CN113824377B - 飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备，该飞轮永磁转子设置于永磁同步电机上，该方法包括：向永磁同步电机中输入高频电压信号；采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的；将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。本发明通过将高频电压信号输入至位置跟踪观测器从而确定转子位置信息，此技术无需传感器介入，提高了转子位置确定的准确性及可行性，进而提高飞轮电机系统的可靠性。

Description

飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及一种飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备。

背景技术

永磁同步电机控制系统中定子绕组的控制状态取决于永磁转子的位置信息，所以转子位置的估计很关键，如果转子位置估计不准确就可能使电机发生速度振荡甚至失步。由于飞轮采用磁悬浮轴承，无法准确安装传感器，且不易维护性需保证系统的高可靠运行，因而采用无传感器控制技术是提高飞轮电机系统可靠性的有效途径。

目前，永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)的无传感器控制有很多方法：1)根据电压方程的开环算法；2)基于观测器基础上的闭环算法；3)基于信号注入的凸极饱和效应法。

但是，对于上述方法，由于受到测量噪声、积分初值还有直流偏移等实际因素的影响，当电机运行于低速状态下时很难进行准确的磁链观测；或者，由于永磁体的存在，导致了推导自适应所需的速度自适应律时需要进行一些适当的处理，这将导致误差较大；或者，由于滑模变结构控制自身的非线性特性，致使滑模观测器在电机的无传感器控制领域的应用仍存在一定的局限性。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备，以提高转子位置确定的准确性及可行性，进而提高飞轮电机系统的可靠性。

第一方面，本发明实施例提供了一种飞轮永磁转子的位置确定方法，飞轮永磁转子设置于永磁同步电机上，方法包括：向永磁同步电机中输入高频电压信号；采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的；将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；其中，低通滤波结果与飞轮永磁转子的角度信号、第一比例值和永磁同步电机的低通滤波电流有关，第一比例值与高频电压信号正相关；根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。

进一步地，上述向永磁同步电机中输入高频电压信号的步骤，包括：向永磁同步电机的d轴的基波信号上输入高频电压信号；其中，高频电压信号为周期性的电压信号。

进一步地，上述对初始三相电流进行调整，得到三相电流的步骤，包括：对初始三相电流进行滤波处理、去噪处理及校正处理，得到三相电流。

进一步地，上述方法还包括：根据高频电压信号，确定q轴高频电流响应信息。

进一步地，上述方法还包括：根据q轴高频电流响应信息、q轴电流和d轴电流，确定q轴电流分量。

进一步地，上述基于q轴电流和d轴电流，得到低通滤波结果的步骤，包括：将q轴电流分量进行周期化处理和小误差近似处理，得到角度信号和低通滤波电流之间的关系。

进一步地，上述根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置的步骤，包括：对低通滤波结果进行PI运算，得到永磁同步电机在零速和低速状态时的飞轮永磁转子的位置。

进一步地，上述方法还包括：根据飞轮永磁转子的位置，控制永磁同步电机的运行状态。

第二方面，本发明实施例还提供一种飞轮永磁转子的位置确定装置，上述装置包括：信号注入模块，用于向永磁同步电机中输入高频电压信号；电流传感模块，用于采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的；位置跟踪观测模块，用于将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；低通滤波模块，用于基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；其中，低通滤波结果与飞轮永磁转子的角度信号、第一比例值和永磁同步电机的低通滤波电流有关，第一比例值与高频电压信号正相关；PI运算模块，用于根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述任一项的飞轮永磁转子的位置确定方法。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明提供了一种飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备，该飞轮永磁转子设置于永磁同步电机上，该方法包括：向永磁同步电机中输入高频电压信号；采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的；将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。本发明通过将高频电压信号输入至位置跟踪观测器从而确定转子位置信息，此技术无需传感器介入，提高了转子位置确定的准确性及可行性，进而提高飞轮电机系统的可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种飞轮永磁转子的位置确定方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种飞轮永磁转子的位置确定方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种飞轮永磁转子的位置确定装置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种飞轮永磁转子的位置确定装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的无传感器控制系统软件流程。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

