CN117240162B - 实现永磁同步电机初始相位检测的方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法、系统及介质。控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角；控制电机运行在电流闭环模式下，校正电机的初始相位角，得到电机的准确的初始相位角。本发明无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，先运行速度闭环，寻找初始相位角，再电流闭环模式，微调校正相位角，可以不限定使用场合，而且提高检测准确性。

Description

实现永磁同步电机初始相位检测的方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种闭环控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法、系统及介质。

背景技术

由于伺服系统具有高效、高精、高响应的特点，其在工业领域得到了广泛的应用。伺服控制系统常使用磁场定向（FOC）的矢量控制策略，磁场定向控制通过转子实时相位计算对应角度的力矩电流分量控制电机运转，这需要精确检测电机转子的位置，以实现磁场定向和位置控制。一般采用安装编码器等位置传感器来检测动子位置。编码器包括绝对式和增量式两种。绝对式编码器不仅能实时检测动子位置，还能检测动子初始位置，但价格昂贵；增量式编码器以其高性价比被广泛应用于永磁电机伺服系统中。

使用增量式编码器的伺服系统，如果上电时不能精确完成初始化寻相以对电角度测定，系统将无法正确完成矢量控制的一系列算法，将导致伺服系统启动电流大、电机反转、飞车等问题。目前，常用的永磁同步电机初始相位检测方法有以下几种：

对于带绝对式编码器的电机：

带绝对式编码器电机转子初始相位检测方法：绝对式编码器转轴与转子转轴通过机械结构固定，绝对式编码器的值与转子磁极位置相对应，故绝对式编码器值与转子相位具有一定转换关系，安装绝对式编码器的电机厂家会将编码器零值与电机固定电角度对齐，并将该值告知驱动器厂家。驱动器在上电后，从编码器获得当前编码器值，通过对应关系可得到当前转子的初始相位，无需做特殊初始寻相处理。

对于带增量式编码器的电机：

预定位法：该方法是指电机在启动前，让转子磁极与给定相位对齐。它可以通过控制电流矢量在固定相位保持一段时间或者在一定电角度范围内运动，使转子跟随转到给定的磁场方向。为了保证定位精度，预定位法通常使用在负载转矩小或者空载条件下。此外，在预定位过程中，会出现电机转动，限定了使用场合，只能在一些启动转矩较小或者启动阶段允许电机较大幅度抖动的场合进行使用。

二分定位法：该方法是用预定位和二分算法的结合，找到当前转子的实际相位。先给定180°相位的额定电流矢量，然后观测转子磁极的运动方向及距离。在运行距离超过设定值后判断方向，若方向为负，再给定90°相位的额定电流矢量；若方向为正，再给定270°相位的额定电流矢量；这样持续下去，据运动方向不断缩小相相位范围，当给定某个相位后运行距离小于设定值时，判断已经找到了相位，当前相位就是实际的当前电角度。二分定位法在相位检测过程中会有细微来回往复运动，也限定了其使用场合。

霍尔寻相法：该方法是用霍尔传感器和增量式编码器结合使用，先用霍尔信号定位到大致扇区，这时的相位是一个粗略值，有±60°误差，但已足以控制电机正常启动运行，启动后运行中经过霍尔扇区切换点或Z信号时重新校正相位。霍尔寻相法有两个缺陷：1、增加成本，电机端需额外安装三个霍尔传感器，2、初始运行时存在相位误差，有可能因为相位误差过大导致电机出力不足。

基于矢量励磁及定子铁芯饱和的转子初始相位检测方法：该方法利用磁链饱和特性，向定子线圈内注入电压脉冲，响应电流最大的电压矢量所对应的电角度即为转子磁极所在相位。当电压矢量与转子磁极对齐时，起增磁方向的磁路饱和性最高，饱和性高的定子绕组电感小，根据该原理可以判别转子磁极，完成转子初始相位检测。该方法不仅适用于内嵌式永磁同步电机（IPMSM），也可以用于表贴式永磁同步电机（SPMSM）。这种初始位置检测方法能实现较高的位置检测精度，但对采样电路的精度提出了较高的要求；同时，施加脉冲电压矢量期间，功率电路可能进行多次开关动作，容易对采样电路造成干扰，影响采样精度。

