CN108847794B - 吸尘器、电机的转子位置检测方法、装置和控制*** - Google Patents

吸尘器、电机的转子位置检测方法、装置和控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸尘器、无刷直流电机的转子位置检测方法、装置和控制***，其中，转子位置检测方法包括以下步骤：在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当采用反电势过零法获取电机的转子位置时，还采用磁链法获取电机的转子位置；判断反电势过零检测是否成功；如果检测成功，则根据反电势过零法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制；如果检测失败，则根据磁链法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。从而在电机转速突然降低时，仍可以保证电机正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。

Description

吸尘器、电机的转子位置检测方法、装置和控制***
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的转子位置检测方法、一种无刷直流电机的转子位置检测装置、一种无刷直流电机的控制***和一种吸尘器。
背景技术
目前，在无刷直流电机无传感器驱动控制技术领域中，电机的转子位置检测方法有多种，其中以反电势过零法简单、有效而被广泛应用。
反电势过零法的基本原理是通过检测悬空相反电势过零点获得电机的转子位置。当无刷直流电机的某相绕组反电势过零时，转子直轴与该相绕组轴线恰好重合，因此只要检测到各相绕组反电势过零点，就可获知转子的位置信息，然后基于反电势过零点向后延迟30度电角度控制开关管的通断以对电机进行换相，从而实现对电机的无位置传感器控制。
但是，在采用反电势过零法对电机进行控制时，如果负载突然增大，相应的电机转速就会变得很低，当转速较低时，电机的反电势很小，无法通过反电势过零法获得转子的准确位置，进而无法保证电机正常运行。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种无刷直流电机的转子位置检测方法，在电机转速突然降低时，仍可以保证电机正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
本发明的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种无刷直流电机的转子位置检测装置。
本发明的第四个目的在于提出一种无刷直流电机的控制***。
本发明的第五个目的在于提出一种吸尘器。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无刷直流电机的转子位置检测方法，包括以下步骤：在采用反电势过零法对所述电机控制的过程中，当采用所述反电势过零法获取所述电机的转子位置时，还采用磁链法获取所述电机的转子位置；判断反电势过零检测是否成功；如果所述反电势过零检测成功，则根据所述反电势过零法获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并继续采用所述反电势过零法对所述电机进行控制；如果所述反电势过零检测失败，则根据所述磁链法获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并开始采用所述磁链法对所述电机进行控制。
根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法，在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当采用反电势过零法获取电机的转子位置时，还采用磁链法获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功。如果反电势过零检测成功，则根据反电势过零法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制；如果反电势过零检测失败，则根据磁链法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。从而在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，在采用所述磁链法对所述电机控制的过程中，还采用所述反电势过零法获取所述电机的转子位置，并判断反电势过零检测成功的次数是否大于等于预设次数或者所述电机的反电势爬坡斜率是否大于等于预设斜率；如果所述反电势过零检测成功的次数小于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率小于所述预设斜率，则继续采用所述磁链法对所述电机进行控制；如果所述反电势过零检测成功的次数大于等于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率大于等于所述预设斜率，则开始采用所述反电势过零法对所述电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，所述采用所述磁链法对所述电机进行控制，包括：离线获取所述电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表；在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、母线电压和当前绕组温度；根据所述母线电压和所述母线电压-相电流变化率表获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感；根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
根据本发明的另一个实施例，所述采用所述磁链法对所述电机进行控制，包括：离线获取所述电机的温度-相电阻表和温度-相电感表；在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值和当前绕组温度，并获取任意两个时刻对应的所述电机的相电流；根据所述任意两个时刻和所述任意两个时刻对应的所述电机的相电流获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感；根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制，包括：根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率；如果所述电机的磁链值大于预设磁链阈值或者所述磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值，则控制所述电机进行换相。