永磁同步电机控制系统中定子绕组的控制状态取决于转子的位置信息，所以转子位置的估计很关键，如果转子位置估计不准确就可能使电机发生速度振荡甚至失步。由于飞轮采用磁悬浮轴承，无法准确安装传感器且不易维护性需保证系统的高可靠运行，因而采用无传感器控制技术是提高飞轮电机系统可靠性的有效途径。

PMSM的无传感器控制根据原理的不同可分为以下三种不同的方法：

1)第一种是根据电机数学模型的不同设计不同的开环算法例如采用直接计算法或者反电动势积分法等；

2)第二类是基于观测器基础上的闭环算法，如扩展卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、滑模观测器法；

3)第三类是基于信号注入的高频信号注入法和凸极饱和效应法。

基于电压方程的开环计算法：这种方法采用静止坐标系下的定子电压、电流、电感以及电阻的参数进行积分运算的方法得到由永磁体产生的磁链，由磁链得到转子的位置信息和转速信息。此种方法具有结构简单、计算方便、动态响应快、易实现的优点，但是由于受到测量噪声、积分初值还有直流偏移等实际因素的影响，当电机运行于低速状态下时很难进行准确的磁链观测。此外，这种算法的性能受外界环境的变化影响会比较大，例如测量的电压、电流值不够准确等。由于该方法存在以上缺点，所以现在已经不再单独使用，为了解决非理想因素的影响，通常会将此方法和现代控制理论的一些算法一起使用达到检测转子位置的目的。

模型参考自适应法：在原理及结构上与传统的自校正控制存在很大差别，此类系统的状态及性能要求不是用函数来表达，而是用另外建立的参考模型输出或者状态响应来表述，为了实现对被控对象的跟踪首先建立一个可调模型，此模型参数方程不确定。与此同时利用不含位置的未知参数方程建立一个参考模型，此参考模型的输出或状态就作为系统的动态性能指标。可调模型和参考模型同时工作，将两个模型的输出量求差值来构建正确的自适应律并以此作为依据修正可调模型即实际系统的参数，通过这种方法使被控对象的输出能够持续不断跟踪参考模型变化的方法便是参数自适应法。角速度估计自适应律可以由李亚普诺夫稳定性理论得出。本方法对针对电机的各项参数变化以及外界不规则扰动具有较强的鲁棒性，所以此方法在感应电机中得到了广泛的应用。但在永磁同步电机无位置系统的实际应用过程中模型参考自适应法的使用还是相对较少的，因为永磁同步电机的数学方程虽然相比异步电机要简单许多，但是由于永磁体的存在，导致了推导自适应所需的速度自适应律时需要进行一些适当的处理。卡尔曼滤波是一种应用最优估计原理来对系统的状态变量进行最小均方误差估计的最优化自回归数据处理算法，此方法通过最小方差估计来实现消除模型误差以及测量误差对系统状态变量的估计值所造成的影响即它可以由一系列的不完全测量以及包含噪声的测量来估计动态系统的状态，因而此种方法具有很高的精度。

而扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter，简称EKF)与一般的观测器又有些不同，基本卡尔曼滤波是限制在线性的假设之下，而扩展卡尔曼滤波是非线性并且随机的，因此EKF不仅仅具有良好的优化以及自适应能力，同时还能够非常好地消除测量及扰动所产生的各种噪声。EKF可以实现电机转速和转子的位置的最优估计，同时通过反电势来预测处于调速状态的实际电机转速及转子位置，并且不停的校正之前所预测的转速及位置；利用卡尔曼滤波器来进行的最优观测即便是受到随机产生的噪声信号的干扰，仍能表现出良好的动态性能，而且其拥有调速范围比较宽等优点。EKF方法的缺点是在建立电机的模型过程中对模型参数的精度要求非常高，而且只有通过大量的实验以及分析才能确定这些随机误差的统计参数，这直接导致过于庞大的计算量，使得在实际使用中难以推广。滑模变结构控制最早由苏联学者提出，而近年来越来越多的学者将目光着眼于基于滑模变结构控制理论的滑模观测器在PMSM的无传感器控制中的应用。滑模控制本质上是一种特殊的非线性控制，此处的非线性是指控制过程的非线性，此方法异于其他方法的地方在于系统结构的不确定；原理是依据系统初始为了达到良好的动态特性而以此设计一个所谓切换超平面，通过控制器使系统状态收束于切换超平面，而系统一旦收束于切换超平面系统将自动达到坐标原点，所以系统在S平面内沿着所设定好的切换超平面一直滑动至S平面原点的滑动过程我们即称其为滑模控制。这一方向的先行者T.Furuhashi率先进行了此方向的研究。滑模观测器方法所建立的观测器是将状态变量定义为静止的坐标系下电流的值，并将滑模超平面定义为电流观测误差，在反馈的选取上则选用滑模面的开关函数，而开关函数增益取值范围则应该依据滑模的可达到条件计算得出。依据前述滑模变结构理论，当滑动模态发生即系统开始沿电流观测误差定义的滑模超平面开始向原点滑动，电流及其导数为零，由等效原理可知，此时系统的开关函数值等于反电势值。这种方法的缺陷是由于滑模变结构控制自身的非线性特性，致使滑模观测器在电机的无传感器控制领域的应用仍存在一定的局限性。

此外，现有的反电势检测转子位置信息法是基于电机的电磁关系，利用永磁同步电机的定子电流和电压来估计转子位置信息。这种方法依赖于严格的电机理论，但是在处理电压和电流的反馈信号时不会过多依赖滤波器，简单高效，易于实现。它的最大缺点是当电机运行在低速状态的情况下由于没有足够大的反电势电压，从而造成位置估计不准确。通常情况下，电机需要运行在大于额定转速10％时此方法才有较好的优势。另外一个问题是反电势检测法不能避免磁链积分的零漂问题，实际应用时需要对硬件电路进行处理或者在软件部分进行补偿。

另外，现有的凸极饱和效应法：这种方法利用了电机的凸极饱和效应，具体做法是在电机的定子绕组上施加已知的电压信号，由于电机的饱和效应会使得绕组的电流随着转子位置的变化出现不同的幅值，从而估算出电机转子的初始位置。这种方法多适用于面装式永磁同步电机，与高频法类似，它的局限性是需要电机具有凸极性。由于研究对象为具有凸极性的永磁同步电机。

现有2种高频信号注入法：1)旋转高频信号注入法：该方法是向d轴的基波中注入一个高频电压，然后从d轴提取转子信息；2)脉振高频信号注入法：该方法是在电机d轴的基波信号上注入一个高频电压信号，然后检测电机绕组中q轴的电流响应，通过积分的方法从中提取转子位置信息。

这两种方法前者只适用于凸极式永磁同步电机，而后者不仅适用于凸极式内置式永磁同步电机还是用与表贴式普通永磁同步电机。为了使研究方法通用，本发明选用脉振高频信号注入法检测转子位置。与传统矢量控制方法不同的是转子位置信息不是由位置传感器得出，而是经过转子磁链位置跟踪观测器得出。

基于此，本发明提供了一种飞轮永磁转子的位置确定方法、装置及电子设备，该技术应用于飞轮控制的应用场景中。

实施例一

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种飞轮永磁转子的位置确定方法进行详细介绍，参见图1。其中，飞轮永磁转子设置于永磁同步电机上。

步骤S102，向永磁同步电机中输入高频电压信号。

在具体实现时，此方法又称为基于TMS320F28335的高频信号注入法，这是一种低速或零速的无传感器磁极位置检测方法，与传统矢量控制方法不同的是转子位置信息不是由位置传感器得出，而是经过转子磁链位置跟踪观测器得出的。高频信号注入法还可以实现永磁同步电机处于零速或者低速状态时电机转子位置的估算以及极佳的针对电机参数变化的鲁棒性。这种方法不需要预先估计磁极位置信息，这是因为高频信号直接注入到定子坐标系的坐标轴中，不需要进行注入信号从旋转坐标系到静止坐标系的变换，因此具有很好的动态性能，高频信号注入法的局限性是需要电机具有一定的凸极性，因此，高频信号注入法只适用于具有凸极性的内置式永磁同步电机，也就是说，本发明实施例作用的永磁同步电机都是具有凸极性的内置式永磁同步电机。