基于脉振高频信号注入的转子初始相位检测方法：该方法在转子d轴上注入高频信号，通过将高频响应电流变换到两相静止坐标系上，并对其进行相位提取，其原理框图如图转子初始相位信息与在高频响应电流中的相位估算偏差有关，适合交直轴电感不同的电机，无法用于表贴式永磁同步电机（SPMSM）。

基于旋转高频信号注入的转子初始相位检测方法：这种方法是对电机施加一个幅值恒定且角速度高于力矩电流信号的电压矢量，从两相静止坐标系高频响应电流分量中提取负序电流，对负序电流分量进行相位处理，实现对转子初始相位的检测原理框图如图所示。旋转高频电压信号注入法在实际使用中，不需要根据电机不同调节参数，拥有良好的动态性能。不足之处就是要求电机具有凸极特性，无法用于表贴式永磁同步电机（SPMSM）。并且不能辨别转子的N极和S极，实际应用范围非常有限。

当前伺服控制系统中使用的电机，无论是旋转式还是直线式，市场上的绝大部分都是表贴式永磁同步电机（SPMSM，隐极电机）。所以现在伺服系统最常用的增量式编码器初始相位检测方法是：预定位法、二分定位法、霍尔寻相法。预定位法、二分定位法是电流开环模式下给定固定方向的电流矢量实现。霍尔寻相直接速度/位置闭环模式运行，但需要安装霍尔传感器。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种闭环控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法、系统及介质，无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，可以不限定使用场合，而且提高检测准确性。

为实现上述目的，本发明提出一种实现永磁同步电机初始相位检测的方法，所述方法包括以下步骤：

响应于检测指令，控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角；

控制电机运行在电流闭环模式下，校正所述电机的初始相位角，得到所述电机的准确的初始相位角。

其中，所述控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角的步骤包括：

在电机上电后，设置电机在360度电角度范围内的2N个等差的假定初始相位角，其中N>=2；

以所述假定初始相位角为基础实时计算电角度，控制电机以速度正反向梯形加减速运行；

记录各假定初始相位角下的电机运行情况；

取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角。

其中，所述取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角的步骤之前还包括：

判断电机总体运行情况是否符合预设条件，若是，则执行步骤：取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角。

其中，所述电机总体运行情况符合预设条件包括：电机正常运行和逆向运行次数都不少于N-2次；电机正常运行时的各假定初始相位角与实际相位角误差在(-90°,90°)范围内。

其中，所述判断电机总体运行情况是否符合预设条件的步骤之后还包括：

若否，则将每个初始相位角增加45°/N后再次重复运行，若重复预设次数运行后电机总体运行次数依旧不符合预设条件，则报警初始相位角寻找失败。

其中，所述控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角的步骤还包括：

将正常区间中心角调整到超前转子d轴 （0°, 45°)范围内；

将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置，以进行精细初始相位角的确定。

其中，所述将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置，以进行精细初始相位角的确定的步骤包括：

分别将正向区间中心角、正向区间中心角滞后90°方向假定为初始相位角；

在两种初始相位角下分别控制电机进行正反向速度梯形加减速运行；

在运行中分别记录所述两种初始相位角下的正反向运行时的最大电流、最大速度；

根据记录的最大电流、最大速度计算两种相位标定下运行的电流及速度偏差趋势；

根据计算的偏差趋势判断转子d轴位置，根据趋势不断以二分法同步调整两种假定初始相位角，直至将转子d轴调整到两个假定初始相位角中心位置，调整得到的两个假定初始相位角的中心角则为转子d 轴位置，得到电机的精细初始相位角。

其中，所述控制电机运行在电流闭环模式下，校正所述电机的初始相位角，得到所述电机的准确的初始相位角的步骤包括：

将电机的控制模式切换成电流换闭环模式，沿着当前实时电角度方向给定额定电流矢量；

如果电机有转动，则说明当前实时电角度和实际的转子d轴方向有偏差，在电机转动时不断反方向修正初始相位角，使得实时电角度和转子d轴方向不断接近，最终重合；

在重合时电机停止转动，记录此时的初始相位角，得到电机准确的初始相位角。

本发明还提出一种实现永磁同步电机初始相位检测的系统，所述系统还包括存储器和处理器，所述存储器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如上所述的实现永磁同步电机初始相位检测的方法。