根据本发明的一个实施例中，在获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率之前，还包括：判断当前PWM控制周期内所述非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内；如果所述电压差值处于所述预设范围内，则再获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的转子位置检测方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的无刷直流电机的转子位置检测方法，在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种无刷直流电机的转子位置检测装置，包括：第一获取单元，用于采用反电势过零法获取所述电机的转子位置；第二获取单元，用于采用磁链法获取所述电机的转子位置；控制单元，用于在采用所述反电势过零法对所述电机控制的过程中，当通过所述第一获取单元获取所述电机的转子位置时，还通过所述第二获取单元获取所述电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功，其中，如果所述反电势过零检测成功，所述控制单元则根据所述第一获取单元获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并继续采用所述反电势过零法对所述电机进行控制；如果所述反电势过零检测失败，所述控制单元则根据所述第二获取单元获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并开始采用所述磁链法对所述电机进行控制。
根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置，控制单元在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当通过第一获取单元获取电机的转子位置时，还通过第二获取单元获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功，其中，如果反电势过零检测成功，控制单元则根据第一获取单元获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制；如果反电势过零检测失败，控制单元则根据第二获取单元获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。从而在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述控制单元在采用所述磁链法对所述电机控制的过程中，还通过所述第一获取单元获取所述电机的转子位置，并判断反电势过零检测成功的次数是否大于等于预设次数或者所述电机的反电势爬坡斜率是否大于等于预设斜率，其中，如果所述反电势过零检测成功的次数小于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率小于所述预设斜率，所述控制单元则继续采用所述磁链法对所述电机进行控制；如果所述反电势过零检测成功的次数大于等于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率大于等于所述预设斜率，所述控制单元则开始采用所述反电势过零法对所述电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元在采用所述磁链法对所述电机进行控制时，其中，所述控制单元离线获取所述电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表，并在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、母线电压和当前绕组温度，以及根据所述母线电压和所述母线电压-相电流变化率表获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感，以及根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
根据本发明的另一个实施例，所述控制单元在采用所述磁链法对所述电机进行控制时，其中，所述控制单元离线获取所述电机的温度-相电阻表和温度-相电感表，并在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值和当前绕组温度，并获取任意两个时刻对应的所述电机的相电流，以及根据所述任意两个时刻和所述任意两个时刻对应的所述电机的相电流获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感，以及根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制时，其中，所述控制单元根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率，其中，如果所述电机的磁链值大于预设磁链阈值或者所述磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值，则控制所述电机进行换相。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元还用于在获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率之前，判断当前PWM控制周期内所述非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内，如果所述电压差值处于所述预设范围内，则再获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率。
为实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种无刷直流电机的控制***，其包括上述的无刷直流电机的转子位置检测装置。
根据本发明实施例的无刷直流电机的控制***，通过上述的无刷直流电机的转子位置检测装置，在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
为实现上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种吸尘器，其包括上述的无刷直流电机的控制***。
根据本发明实施例的吸尘器，通过上述的无刷直流电机的控制***，在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性，进而提高了吸尘器运行的可靠性。
附图说明
图1是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的采用反电势过零法对电机进行控制时的流程图；
图3a是根据本发明一个实施例的电机起动低速运行过程中反电势的波形示意图；
图3b是根据本发明一个实施例的电机以中高速运行过程中反电势的波形示意图；
图4是根据本发明一个实施例的无刷直流电机相电流的波形图；
图5是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的相电流变化率与母线电压的对应关系图；
图6是根据本发明另一个实施例的无刷直流电机的相电流变化率与母线电压的对应关系图；
图7是根据本发明另一个实施例的无刷直流电机相电流的波形图；
图8是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的线反电动势的波形图；