步骤S104，采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的。

步骤S106，将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流。

步骤S108，基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；其中，低通滤波结果与飞轮永磁转子的角度信号、第一比例值和永磁同步电机的低通滤波电流有关，第一比例值与高频电压信号正相关。

步骤S110，根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。

在具体实现时，本技术一般适用于估计在PMSM处于零速和低速状态时的转子的位置。步骤S102-步骤S110的计算都是基于TMS320F28335数字信号控制器进行的，采用C语言编程实现凸极PMSM的无位置传感器控制。

本实施例的高频信号注入法是一种低速或零速的无传感器磁极位置检测方法，与传统矢量控制方法不同的是，本技术的转子位置信息不是由位置传感器得出，而是经过转子磁链位置跟踪观测器(即位置跟踪观测器)得出的。高频信号注入法检测转子位置的原理是检测电机的凸极，由于电机的凸极包含了转子位置信息，因此可以利用一定的信号检测和分离方法将其解析出来，这一技术具有较好的可行性。

本发明提供了一种飞轮永磁转子的位置确定方法，该飞轮永磁转子设置于永磁同步电机上，该方法包括：向永磁同步电机中输入高频电压信号；采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的；将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。本发明通过将高频电压信号输入至位置跟踪观测器从而确定转子位置信息，此技术无需传感器介入，提高了转子位置确定的准确性及可行性，进而提高飞轮电机系统的可靠性。

实施例二

本实施例对另一种飞轮永磁转子的位置确定方法进行介绍，如图2所示。

步骤S202，向永磁同步电机的d轴的基波信号上输入高频电压信号；其中，高频电压信号为周期性的电压信号。

在具体实现时，此步骤的高频电压信号是经过公式(1)的周期性处理得到的：

其中，为上述输入的高频电压信号，V_{s_h}为初始高频电压信号，信号输入模块要对初始高频电压信号做周期性处理，才可以注入至d轴的基波信号上。这一步骤也称为外差法解调高频正序电流。

步骤S204，对初始三相电流进行滤波处理、去噪处理及校正处理，得到三相电流；对三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流。

在具体实现时，将高频电压信号注入至d轴的基波信号上后，上述永磁同步电机会激发出三相电流。此时，设置在电机上的三个电流传感器将能够采集三相电流(初始三相电流)，然后，信号处理模块再对初始的三相电流进行滤波处理、去噪处理及校正处理，得到三相电流。

步骤S206，根据高频电压信号，确定q轴高频电流响应信息。

在具体实现时，上述步骤的计算公式为：

其中，V_{s_h}cosω_ht为输入的高频电压信号，Z_diff是半差高频阻抗，是d轴的高频阻抗，/>是q轴的高频阻抗，Δθ_r是飞轮永磁转子的角度信号，/>为q轴高频电流响应信息。

步骤S208，根据q轴高频电流响应信息、q轴电流和d轴电流，确定q轴电流分量。

在具体实现时，此步骤为简化步骤，即将q轴高频电流响应信息简化为q轴电流分量。具体步骤如下：

可认为电机的高频阻抗远小于高频感抗，因此，d、q轴的高频阻抗可写为如下形式：

其中，是d轴的高频阻抗，/>是q轴的高频阻抗，R_dh是d轴的半差高频电阻，R_qh是q轴的半差高频电阻，L_dh是d轴的半差高频电感，L_qh是q轴的半差高频电感，j是半差常数，ω_h是半差角频率。