本发明还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质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如上所述的实现永磁同步电机初始相位检测的方法。

本发明提出一种闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法。整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，先运行速度闭环，寻找初始相位角，再电流闭环模式，微调校正相位角。基本思路是在各假定初始相位角下控制电机以闭环模式运行，根据电机实际反馈速度、电流、位置等逐步缩小并确定初始相位角的准确值，无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，可以不限定使用场合，而且提高检测准确性。

附图说明

图1和图2分别为电机电角度的示意图；

图3为本发明闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法的流程示意图。

图4为转子位置示意图（电角度为0°)；

图5为电压空间矢量分解示意图；

图6为本发明方案中速度正反向梯形加减速指令示意图；

图7为本发明方案中寻找正常区间中心角流程图；

图8为本发明方案中正常区间中心角超前转子d轴示意图；

图9为本发明方案中转子d轴与假定初始相位角的相对位置示意图；

图10为本发明方案中精细初始相位角确定的流程图；

图11为本发明方案中电流环微调校正流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

术语解释：

电角度：电角度指的是电机转子相对定子绕组的旋转角度。从定子来看，电机旋转时，绕组中感应电势变化一个完整的周期定义为电角度的0-360度，称为一个电周期。一个电周期可以在空间360度完成也可以在空间180度或者90度或者60度完成,这和电机绕组布置成几对磁极有关。从转子来看,转子上分布有N对磁钢，电角度以一对磁钢为基准，形成电磁场的绕组经过一对磁钢的N极、S极、再回到另一对磁钢的N极时，完成从N、S、再到 N极一对磁钢的跨越，这就是电角度的一周。从N极只到S极，则转子只运行了180°。一台电机的转子转动一圈有多少电角度，视电机极对数而定，电角度=机械角度×极对数；只有一对极的，电角度和空间角度一致，有两对极的，为2*360°,依此类推。

在电机矢量控制中，将同步电机的转子磁极产生的磁场N极中心轴线作为d轴（直轴），超前直轴90°电角度的位置定义为q轴（交轴），在park变换中通常引入d轴与U相（特定位置都可以作为参考点，如U、V、W、或者两项的中间位置等，本发明以工程中通常使用的U相作为参考点）的夹角θ作为变换的基础角度，这个基础角度就是电角度，如图1和图2所示。

在磁场定向控制下控制永磁同步电机旋转时，需要精确检测电机动子的位置，通过转子实时电角度反馈，计算对应电角度下的定子线圈的电压空间矢量大小和方向，以产生合适的控制力矩，控制电机旋转。电角度简单来看是永磁同步电机转子磁场相对定子绕组的旋转角度。初始寻相的实际意义，就是寻找转子d轴方向指向的定子线圈位置对应的电角度（转子d轴方向对应U相的夹角），将转子位置与定子线圈的相对位置关系建立起来。

本发明提出一种闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法。本发明无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，先运行速度闭环，寻找初始相位角，再电流闭环模式，微调校正相位角。本发明的基本思路是在各假定初始相位角下控制电机以闭环模式运行，根据电机实际反馈速度、电流、位置等逐步缩小并确定初始相位角的准确值。

参照图3，本发明提出一种实现永磁同步电机初始相位检测的方法，所述方法包括以下步骤：

本发明提出一种实现永磁同步电机初始相位检测的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，响应于检测指令，控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角；

步骤S2，控制电机运行在电流闭环模式下，校正所述电机的初始相位角，得到所述电机的准确的初始相位角。

其中，所述控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角的步骤包括：

在电机上电后，设置电机在360度电角度范围内的2N个等差的假定初始相位角，其中N>=2；

以所述假定初始相位角为基础实时计算电角度，控制电机以速度正反向梯形加减速运行；

记录各假定初始相位角下的电机运行情况；

取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角。

其中，所述取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角的步骤之前还包括：

判断电机总体运行情况是否符合预设条件，若是，则执行步骤：取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角。

其中，所述电机总体运行情况符合预设条件包括：电机正常运行和逆向运行次数都不少于N-2次；电机正常运行时的各假定初始相位角与实际相位角误差在(-90°,90°)范围内。