图9是根据本发明一个实施例的磁链函数G(θ)的波形图；
图10是根据本发明另一个实施例的磁链函数G(θ)的波形图；
图11是根据本发明一个实施例的采用磁链法对电机进行控制时的流程图；
图12是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的转子位置检测方法、非临时性计算机可读存储介质、无刷直流电机的转子位置检测装置、无刷直流电机的控制***以及吸尘器。
图1是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法包括以下步骤：
S1，在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当采用反电势过零法获取电机的转子位置时，还采用磁链法获取电机的转子位置。
其中，采用反电势过零法获取电机的转子位置和采用磁链法获取电机的转子位置均可通过现有技术实现。
S2，判断反电势过零检测是否成功。
S3，如果反电势过零检测成功，则根据反电势过零法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制。
S4，如果反电势过零检测失败，则根据磁链法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。
具体而言，通常在电机以中高速运行时，会采用反电势过零法获取电机的转子位置，并根据获取的转子位置对电机进行换相控制，以使电机持续运行。但是，在根据反电势过零法获取电机的转子位置时，需要保证电机的反电势足够大，一旦反电势过小，将导致无法获得准确的电机的转子位置，例如，当电机的转速降低时，电机的反电势将减小，从而导致通过反电势过零法无法获得电机的转子位置，使得电机无法正常换相，进而导致电机不能正常运行。
为此，在本发明的实施例中，在通过反电势过零法获取电机的转子位置时，还通过磁链法获取电机的转子位置(只获取转子位置，不进行换相)，这样当反电势过零检测失败时，根据磁链法获取的电机的转子位置对电机进行换相，即可保证电机能够继续运行，并切换到磁链法对电机进行控制，从而保证电机的正确换相，进而保证电机能够可靠运行。
进一步地，在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，在电机以中高速运行时，本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法可包括以下步骤：
S201，进入当前反电势过零检测进程。
S202，判断是否检测到反电势过零点。如果是，则执行步骤S203；如果否，则执行步骤S204。
S203，设定换相延时时间，并根据反电势过零法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制。
S204，采用磁链法获取电机的转子位置。
S205，判断反电势过零检测是否超时。如果是，则执行步骤S206；如果否，则退出当前反电势过零检测进程。
S206，根据磁链法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制。
S207，切换到磁链法对电机进行控制。
由此，在采用反电势过零法对电机控制的过程中，通过磁链法获取电机的转子位置以在电机的反电势很小时根据磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相，使得电机能够继续正常运行。例如，在实际应用中，当采用上述转子位置检测方法对吸尘器中的无刷直流电机进行控制时，当负载突然增大时(如，发生堵转或吸入了较大物体)，相应的电机的转速变得很低，当电机的转速较低时，电机的反电势会很小，导致反电势过零检测失败，此时可根据磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相，从而保证电机正确换相，使得电机可以继续正常运行，有效避免了负载突然增大时导致吸尘器工作异常的情况发生，有效提高了吸尘器运行的稳定性。进一步地，在本发明的一些实施例中，在采用磁链法对电机控制的过程中，还采用反电势过零法获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测成功的次数是否大于等于预设次数；如果反电势过零检测成功的次数小于预设次数，则继续采用磁链法对电机进行控制；如果反电势过零检测成功的次数大于等于预设次数，则开始采用反电势过零法对电机进行控制。其中，预设次数可根据实际情况进行标定。
具体地，在电机起动低速运行的过程中，可采用磁链法获取电机的转子位置，并根据获取的转子位置对电机进行换相控制，以使电机加速运行，同时还对电机进行反电势过零检测(只检测反电势过零点，不进行换相)，当反电势过零检测成功的次数满足一定的条件时，可切换到反电势过零法对电机进行控制。也就是说，在电机开始起动的过程中，由于电机的转速比较低，反电势法无法获得准确的电机的转子位置，所以此时采用磁链法对电机进行控制，同时还对电机进行反电势过零检测，当电机的转速升高至一定值时，会持续检测到反电势过零点，此时切换至反电势过零法对电机进行控制。在本发明的另一些实施例中，在采用磁链法对电机控制的过程中，还采用反电势过零法获取电机的转子位置，并获取电机的反电势爬坡斜率，以及判断反电势爬坡斜率是否大于等于预设斜率；如果反电势爬坡斜率小于预设斜率，则继续采用磁链法对电机进行控制；如果反电势爬坡斜率大于等于预设斜率，则开始采用反电势过零法对电机进行控制。其中，反电势爬坡斜率是指电机的反电势的波形平稳上升阶段或者平稳下降阶段所对应的斜率。
具体而言，图3a为电机起动低速运行过程中反电势的波形示意图，图3b为电机以中高速运行过程中反电势的波形示意图，如图3a和图3b所示，在电机起动低速运行的过程中，反电势爬坡平缓，反电势爬坡斜率很低，随着转速的升高，反电势爬坡斜率逐渐加大，因此，可通过检测反电势爬坡斜率判断是否从磁链法切换到反电势过零法对电机进行控制。
例如，在电机起动低速运行的过程中，可采用磁链法获取电机的转子位置，并根据获取的转子位置对电机进行换相控制，以使电机加速运行，同时还对电机进行反电势过零检测，并获取电机的反电势爬坡斜率。其中，如果电机的反电势爬坡斜率小于预设斜率，该预设斜率为能够通过反电势过零法获得准确的电机的转子位置所对应的斜率，则表明当前还不能切换至反电势过零法对电机进行控制，此时继续采用磁链法对电机进行控制；如果电机的反电势爬坡斜率大于等于预设斜率，则表明通过反电势过零法能够获得准确的电机的转子位置，此时切换至反电势过零法对电机进行控制。
由此，在本发明的实施例中，在采用磁链法对电机进行控制的过程中，不仅可以根据反电势过零检测成功的次数判断是否从磁链法切换至反电势过零法对电机进行控制，还可以根据检测到的电机的反电势爬坡斜率判断是否从磁链法切换至反电势过零法对电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，采用磁链法对电机进行控制，包括：离线获取电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表；在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、母线电压和当前绕组温度；根据母线电压和母线电压-相电流变化率表获取电机的相电流变化率，并根据当前绕组温度和温度-相电阻表、温度-相电感表获取电机的相电阻和相电感；根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制。