可以得到，简化后的q轴电流分量为：

其中，为q轴电流分量。L_diff为半差高频电感，/> R_diff为半差高频电阻，/>

步骤S210，将q轴电流分量进行周期化处理和小误差近似处理，得到角度信号和低通滤波电流之间的关系。

在具体实现时，低通滤波器运用公式(7)对处理上述过程：

其中，LPF代表低通滤波计算，为低通滤波电流，Δθ_r为角度信号，K_err为第一比例值，这三者的关系为低通滤波结果。

步骤S212，对低通滤波结果进行PI运算，得到永磁同步电机在零速和低速状态时的飞轮永磁转子的位置。

在具体实现时，是最经典的PI控制器进行的上述运算，根据上述低通滤波结果中的低通滤波电流与角度信号的关系，使转子位置估计误差趋于零，最终得到飞轮永磁转子的位置。

步骤S214，根据飞轮永磁转子的位置，控制永磁同步电机的运行状态。

本实施例的这种方法能够在零速和低速时进行PMSM磁极位置估算，而且对电机参数变化不敏感。另外，这种方法不需要预先估计磁极位置信息，这是因为高频信号直接注入到定子坐标系的坐标轴中，不需要进行注入信号从旋转坐标系到静止坐标系的变换，因此具有很好的动态性能。高频信号注入法的局限性是需要电机具有一定的凸极性，因此，本实施例的高频信号注入法只适用于具有凸极性的内置式永磁同步电机。

实施例三

本发明实施例还提供一种飞轮永磁转子的位置确定装置，如图3所示。

上述装置包括：

信号注入模块31，用于向永磁同步电机中输入高频电压信号。

电流传感模块32，用于采集永磁同步电机的初始三相电流，并对初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，三相电流是高频电压信号激发而生成的。

位置跟踪观测模块33，用于将三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流。

低通滤波模块34，用于基于q轴电流和d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；其中，低通滤波结果与飞轮永磁转子的角度信号、第一比例值和永磁同步电机的低通滤波电流有关，第一比例值与高频电压信号正相关。

PI运算模块35，用于根据低通滤波结果，确定飞轮永磁转子的位置。

信号注入模块31，还用于向永磁同步电机的d轴的基波信号上输入高频电压信号；其中，高频电压信号为周期性的电压信号。

电流传感模块32，还用于对初始三相电流进行滤波处理、去噪处理及校正处理，得到三相电流。

电流响应模块，用于根据高频电压信号，确定q轴高频电流响应信息。

电流分量确定模块，用于根据q轴高频电流响应信息、q轴电流和d轴电流，确定q轴电流分量。

低通滤波模块34，还用于将q轴电流分量进行周期化处理和小误差近似处理，得到角度信号和低通滤波电流之间的关系。

PI运算模块35，还用于对低通滤波结果进行PI运算，得到永磁同步电机在零速和低速状态时的飞轮永磁转子的位置。

永磁同步电机控制模块，用于根据飞轮永磁转子的位置，控制永磁同步电机的运行状态。

本发明实施例提供的飞轮永磁转子的位置确定装置，与上述实施例提供的飞轮永磁转子的位置确定方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例四

本发明实施例提供一种电子设备，即一种飞轮永磁转子的位置确定装置的结构示意图，参见图4，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述任一项的飞轮永磁转子的位置确定方法。

该结构包括存储器100和处理器101；其中，存储器100用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述飞轮永磁转子的位置确定方法，该方法可以包括以上方法中的一种或多种。

进一步，图4所示的分布式存储装置还包括总线102和通信接口103，处理器101、通信接口103和存储器100通过总线102连接。

其中，存储器100可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线102可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器100，处理器101读取存储器100中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述飞轮永磁转子的位置确定方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

实施例五

本实施例提供了一种无传感器控制系统软件流程，如图5所示。

该流程包括：

1)系统上电、复位和系统初始状态软件自检测；

2)系统初始化；

3)通过发送电机运行启动指令；

4)接收到启动指令后，控制器打开中断，进入主循环，等待中断；

5)定时采样完成后触发中断进入中断子程序，运行凸极PMSM无传感器控制算法，并进行FOC(Field-oriented control，磁定向矢量控制)控制；

6)通过LCD(Liquid Crystal Display，液晶屏幕)或PC(Personal computer，个人计算机)的RS232可在线监控电机运行状态。