其中，所述判断电机总体运行情况是否符合预设条件的步骤之后还包括：

若否，则将每个初始相位角增加45°/N后再次重复运行，若重复预设次数运行后电机总体运行次数依旧不符合预设条件，则报警初始相位角寻找失败。

其中，所述控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角的步骤还包括：

将正常区间中心角调整到超前转子d轴 （0°, 45°)范围内；

将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置，以进行精细初始相位角的确定。

其中，所述将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置，以进行精细初始相位角的确定的步骤包括：

分别将正向区间中心角、正向区间中心角滞后90°方向假定为初始相位角；

在两种初始相位角下分别控制电机进行正反向速度梯形加减速运行；

在运行中分别记录所述两种初始相位角下的正反向运行时的最大电流、最大速度；

根据记录的最大电流、最大速度计算两种相位标定下运行的电流及速度偏差趋势；

根据计算的偏差趋势判断转子d轴位置，根据趋势不断以二分法同步调整两种假定初始相位角，直至将转子d轴调整到两个假定初始相位角中心位置，调整得到的两个假定初始相位角的中心角则为转子d 轴位置，得到电机的精细初始相位角。

其中，所述控制电机运行在电流闭环模式下，校正所述电机的初始相位角，得到所述电机的准确的初始相位角的步骤包括：

将电机的控制模式切换成电流换闭环模式，沿着当前实时电角度方向给定额定电流矢量；

如果电机有转动，则说明当前实时电角度和实际的转子d轴方向有偏差，在电机转动时不断反方向修正初始相位角，使得实时电角度和转子d轴方向不断接近，最终重合；

在重合时电机停止转动，记录此时的初始相位角，得到电机准确的初始相位角。

本发明提出的一种闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法。本发明无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，先运行速度闭环，寻找初始相位角，再电流闭环模式，微调校正相位角。基本思路是在各假定初始相位角下控制电机以闭环模式运行，根据电机实际反馈速度、电流、位置等逐步缩小并确定初始相位角的准确值，无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，可以不限定使用场合，而且提高检测准确性。

以下对发明方案进行详细阐述：

在磁场定向控制下控制永磁同步电机旋转时，需要精确检测电机动子的位置，通过转子实时电角度反馈，计算对应电角度下的定子线圈的电压空间矢量大小和方向，以产生合适的控制力矩，控制电机旋转。电角度简单来看是永磁同步电机转子磁场相对定子绕组的旋转角度。初始寻相的实际意义，就是寻找转子d轴方向指向的定子线圈位置对应的电角度（转子d轴方向对应U相的夹角），将转子位置与定子线圈的相对位置关系建立起来。

本发明提出一种闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法。本发明无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，先运行速度闭环，寻找初始相位角，再电流闭环模式，微调校正相位角。本发明的基本思路是在各假定初始相位角下控制电机以闭环模式运行，根据电机实际反馈速度、电流、位置等逐步缩小并确定初始相位角的准确值。

本发明分为两个模块：一、速度环寻找初始相位角；二、电流环微调校正。

一、速度环寻找初始相位角

寻找初始相位角在速度闭环模式下进行，可分为两个过程:1、寻找正常区间中心角 2、精细初始相位角确定。

1、寻找正常区间中心角

当定义转子d轴正对U相时的电角度为0°（如图4所示），此时磁场定向控制下控制永磁同步电机正向旋转时（逆时针），是形成的电压空间矢量Us在转子q轴方向的正向分量Uq在驱动转子正向旋转（如图5所示），控制电机反转（顺时针）时是电压空间矢量沿q轴的负向分量在驱动。

在控制电机正向旋转时，给定正向速度指令，如果定子线圈的电压空间矢量在超前转子d轴0-180度范围，即电角度误差在(-90°90°)内，那么电压空间矢量在转子q轴正方向都有正向分量，电压空间矢量越靠近q轴分量越大，就能驱动电机正向正常旋转。如果给定正向速度指令，定子线圈的电压空间矢量在滞后转子d轴0-180度范围内，即电角度误差在(90°270°)内，那么其在转子q轴有负向分量，将驱动电机逆向旋转。由此可推断，在速度闭环模式下控制电机正向运行时，如果电角度误差在(-90°90°)内电机能正常运行；如果电角度误差在(90°270°)内，电机无法正常运行（逆向飞车）。