根据本发明的另一个实施例中，采用磁链法对电机进行控制，包括：离线获取电机的温度-相电阻表和温度-相电感表；在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值和当前绕组温度，并获取任意两个时刻对应的电机的相电流；根据任意两个时刻和任意两个时刻对应的电机的相电流获取电机的相电流变化率，并根据当前绕组温度和温度-相电阻表、温度-相电感表获取电机的相电阻和相电感；根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制。
具体地，假设无刷直流电机的三相绕组采用星型连接，方波驱动的无刷直流电机的永磁体转子通常为面装式结构，没有阻尼绕组，忽略磁滞损耗和涡流损耗，不计磁路饱和的影响，且忽略转子位置变化对电感的影响，以A相为例，则无刷直流电机的相电压方程可表示为：
Figure BDA0001618863190000091
其中，Uan为无刷直流电机A相绕组的相电压，Rs为无刷直流电机的相电阻，ia为无刷直流电机A相绕组的相电流，L为每相绕组等效电感，θ为无刷直流电机转子位置角，λar(θ)为A相绕组匝链的转子永磁磁链。
由于公式(1)中的最后一项为无刷直流电机的反电势，因此，公式(1)可重新定义为：
Figure BDA0001618863190000092
其中，ke为无刷直流电机的反电势系数，far(θ)为一个与磁链有关且随着转子位置角θ周期性变化的函数。
由于无刷直流电机在设计时一般不引出中性点，为了方便计算，由公式(2)可得出线电压方程表达式：
Figure BDA0001618863190000093
其中，Uab为无刷直流电机的线电压，ib为无刷直流电机B相绕组的相电流，ω为无刷直流电机的瞬时角速度，fabr(θ)为一个随无刷直流电机的转子位置角的变化而变化的线线间磁链函数。
进一步地，将公式(3)中包含转子位置角θ的
Figure BDA0001618863190000101
重新定义为一个新的线线间的磁链函数H(θ)ab，即，
Figure BDA0001618863190000102
结合公式(3)可得到：
Figure BDA0001618863190000103
其中，Ua、Ub为无刷直流电机端电压。
由于Hab(θ)是一个与转子位置角有关的函数，因此，理论上通过该函数可以估算出电机的转子位置。但是根据公式(4)可知，在计算Hab(θ)时，除了需要获取无刷直流电机的端电压等电机的参数外，还需要获取无刷直流电机转子的瞬时角速度ω，即需要获取无刷直流电机的转速，而在无位置传感器控制中，无法通过专用的器件来测量电机的转速。为了解决上述问题，可将三相绕组的两个线线间磁链函数相除，以得到一个新的磁链函数G(θ)，即，
Figure BDA0001618863190000104
根据公式(4)和公式(5)可得到：
Figure BDA0001618863190000105
其中，Ua、Ub、Uc为无刷直流电机端电压，ia为无刷直流电机A相绕组的相电流，ib为无刷直流电机B相绕组的相电流，ic为无刷直流电机C相绕组的相电流。
可以理解的是，磁链函数G(θ)与无刷直流电机转子位置具有一一对应的关系，且与无刷直流电机的转速无关，理论上在无刷直流电机的全速范围内均可获取转子位置信息，因此，根据磁链函数G(θ)可在无刷直流电机低速运行阶段获取转子位置信息，并控制无刷直流电机进行准确地换相。
也就是说，在无刷直流电机起动低速运行的过程中，可采用磁链换相法获取无刷直流电机的转子位置并进行准确地换相控制。然而，采用磁链换相法获取转子位置并进行换相时，需要实时获取无刷直流电机的磁链值，并对其进行相应的判断，才能进行准确地换相。根据公式(6)可知，要想获取无刷直流电机的磁链值，需要获取无刷直流电机端电压(包括导通相正端电压、导通相负端电压和非导通相反电势电压)、无刷直流电机各相绕组的相电流、无刷直流电机各相绕组的相电阻、无刷直流电机各相绕组的相电感以及无刷直流电机各相绕组的相电流变化率。
进一步地，无刷直流电机各相绕组的相电阻、相电感与其对应的绕组的温度存在着一定的关系，无刷直流电机各相绕组的相电流变化率与母线电压存在着一定的关系。为了简化代码运算，可预先通过大量的测试，将无刷直流电机各相绕组的相电阻、相电感与其对应的绕组的温度的关系，以及无刷直流电机各相绕组的相电流变化率与其对应的母线电压的关系以离线表格的形式记录下来，即预先通过大量的测试，统计出无刷直流电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表。
具体地，可通过离线测量若干个离散温度点(如，温度间隔可为5℃)下无刷直流电机的各相绕组的相电阻和相电感，以得到无刷直流电机的温度-相电阻表和温度-相电感表，或者通过仿真软件得到无刷直流电机的温度-相电阻表和温度-相电感表。
进一步地，可在若干个不同母线电压(如，电压间隔可为2V)下分别给无刷直流电机提供能够使无刷直流电机顺时针/逆时针导通的电流矢量，并记录观察无刷直流电机的相电流的波形，其中，无刷直流电机的相电流的波形可如图4所示。根据图4中所示的时间间隔Δt和无刷直流电机的相电流变化量Δi，可算出当前母线电压下的无刷直流电机的相电流变化率di/dt。如图5所示，每个母线电压un(n＝1,2，…，N，且N为大于等于1的整数)对应一个无刷直流电机的相电流变化率(di/dt)n(n＝1,2，…，N，且N为大于等于1的整数)，从而可得到母线电压-相电流变化率表。
具体地，在功率开关管导通期间，可通过电阻分压电路依次采集导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压和母线电压，并可通过采样电阻采集母线电流瞬时值(等于无刷直流电机的相电流瞬时值)，以及通过温度传感器实时获取无刷直流电机的当前绕组温度。
根据本发明的一个实施例，采用线性插值算法获取无刷直流电机的相电流变化率、无刷直流电机的相电阻和相电感。
具体地，当获取的无刷直流电机的母线电压落在母线电压-相电流变化率表中的某两个电压值之间时，可采用线性插值算法计算出当前母线电压对应的无刷直流电机的相电流变化率。举例而言，如图5所示，当获取的无刷直流电机的母线电压ux处于母线电压-相电流变化率表中的母线电压u1和母线电压u2之间时，由于母线电压u1对应的无刷直流电机的相电流变化率为(di/dt)1，母线电压u2对应的无刷直流电机的相电流变化率为(di/dt)2，因此，采用线性插值算法可得到以下关系：
Figure BDA0001618863190000121
然后，根据公式(7)可得到当前母线电压ux对应的无刷直流电机的相电流变化率
Figure BDA0001618863190000122
类似地，当获取的当前绕组温度处于温度-相电阻表中某两个温度之间时，可采用线性插值算法计算出当前绕组温度对应的无刷直流电机的相电阻，当获取的当前绕组温度处于温度-相电感表中某两个温度之间时，也可采用线性插值算法计算出当前绕组温度对应的无刷直流电机的相电感，具体可参见关于相电流变化率的获取，这里就不再详述。
根据本发明的另一个实施例，在一些要求不高的应用场合中，除了通过上述实施例中采用线性插值算法获取无刷直流电机的相电流变化率外，还可对图3中离线获取的若干个离散点进行数据的线性拟合，从而得到无刷直流电机的相电流变化率di/dt与母线电压un之间的关系，如图6和公式(8)所示：
