入正弦电压信号得到的，所述第四三相定子电流是通过在所述电机定子的第二坐标轴上注入正弦电压信号得到的；
励磁机反电势计算子单元，用于根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势、以及所述第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势；
励磁电流幅值计算子单元，用于分别将所述第三励磁机反电势以及所述第四励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第三励磁机反电势对应的第一励磁电流幅值、以及所述第四励磁机反电势对应的第二励磁电流幅值；
转子位置确定子单元，用于根据所述第一励磁电流幅值、所述第二励磁电流幅值以及所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述转子位置确定子单元，具体用于：根据所述电机转子的象限类型以及预设电机转子位置计算表单，确定励磁电流幅值与电机转子位置的对应关系；根据所述对应关系、所述第一励磁电流幅值以及所述第二励磁电流幅值，计算所述电机转子的位置。
在其中一个实施例中，所述反电势计算模块，具体用于：根据所述三相对称电压以及预设坐标系转换公式，计算所述第一三相定子电流对应的第一电压和第一电流、以及所述第二三相定子电流对应的第二电压和第二电流；根据预设电阻值、预设电感值，计算所述第一电流对应的电阻参数和电感参数，以及所述第二电流对应的电阻参数和电感参数；根据所述第一电压、所述第一电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第一电压对应的反电势；根据所述第二电压、所述第二电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的定子电压方程，计算所述第二电压对应的反电势；分别对所述第一电压对应的反电势以及所述第二电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。
在其中一个实施例中，在所述采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流的步骤之前，所述装置还包括：
三相对称电压施加模块，用于在所述励磁机的定子侧施加三相对称电压，对电机励磁绕组进行励磁。
关于基于励磁系统的电机转子位置确定装置的具体限定可以参见上文中对于基于励磁系统的电机转子位置确定方法的限定，在此不再赘述。上述基于励磁系统的电机转子位置确定装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图16所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储电机运行相关数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法。
本领域技术人员可以理解，图16中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于励磁系统的电机转子位置确定方法，其特征在于，所述方法包括：
采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，所述第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，所述第二三相定子电流对应的是所述电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
分别将所述第一励磁机反电势以及所述第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、以及所述第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置，包括：
如果预设时长内所述第一变化情况或所述第二变化情况为保持不变，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子所在坐标轴的坐标轴类型；
根据所述电机转子所在坐标轴的坐标轴类型，确定所述电机转子的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果预设时长内所述第一变化情况、且所述第二变化情况均为变化，则根据所述第一变化情况、所述第二变化情况以及预设电流变化与位置表单，确定电机转子的象限类型；
根据所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置，包括：
当确定所述电机转子的象限类型后，采集励磁机的第三三相定子电流和第四三相定子电流，所述第三三相定子电流是通过在电机定子的第一坐标轴上注入正弦电压信号得到的，所述第四三相定子电流是通过在所述电机定子的第二坐标轴上注入正弦电压信号得到的；
根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第三三相定子电流对应的第三励磁机反电势、以及所述第四三相定子电流对应的第四励磁机反电势；
分别将所述第三励磁机反电势以及所述第四励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第三励磁机反电势对应的第一励磁电流幅值、以及所述第四励磁机反电势对应的第二励磁电流幅值；
根据所述第一励磁电流幅值、所述第二励磁电流幅值以及所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一励磁电流幅值、所述第二励磁电流幅值以及所述电机转子的象限类型，确定所述电机转子的位置，包括：
根据所述电机转子的象限类型以及预设电机转子位置计算表单，确定励磁电流幅值与电机转子位置的对应关系；
根据所述对应关系、所述第一励磁电流幅值以及所述第二励磁电流幅值，计算所述电机转子的位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势，包括：
根据所述三相对称电压以及预设坐标系转换公式，计算所述第一三相定子电流对应的第一电压和第一电流、以及所述第二三相定子电流对应的第二电压和第二电流；
根据预设电阻值、预设电感值，计算所述第一电流对应的电阻参数和电感参数，以及所述第二电流对应的电阻参数和电感参数；
根据所述第一电压、所述第一电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的预设电压方程，计算所述第一电压对应的反电势；
根据所述第二电压、所述第二电流对应的电阻参数和电感参数以及所述励磁机的预设电压方程，计算所述第二电压对应的反电势；
分别对所述第一电压对应的反电势以及所述第二电压对应的反电势进行平方处理，计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流的步骤之前，所述方法还包括：
在所述励磁机的定子侧施加三相对称电压，对电机励磁绕组进行励磁。
8.一种基于励磁系统的电机转子位置确定装置，其特征在于，所述装置包括：
电流采集模块，用于采集预设时长内的励磁机的第一三相定子电流和第二三相定子电流，所述第一三相定子电流对应的是在电机定子的第一坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流，所述第二三相定子电流对应的是所述电机定子的第二坐标轴上注入正脉冲电压信号时的励磁机定子电流；
反电势计算模块，用于根据预先在励磁机定子侧施加的三相对称电压以及励磁机的定子电压方程，分别计算所述第一三相定子电流对应的第一励磁机反电势、以及所述第二三相定子电流对应的第二励磁机反电势；
电流变化情况确定模块，用于分别将所述第一励磁机反电势以及所述第二励磁机反电势输入至低通滤波器，得到所述第一励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第一变化情况、所述第二励磁机反电势对应的电机的励磁电流的第二变化情况；
位置确定模块，用于根据所述第一变化情况、所述第二变化情况，在预设电流变化与位置表单中提取电机转子的位置。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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