在控制电机反向旋转时，给定反向速度指令，如果定子线圈的电压空间矢量在滞后转子d轴0-180度范围，即电角度误差在(-90°90°)内，那么电压空间矢量在转子q轴负方向都有负向分量，电压空间矢量越靠近q 轴负方向分量越大，就能驱动电机反向正常旋转。如果给定逆向速度指令，定子线圈的电压空间矢量在超前转子d轴0-180度范围内，即电角度误差在(90°270°)内，那么其在转子q轴有负向分量，将驱动电机逆向旋转。由此可推断，在速度闭环模式下控制电机反向运行时，如果电角度误差在(-90°90°)内电机能正常运行；如果电角度误差在(90°270°)内，电机无法正常运行（逆向飞车）。

综上所述，在速度环控制下，当以假定电角度控制电机旋转时，如果假定电角度与实际电角度（转子d轴位置）的误差在(-90°90°)范围内时，电机能正常运行；如果假定电角度与实际电角度的误差在(90°270°)范围内时，电机无法正常运行（逆向飞车）。

在360度电角度范围内均匀取2N（N>=2）个电角度，本发明以N=4为例。360°内的8个等差电角度如果以q轴为分界线，则有N个位于滞后q轴的[0,180)度范围，这N个电角度与实际电角度误差在(-90°,90°]范围内；有N个位于超前q轴的(0,180]度范围，这N个电角度与实际电角度误差在(90°,270°]。如果以这八个电角度作为初始电角度来运行，则在这超前的N个初始电角度下计算的实时电角度中至少有N-1个电角度控制下电压空间矢量有方向正确的q轴分量，电机正常运行。考虑到距离0度和180度附件的电角度形成电压空间矢量的q轴分量较小，有可能无法克服摩擦驱动电机旋转，放宽判断条件，则至少应该有N-2个初始电角度控制下电机能正常运行旋转。同理也应该有N-2个初始电角度控制下电机速度指令与反馈相反，电机逆向运行。

上电后，把初始相位角分别假定为八个等差的电角度（0°、45°……),以初始相位角为基础实时计 算电角度，控制电机以速度正反向梯形加减速运行（如图6所示），记录各初始相位角下的电机运行情况。电机正常运行时的几个初始相位角与实际相位角误差在(-90°,90°)范围内，取这几个正常运行的初始相位角的中心值，就得到了转子d轴对应的粗略初始相位角。

列举两种可能的实际初始相位角下电机运行情况如下所示。

假设上电时，实际转子d轴刚好正对U相，实际初始相位角0°

粗略初始相位角计算值=（315°- 360°+ 0°+ 45°)/3=0°

表1：实际初始相位角0°示例表

假设上电时，实际转子d轴超前U相10°,实际初始相位角10°

粗略初始相位角计算值=（315°- 360°+ 0°+ 45°+90°)/3=22.5°

表2：实际初始相位角10°示例表

以上逻辑算法实现如下：

在当前位置计算的电角度上依次增加初始相位角0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°作为实时电角度，在每个初始相位角下都进行速度正反向梯形加减速运动（速度正反向梯形加减速指令如图6所示），运动过程中判断电机运行情况并记录，电机正常运行及静止情况不处理，如果电机反向飞车（速度指令和速度反馈反向），切换到下一个初始相位角执行。8个初始相位角下的速度梯形加减速运动结束后，判段总体运行情况，如果正常运行和逆向运行次数都不少于N-2次则进行正常区域中心角计算，如果总体运行次数不符合要求，则将每个初始相位角增加45°/4=11.25°后再次重复运行，重复三次运行后次数依旧不符合要求就报警初始相位角 寻找失败。正常运行时的几个初始相位角的中心角就是正常区间中心角，也就是粗略初始相位角。

本实施例实现寻找正常区间中心角的流程可以参照图7所示。

2、精细初始相位角确定

在正常区间中心角寻找成功后，进一步进行精细初始相位角的确定，精细初始相位角确定分为两步：1、将正常区间中心角调整到超前转子d轴 （0°, 45°)范围内；2、将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置。具体包括：