di/dt＝k*un+b (8)
其中，k和b均为常数。
这样，在对无刷直流电机控制的过程中，可将检测到的当前母线电压代入公式(8)中，以得到当前母线电压对应的无刷直流电机的相电流变化率。另外，对于相电阻和相电感的获取，在一些要求不高的场合，也可以采用线性拟合的方式，具体可参见相电流变化率的获取，这里不再赘述。
根据本发明的又一个实施例，在没有获取母线电压-相电流变化率表时，还可通过在线计算方式得到无刷直流电机的相电流变化率di/dt。具体而言，如图7所示，在对无刷直流电机控制的过程中，在功率开关器件导通期间，可近似地认为无刷直流电机的相电流线性上升，在无刷直流电机的相电流上升期间的某两个时刻对相电流进行采样，同时记录采样时刻t1和t2，以及对应的相电流i1和i2，即采样点C1(t1，i1)，采样点C2(t2，i2)，根据这两个采样点C1和C2可在线计算出无刷直流电机的相电流变化率di/dt，即，
di/dt＝(i2-i1)/(t2-t1)。
需要说明的是，图7中的两个采样点C1和C2分别选取在PWM控制信号的上升沿和下降沿，然而，在实际取点时，可选取在这两点之间的任意时刻。
由此，在对无刷直流电机控制的过程中，可实时获取无刷直流电机的母线电压和当前绕组温度，并可根据母线电压-相电流变化率表、温度-相电阻表以及温度-相电感表，结合相应的算法有效地获取无刷直流电机的相电流变化率、相电阻和相电感等参数；或者，实时获取无刷直流电机的当前绕组温度，并根据温度-相电阻表以及温度-相电感表，结合相应的算法有效地获取无刷直流电机的相电阻和相电感等参数，同时采用在线计算方式获取当前母线电压对应的无刷直流电机的相电流变化率。然后，根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制。
根据本发明的一个实施例，根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制，包括：根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感获取电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率；如果电机的磁链值大于预设磁链阈值或者磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值，则控制电机进行换相。
具体地，将上述实施例获取的导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值(等于相电流瞬时值)、相电流变化率、相电阻和相电感代入公式(6)中，可计算出无刷直流电机的磁链值，以及可得到磁链函数G(θ)波形以获取磁链函数G(θ)的斜率，并将该无刷直流电机的磁链值与换相阈值进行比较，或者将该磁链函数G(θ)的斜率与预设斜率阈值进行比较，以判断是否控制直流电机进行换相。
需要说明的是，在获取无刷直流电机的磁链值之前，还包括：判断当前PWM控制周期内非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内；如果电压差值处于预设范围内，则再获取无刷直流电机的磁链值。
也就是说，在将导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感代入公式(6)中计算无刷直流电机的磁链值之前，可先判断当前PWM控制周期内非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内，当电压差值处于预设范围内时，再计算无刷直流电机的磁链值，以减少计算的频率，增加计算的可靠性。其中，预设范围的大小由实际测量每个PWM周期的非导通相反电势电压差值加上一定余量得到。
具体而言，根据无刷直流电机常用的数学模型，对公式(6)整理可得：
Figure BDA0001618863190000141
其中，ebc、eab为无刷直流电机的线反电动势电压。
由公式(9)可知，磁链函数G(θ)等同于对应的两个线反电动势相除。其中，无刷直流电机的线反电动势波形如图8所示。在0～2π的电周期内，当ωt分别为π/6、π/2、5π/6、7π/6、3π/2、11π/6时，线反电动势eca、ebc、eab、eca、ebc、eab的值依次为零，且分别对应一个完整电周期内的6个换相时刻。根据公式(9)可知，利用磁链函数G(θ)来确定无刷直流电机的换相时刻，其本质上等同于两个线反电动势相除，当分母上的线反电动势过零时，磁链函数G(θ)会出现一个无穷大的值，从而能够检测出无刷直流电机的换相时刻。由于磁链函数G(θ)中消去了无刷直流电机的转速变量，该方法适用于更宽的转速范围，例如，在无刷直流电机低速运行时使用。
当采用两两导通方式(只控制两相绕组导通，余下一相绕组处于悬空状态)时，在一个完整的电周期内，磁链函数G(θ)有3种表达方式，两两导通方式下的无刷直流电机共有6种换相相序。因此，在采用磁链换相法控制无刷直流电机进行换相时，需要提前确定磁链函数G(θ)的表达式与无刷直流电机的相序是如何对应的。其中，对应图6，不同的电角度区间与磁链函数G(θ)的表达形式的关系可如表1所示。
表1
电角度区间 磁链函数G(θ)
I/IV G(θ)<sub>ca/bc</sub>＝H(θ)<sub>ca</sub>/H(θ)<sub>bc</sub>
II/V G(θ)<sub>bc/ab</sub>＝H(θ)<sub>bc</sub>/H(θ)<sub>ab</sub>
III/VI G(θ)<sub>ab/ca</sub>＝H(θ)<sub>ab</sub>/H(θ)<sub>ca</sub>
在实际应用磁链函数G(θ)判断无刷直流电机的换相时刻时，为了使磁链函数G(θ)计算出的换相点更加准确，只需利用磁链函数G(θ)波形的上半部分就能准确地获取无刷直流电机转子的位置，对应地，磁链函数G(θ)波形如图9所示，换相时刻会出现在磁链函数G(θ)波形的峰值处。
因此，在本发明的一个实施例中，可将根据磁链函数G(θ)计算出的磁链值与预先设定的换相阈值进行比较，当某一时刻的磁链值大于换相阈值时，可判断该时刻为换相时刻，并控制无刷直流电机进行换相。
其中，换相阈值可以为一个固定值，即在整个控制过程中，均使用该固定值与计算的磁链值进行比较，以确定换相时刻。
当然，换相阈值也可以包括多个，多个换相阈值可通过以下方式获取：将无刷直流电机的转速范围划分为多个区间，其中每个区间对应设置有不同的换相阈值且换相阈值与无刷直流电机的转速呈反比关系。
也就是说，上述实施例中的换相阈值可设定为一个固定值，也可设定为多个值，且多个换相阈值可根据转速进行分段设定，转速越高，对应的换相阈值就越小。举例而言，假设无刷直流电机的转速范围为N0～Nx(x为大于等于2的整数)，可将无刷直流电机的转速范围划分为N0～N1、N1～N2、…、Nx-1～Nx共x个区间，当无刷直流电机的转速处于N0～N1范围内时，对应的换相阈值为M1；当无刷直流电机的转速处于N1～N2范围内时，对应的换相阈值为M2；…；当无刷直流电机的转速处于Nx-1～Nx范围内时，对应的换相阈值为Mx。其中，换相阈值M1、M2、…、Mx依次减小。
在实际应用中，除了通过上述实施例中将磁链值与换相阈值进行比较以判断是否控制无刷直流电机进行换相外，还可根据磁链函数G(θ)的斜率判断是否控制无刷电机进行换相。