本发明实施例提供的无传感器控制系统软件流程，与上述实施例提供的飞轮永磁转子的位置确定方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种飞轮永磁转子的位置确定方法，其特征在于，所述飞轮永磁转子设置于永磁同步电机上，所述方法包括：

向所述永磁同步电机中输入高频电压信号；

采集所述永磁同步电机的初始三相电流，并对所述初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，所述三相电流是所述高频电压信号激发而生成的；

将所述三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；

基于所述q轴电流和所述d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；其中，所述低通滤波结果与所述飞轮永磁转子的角度信号、第一比例值和所述永磁同步电机的低通滤波电流有关，所述第一比例值与所述高频电压信号正相关；

根据所述低通滤波结果，确定所述飞轮永磁转子的位置；

所述对所述初始三相电流进行调整，得到三相电流的步骤，包括：

对所述初始三相电流进行滤波处理、去噪处理及校正处理，得到所述三相电流；

所述方法还包括：根据所述高频电压信号，确定q轴高频电流响应信息；

所述方法还包括：根据所述q轴高频电流响应信息、所述q轴电流和所述d轴电流，确定q轴电流分量；所述q轴电流分量为： 其中，/>为所述q轴电流分量，V_{s_h}为初始高频电压信号，Δθ_r为所述飞轮永磁转子的角度信号，L_dh为d轴的半差高频电感，L_qh为q轴的半差高频电感，ω_h为半差角频率，L_diff为半差高频电感，R_diff为半差高频电阻；所述q轴电流分量为对所述q轴高频电流响应信息进行简化而得到；所述q轴电流分量用于确定所述角度信号和所述低通滤波电流之间的关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述永磁同步电机中输入高频电压信号的步骤，包括：

向所述永磁同步电机的d轴的基波信号上输入所述高频电压信号；其中，所述高频电压信号为周期性的电压信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述q轴电流和所述d轴电流，得到低通滤波结果的步骤，包括：

将所述q轴电流分量进行周期化处理和小误差近似处理，得到所述角度信号和所述低通滤波电流之间的关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述低通滤波结果，确定所述飞轮永磁转子的位置的步骤，包括：

对所述低通滤波结果进行PI运算，得到所述永磁同步电机在零速和低速状态时的所述飞轮永磁转子的位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述飞轮永磁转子的位置，控制所述永磁同步电机的运行状态。

6.一种飞轮永磁转子的位置确定装置，其特征在于，所述装置包括：

信号注入模块，用于向永磁同步电机中输入高频电压信号；

电流传感模块，用于采集所述永磁同步电机的初始三相电流，并对所述初始三相电流进行调整，得到三相电流，其中，所述三相电流是所述高频电压信号激发而生成的；

位置跟踪观测模块，用于将所述三相电流进行坐标变换，得到q轴电流和d轴电流；

低通滤波模块，用于基于所述q轴电流和所述d轴电流进行低通滤波，得到低通滤波结果；其中，所述低通滤波结果与所述飞轮永磁转子的角度信号、第一比例值和所述永磁同步电机的低通滤波电流有关，所述第一比例值与所述高频电压信号正相关；

PI运算模块，用于根据所述低通滤波结果，确定所述飞轮永磁转子的位置；

电流传感模块，还用于对所述初始三相电流进行滤波处理、去噪处理及校正处理，得到所述三相电流；

电流响应模块，用于根据所述高频电压信号，确定q轴高频电流响应信息；

电流分量确定模块，用于根据所述q轴高频电流响应信息、所述q轴电流和所述d轴电流，确定q轴电流分量；所述q轴电流分量为：

其中，/>为所述q轴电流分量，V_{s_h}为初始高频电压信号，Δθ_r为所述飞轮永磁转子的角度信号，L_dh为d轴的半差高频电感，L_qh为q轴的半差高频电感，ω_h为半差角频率，L_diff为半差高频电感，R_diff为半差高频电阻；所述q轴电流分量为对所述q轴高频电流响应信息进行简化而得到；所述q轴电流分量用于确定所述角度信号和所述低通滤波电流之间的关系。

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1至5任一项所述的飞轮永磁转子的位置确定方法。