2.1、将正常区间中心角调整到超前转子d轴 （0°, 45°)范围内

正常区间中心角寻找成功后，可以确定中心角在转子d轴±45°内，但还不能确定是超前还是滞后。将此中心角滞后90°作为初始相位角以速度正反向梯形加减速运行。如果原中心角超前d轴，滞后初始电角度与实际电角度误差还在(-90°,90°]范围内，电机能正常运行。如果原中心角滞后d轴（如图8所示），滞后初始电角度与实际电角度误差不在(-90°,90°]范围内，电机无法正常运行（逆向飞车）。 在电机逆向运行时，以固定步长超前调整中心角，直到电机正常运行，此时调整后的中心角处于超前转子d轴(0°, 45°)范围内。

图4 正常区间中心角超前转子d轴

2.2、将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置

将正常区间中心角调整到超前转子d轴(0°, 45°)范围内后，做两种初始相位角假定：1、假定正向区间中心角方向为初始相位角，2、假定正向区间中心角滞后90°方向为初始相位角。

两种初始相位角假定下分别控制电机进行速度正反向梯形加减速运行，当哪种假定下的初始相位角距离转子d轴更近时，相同幅值下的转矩电流沿转子q轴方向的分量越大。如果电机运行速度相同(匀速，力平衡状态)，且输出电流未饱和情况下，那么哪个假定下的初始相位角距离转子d轴更近时需要的转矩电流更小；如果输出电流饱和，速度反馈还无法到达速度指令，那么假定初始相位角距离转子d轴越近时速度反馈更大。由此，可以根据不同假定初始相位角下的运行电流和速度的对比来判断假定初始相位角距离转子d轴远近的趋势。

分别将正向区间中心角、正向区间中心角-90°假定为初始相位角。两种初始相位角下分别控制电 机进行正反向速度梯形加减速运行，运行中分别记录这两种初始相位角下的正反向运行时的最大电流、最大速度。根据记录的最大电流、最大速度的计算两种相位标定下运行的电流及速度偏差趋势，根据计算的偏差趋势判断转子d轴位置（更靠近哪个初始相位角），根据趋势不断以二分法同步调整两种假定 初始相位角，直至将转子d轴调整到两个假定初始相位角中心位置（如图9所示），此时两种初始相位角下的速度正反向运行时的最大电流、最大速度接近。最后调整得到的两个假定初始相位角的中心角就是转子d 轴位置，这样就进一步得到了精细的初始相位角。

本实施例的逻辑算法实现如下：

将正常区间中心角滞后90°作为初始相位角，控制电机进行速度正反向梯形加减速运行，如果电机运行正常,执行后续流程；如果电机逆向运行，以固定小步长超前调整正向区间中心角，直到电机正常运行。

分别将正向区间中心角、正向区间中心角-90°设定为初始相位角，控制电机进行正反向速度梯形加减速运行，在不同初始相位角下交替运行一次速度正反向梯形加减速作为一个周期。每个运行周期记录不同初始相位角下速度正反向匀速运行阶段的最大电流、最大速度。每一个周期运行结束后，根据记录的电流及速度值计算两种相位下的偏差，根据计算的偏差趋势判断转子q轴位置的趋向（更靠近那个初始相位角）,根据趋势以二分法同步调整两个初始相位角。调整后再次继续运行调整，当二分调整角度小于3°（45°二分四次）时结束调整。此时，两个初始相位角的中心角就是精细初始相位角。

本实施例精细初始相位角确定的流程可以参照图10所示。

二、电流环微调校正

精细初始相位角确定后，电流环闭环控制模式下，沿着当前实时电角度方向输出电压空间矢量，当矢量方向和转子d轴方向有偏差时，矢量在电机转子q轴方向会有分量，将直接导致电机转子沿分量方向旋转。由此，可以根据电机运行方向确定当前电角度与d轴的偏差方向。

将控制模式切换成电流换闭环模式，沿着当前实时电角度方向给定额定电流矢量,如果在电机有转动，则说明当前实时电角度和实际的转子d轴方向有偏差，在电机转动时不断反方向修正初始相位角，那么实时电角度和转子d轴方向将不断接近，最终重合，重合时电机将停止转动，此时的初始相位角即是准确的初始相位角。

本实施例的逻辑算法实现如下：

电流换闭环控制下，直轴（d轴）电流指令给定为电机额定电流，在给定电流的同时记 录电机的位移，将位移折算成相应的电角度，反向加算到初始相位角上，当电机停止移动后停止调整，当前的初始相位角就是精准的初始相位角。具体的电流环微调校正流程可以参照图11所示。