具体地，如图10所示，在接近电机的换相时刻，磁链函数G(θ)bc/ab的斜率为无穷大，即，换相时刻总是发生在磁链函数G(θ)bc/ab从正无穷到负无穷的跳变时刻。因此，在本发明的实施例中，可以通过利用磁链函数G(θ)的斜率确定电机的换相点，以控制电机进行换相，例如，当磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值时，控制电机进行换相。
其中，预设斜率阈值可设定为一个固定值，也可设定为多个值，且多个预设斜率阈值可根据转速进行分段设定，转速越高，对应的预设斜率阈值就越小。举例而言，假设无刷直流电机的转速范围为N0～Nx(x为大于等于2的整数)，可将无刷直流电机的转速范围划分为N0～N1、N1～N2、…、Nx-1～Nx共x个区间，当无刷直流电机的转速处于N0～N1范围内时，对应的预设斜率阈值为K1；当无刷直流电机的转速处于N1～N2范围内时，对应的预设斜率阈值为K2；…；当无刷直流电机的转速处于Nx-1～Nx范围内时，对应的预设斜率阈值为Kx。其中，预设斜率阈值K1、K2、…、Kx依次减小。
由此，在无刷直流电机的低速运行阶段，通过获取无刷直流电机的相关参数以计算出无刷直流电机的磁链值，并在磁链值大于换相阈值(或者磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值)时进行换相，可有效避免因无刷直流电机的转速较低而导致无刷直流电机无法正确换相，同时，在获取无刷直流电机的相关参数时，还对相电阻和相电感进行温度补偿，以及根据当前母线电压对相电流变化率进行实时获取，从而使得换相更加准确，实现了无刷直流电机的准确换相，保证了无刷直流电机具有较大的启动转矩，避免了电机出现失步的现象，可靠性高。
并且，在电机起动低速运行的过程中，在控制电机进行换相时，还进行反电势过零检测，当连续N次成功检测到反电势过零点(或者，反电势爬坡斜率大于预设斜率)时，切换到反电势过零法对电机进行控制。
进一步地，在本发明的一个具体实施例中，如图11所示，在电机起动低速运行时，本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法可包括以下步骤：
S501，磁链计算。
S502，判断计算的磁链值是否大于预设磁链阈值。如果是，则执行步骤S503；如果否，则执行步骤S504。
S503，对电机进行换相控制。
S504，进行反电势过零检测。
S505，判断是否检测到反电势过零点。如果是，则执行步骤S506；如果否，则执行步骤S509。
S506，连续成功检测到反电势过零点的次数加1。
S507，判断连续成功检测到反电势过零点的次数是否大于N。如果是，则执行步骤S508；如果否，则继续采用磁链法对电机进行控制。其中，N表示连续N次反电势过零检测成功，切换到反电势过零法对电机进行控制，具体可根据实际情况进行标定。
S508，切换到反电势过零法对电机进行控制。
S509，判断连续成功检测到反电势过零点的次数是否大于等于M。如果是，则执行步骤S510；如果否，则继续采用磁链法对电机进行控制。其中，M表示当反电势过零检测成功M次后，一旦出现反电势过零检测失败，则清零反电势过零检测成功次数，具体可根据实际情况进行标定，且M＜N。
S510，判断反电势过零检测是否超时。如果是，则执行步骤S511；如果否，返回步骤S504。
S511，连续成功检测到反电势过零点的次数清零。
由此，在电机起动低速运行的过程中，采用磁链法对电机进行控制，并在控制过程中进行反电势过零检测，以在连续多次检测到反电势过零点时，切换至反电势过零法对电机进行控制。
根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法，采用磁链法和反电势过零法结合使用的方式，能够保证电机在全转速范围内准确检测到电机的转子位置，实现电机的正确换相，从而保证电机在全转速范围内可靠运行。当本发明实施例的转子位置检测方法应用于吸尘器中的无刷直流电机时，在吸尘器开始起动低速运行的过程中，采用磁链法控制电机进行换相，并在换相过程中进行反电势过零检测，以在采用反电势过零法能够成功检测到电机的转子位置时切换至反电势过零法对电机进行控制，并在采用反电势过零法检测电机的转子位置时进行磁链计算，以在负载突然增大时，如电机出现堵转时，采用磁链计算的转子位置正常换相，并切换到磁链法对电机进行控制，保证电机转速急速降低的情况下电机仍可以正确换相可靠运行，而当吸尘器恢复正常工作时，又可以切换到反电势过零法对电机进行控制，从而通过两种方式的切换控制实现电机在全转速范围内的可靠运行，有效提高吸尘器的可靠性。
综上所述，根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法，在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当采用反电势过零法获取电机的转子位置时，还采用磁链法获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功。如果反电势过零检测成功，则根据反电势过零法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制；如果反电势过零检测失败，则根据磁链法获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。从而在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
另外，本发明的实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的转子位置检测方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的无刷直流电机的转子位置检测方法，在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
图12是根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置的方框示意图。如图12所示，本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置包括：第一获取单元100、第二获取单元200和控制单元300。
其中，第一获取单元100用于采用反电势过零法获取电机的转子位置；第二获取单元200用于采用磁链法获取电机的转子位置；控制单元300用于在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当通过第一获取单元100获取电机的转子位置时，还通过第二获取单元200获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功。如果反电势过零检测成功，控制单元300则根据第一获取单元100获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制；如果反电势过零检测失败，控制单元300则根据第二获取单元200获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，控制单元300在采用磁链法对电机控制的过程中，还通过第一获取单元100获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测成功的次数是否大于等于预设次数，其中，如果反电势过零检测成功的次数小于预设次数，控制单元300则继续采用磁链法对电机进行控制；如果反电势过零检测成功的次数大于等于预设次数，控制单元300则开始采用反电势过零法对电机进行控制。
根据本发明的另一个实施例，控制单元300在采用磁链法对电机控制的过程中，还通过第一获取单元100获取电机的转子位置，并获取电机的反电势爬坡斜率，以及判断反电势爬坡斜率是否大于等于预设斜率，其中，如果反电势爬坡斜率小于预设斜率，控制单元300则继续采用磁链法对电机进行控制；如果反电势爬坡斜率大于等于预设斜率，控制单元300则开始采用反电势过零法对电机进行控制。
根据本发明的一个实施例，控制单元300在采用磁链法对电机进行控制时，其中，控制单元300离线获取电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表，并在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、母线电压和当前绕组温度，以及根据母线电压和母线电压-相电流变化率表获取电机的相电流变化率，并根据当前绕组温度和温度-相电阻表、温度-相电感表获取电机的相电阻和相电感，以及根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制。
根据本发明的另一个实施例，控制单元300在采用磁链法对电机进行控制时，其中，控制单元300离线获取电机的温度-相电阻表和温度-相电感表，并在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值和当前绕组温度，并获取任意两个时刻对应的电机的相电流，以及根据任意两个时刻和任意两个时刻对应的电机的相电流获取电机的相电流变化率，并根据当前绕组温度和温度-相电阻表、温度-相电感表获取电机的相电阻和相电感，以及根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制。
根据本发明的一个实施例，控制单元300根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感对电机进行换相控制时，其中，控制单元300根据导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、相电流变化率、相电阻和相电感获取电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率，其中，如果电机的磁链值大于预设磁链阈值或者磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值，则控制电机进行换相。
根据本发明的一个实施例，控制单元300还用于在获取电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率之前，判断当前PWM控制周期内非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内，其中，如果电压差值处于预设范围内，则再获取电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率。
需要说明的是，本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测方法中所披露的细节，具体这里不再详述。
根据本发明实施例的无刷直流电机的转子位置检测装置，控制单元在采用反电势过零法对电机控制的过程中，当通过第一获取单元获取电机的转子位置时，还通过第二获取单元获取电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功，其中，如果反电势过零检测成功，控制单元则根据第一获取单元获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并继续采用反电势过零法对电机进行控制；如果反电势过零检测失败，控制单元则根据第二获取单元获取的电机的转子位置对电机进行换相控制，并开始采用磁链法对电机进行控制。从而在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
另外，本发明的实施例还提出了一种无刷直流电机的控制***，其包括上述的无刷直流电机的转子位置检测装置。
根据本发明实施例的无刷直流电机的控制***，通过上述的无刷直流电机的转子位置检测装置，在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性。
此外，本发明的实施例还提出了一种吸尘器，其包括上述的无刷直流电机的控制***。
根据本发明实施例的吸尘器，通过上述的无刷直流电机的控制***，在电机转速突然降低时，即使反电势很小导致采用反电势过零法无法检测到电机的转子位置，也可以通过磁链法获得的电机的转子位置对电机进行换相控制，保证电机能够继续正常运行，大大提高了电机运行的可靠性，进而提高了吸尘器运行的可靠性。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
另外，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种无刷直流电机的转子位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在采用反电势过零法对所述电机控制的过程中，当采用所述反电势过零法获取所述电机的转子位置时，还采用磁链法获取所述电机的转子位置；
判断反电势过零检测是否成功；
如果所述反电势过零检测成功，则根据所述反电势过零法获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并继续采用所述反电势过零法对所述电机进行控制；
如果所述反电势过零检测失败，则根据所述磁链法获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并开始采用所述磁链法对所述电机进行控制。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机的转子位置检测方法，其特征在于，
在采用所述磁链法对所述电机控制的过程中，还采用所述反电势过零法获取所述电机的转子位置，并判断反电势过零检测成功的次数是否大于等于预设次数或者所述电机的反电势爬坡斜率是否大于等于预设斜率；
如果所述反电势过零检测成功的次数小于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率小于所述预设斜率，则继续采用所述磁链法对所述电机进行控制；
如果所述反电势过零检测成功的次数大于等于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率大于等于所述预设斜率，则开始采用所述反电势过零法对所述电机进行控制。
3.如权利要求2所述的无刷直流电机的转子位置检测方法，其特征在于，所述采用所述磁链法对所述电机进行控制，包括：
离线获取所述电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表；