需要说明的是，本发明中电角度定义的是转子d轴与U相夹角，以U相为参考点。其它多种特定位置都可以作为参考点，如U、V、W、或者两项的中间位置等。此外，在寻找正常区间中心角时，在360度电角度范围内均匀取2N（N>=2）个电角度，本发明以N=4做举例说明，N可以取其他值。另外，速度正反向梯形加减速运行可以换成其他如单向运行、正反向三角形运行等方式。

本发明还提出一种实现永磁同步电机初始相位检测的系统，所述系统还包括存储器和处理器，所述存储器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如上所述的实现永磁同步电机初始相位检测的方法。

本发明还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质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如上所述的实现永磁同步电机初始相位检测的方法。

本发明提出一种闭环模式控制下实现永磁同步电机初始相位检测的方法。本发明无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，先运行速度闭环，寻找初始相位角，再电流闭环模式，微调校正相位角。基本思路是在各假定初始相位角下控制电机以闭环模式运行，根据电机实际反馈速度、电流、位置等逐步缩小并确定初始相位角的准确值，无需Z信号、霍尔传感器辅助精准定位，整个初始寻相过程全程在闭环模式下运行，可以不限定使用场合，而且提高检测准确性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，方案利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种实现永磁同步电机初始相位检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

响应于检测指令，控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角；

控制电机运行在电流闭环模式下，校正所述电机的初始相位角，得到所述电机的准确的初始相位角；

所述控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角的步骤包括：

在电机上电后，设置电机在360度电角度范围内的2N个等差的假定初始相位角，其中N>=2；

以所述假定初始相位角为基础实时计算电角度，控制电机以速度正反向梯形加减速运行；

记录各假定初始相位角下的电机运行情况；

取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角的步骤之前还包括：

判断电机总体运行情况是否符合预设条件，若是，则执行步骤：取电机正常运行情况下对应的各假定初始相位角的中心值，计算正常区间中心角，得到电机转子d轴对应的粗略初始相位角。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电机总体运行情况符合预设条件包括：电机正常运行和逆向运行次数都不少于N-2次；电机正常运行时的各假定初始相位角与实际相位角误差在(-90°,90°)范围内。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述判断电机总体运行情况是否符合预设条件的步骤之后还包括：

若否，则将每个初始相位角增加45°/N后再次重复运行，若重复预设次数运行后电机总体运行次数依旧不符合预设条件，则报警初始相位角寻找失败。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制电机运行在速度闭环模式下，对电机初始相位进行检测，得到电机的初始相位角的步骤还包括：

将正常区间中心角调整到超前转子d轴 （0°, 45°)范围内；

将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置，以进行精细初始相位角的确定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将转子d轴调整到两个假定初始相位角的中心位置，以进行精细初始相位角的确定的步骤包括：

分别将正向区间中心角、正向区间中心角滞后90°方向假定为初始相位角；

在两种初始相位角下分别控制电机进行正反向速度梯形加减速运行；

在运行中分别记录所述两种初始相位角下的正反向运行时的最大电流、最大速度；

根据记录的最大电流、最大速度计算两种相位标定下运行的电流及速度偏差趋势；

根据计算的偏差趋势判断转子d轴位置，根据趋势不断以二分法同步调整两种假定初始相位角，直至将转子d轴调整到两个假定初始相位角中心位置，调整得到的两个假定初始相位角的中心角则为转子d 轴位置，得到电机的精细初始相位角。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制电机运行在电流闭环模式下，校正所述电机的初始相位角，得到所述电机的准确的初始相位角的步骤包括：

将电机的控制模式切换成电流闭环模式，沿着当前实时电角度方向给定额定电流矢量；

如果电机有转动，则说明当前实时电角度和实际的转子d轴方向有偏差，在电机转动时不断反方向修正初始相位角，使得实时电角度和转子d轴方向不断接近，最终重合；

在重合时电机停止转动，记录此时的初始相位角，得到电机准确的初始相位角。

8.一种实现永磁同步电机初始相位检测的系统，其特征在于，所述系统还包括存储器和处理器，所述存储器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如权利要求1-7中任一项所述的实现永磁同步电机初始相位检测的方法。

9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质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如权利要求1-7中任一项所述的实现永磁同步电机初始相位检测的方法。