在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、母线电压和当前绕组温度；
根据所述母线电压和所述母线电压-相电流变化率表获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感；
根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
4.如权利要求2所述的无刷直流电机的转子位置检测方法，其特征在于，所述采用所述磁链法对所述电机进行控制，包括：
离线获取所述电机的温度-相电阻表和温度-相电感表；
在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值和当前绕组温度，并获取任意两个时刻对应的所述电机的相电流；
根据所述任意两个时刻和所述任意两个时刻对应的所述电机的相电流获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感；
根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
5.如权利要求3或4所述的无刷直流电机的转子位置检测方法，其特征在于，所述根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制，包括：
根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率；
如果所述电机的磁链值大于预设磁链阈值或者所述磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值，则控制所述电机进行换相。
6.如权利要求5所述的无刷直流电机的转子位置检测方法，其特征在于，在获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率之前，还包括：
判断当前PWM控制周期内所述非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内；
如果所述电压差值处于所述预设范围内，则再获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率。
7.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的无刷直流电机的转子位置检测方法。
8.一种无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于采用反电势过零法获取所述电机的转子位置；
第二获取单元，用于采用磁链法获取所述电机的转子位置；
控制单元，用于在采用所述反电势过零法对所述电机控制的过程中，当通过所述第一获取单元获取所述电机的转子位置时，还通过所述第二获取单元获取所述电机的转子位置，并判断反电势过零检测是否成功，其中，
如果所述反电势过零检测成功，所述控制单元则根据所述第一获取单元获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并继续采用所述反电势过零法对所述电机进行控制；
如果所述反电势过零检测失败，所述控制单元则根据所述第二获取单元获取的所述电机的转子位置对所述电机进行换相控制，并开始采用所述磁链法对所述电机进行控制。
9.如权利要求8所述的无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，
所述控制单元在采用所述磁链法对所述电机控制的过程中，还通过所述第一获取单元获取所述电机的转子位置，并判断反电势过零检测成功的次数是否大于等于预设次数或者所述电机的反电势爬坡斜率是否大于等于预设斜率，其中，
如果所述反电势过零检测成功的次数小于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率小于所述预设斜率，所述控制单元则继续采用所述磁链法对所述电机进行控制；
如果所述反电势过零检测成功的次数大于等于所述预设次数或者所述反电势爬坡斜率大于等于所述预设斜率，所述控制单元则开始采用所述反电势过零法对所述电机进行控制。
10.如权利要求9所述的无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述控制单元在采用所述磁链法对所述电机进行控制时，其中，所述控制单元离线获取所述电机的温度-相电阻表、温度-相电感表和母线电压-相电流变化率表，并在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值、母线电压和当前绕组温度，以及根据所述母线电压和所述母线电压-相电流变化率表获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感，以及根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
11.如权利要求9所述的无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述控制单元在采用所述磁链法对所述电机进行控制时，其中，所述控制单元离线获取所述电机的温度-相电阻表和温度-相电感表，并在每个PWM控制周期的高电平时间内，获取导通相正端电压、导通相负端电压、非导通相反电势电压、母线电流瞬时值和当前绕组温度，并获取任意两个时刻对应的所述电机的相电流，以及根据所述任意两个时刻和所述任意两个时刻对应的所述电机的相电流获取所述电机的相电流变化率，并根据所述当前绕组温度和所述温度-相电阻表、所述温度-相电感表获取所述电机的相电阻和相电感，以及根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制。
12.如权利要求10或11所述的无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述控制单元根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感对所述电机进行换相控制时，其中，
所述控制单元根据所述导通相正端电压、所述导通相负端电压、所述非导通相反电势电压、所述母线电流瞬时值、所述相电流变化率、所述相电阻和所述相电感获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率，其中，
如果所述电机的磁链值大于预设磁链阈值或者所述磁链函数G(θ)的斜率大于预设斜率阈值，则控制所述电机进行换相。
13.如权利要求12所述的无刷直流电机的转子位置检测装置，其特征在于，所述控制单元还用于在获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率之前，判断当前PWM控制周期内所述非导通相反电势电压与上一PWM控制周期内非导通相反电势电压之间的电压差值是否处于预设范围内，如果所述电压差值处于所述预设范围内，则再获取所述电机的磁链值或者磁链函数G(θ)的斜率。
14.一种无刷直流电机的控制***，其特征在于，包括如权利要求8-13中任一项所述的无刷直流电机的转子位置检测装置。
15.一种吸尘器，其特征在于，包括如权利要求14所述的无刷直流电机的控制***。
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