CN112104290B - 电机转子磁极初始位置辨识方法及装置 - Google Patents

电机转子磁极初始位置辨识方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电机转子磁极初始位置辨识方法，包括以下步骤：多次注入不同电压脉冲，并采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压；分别计算多对采集电压的对应电压增量；根据多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区；计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势；根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区，该电机转子磁极初始位置辨识方法无需使用电流信息，只需检测三相端电压，检测时间短、精度高，且易于实现。

Description

电机转子磁极初始位置辨识方法及装置
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种电机转子磁极初始位置辨识方法及装置。
背景技术
永磁同步电机具有体积小、效率高、动态性能好、稳态精度高等优势，广泛应用于风机、泵、家用电器、工业制造等各种电机驱动场合。为了实现永磁同步电机的可靠起动，需要获得转子磁极的初始位置，然后施加正确的电压矢量方向。然而，实际过程中由于成本、体积等约束，无法安装位置传感器。如果无法获得转子磁极初始位置，可能会导致电机起动反转，甚至起动失败，这对起动性能要求较高的场合是不允许的。而对于安装增量式光电编码器场合，在起动开始时刻没有绝对位置信号，通常需要额外增加三相霍尔位置传感器，以确定转子磁极初始位置。但是这种方法增加了***成本并导致位置传感器线路更加复杂，可靠性降低。因此，需要研究永磁同步电机转子磁极初始位置辨识方法。
目前，初始位置辨识通常是需要施加作用时间短暂且方向不同的电压脉冲，然后比较不同电压方向下母线电流大小，电流越大，说明施加电压方向越靠近转子磁极所在位置；或是施加高频正弦电压信号，通过高频电流响应解调位置，并结合磁极N、S区分方法，得到转子磁极初始位置。
但是，上述方法要求电机具有较大的电感凸极性，即要求d、q轴电感差值越大越好。实际中，对于表贴式永磁同步电机，其电感凸极性往往较弱。采用施加电压脉冲方式，由于母线电流采样需要用于过流保护，其采样量程宽，分辨率低。因此，在施加不同方向电压脉冲时，其母线电流差异不明显，无法准确辨识磁极位置。如果增加电压脉冲作用时间，则有可能导致电机在初始位置辨识过程发生转动，无法满足高可靠性起动要求。采用高频正弦电压注入方法辨识转子磁极初始位置，需要较高精度的相电流传感器，不适合低成本应用场合，且同样受电流检测精度和电感凸极率的影响。
有鉴于此，一种可以准确判断电机转子磁极初始位置的方法及装置显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电机转子磁极初始位置辨识方法，该方法可以避免判断过程中转子发生转动，有效缩短了转子磁极初始位置的判断时间，提高了判断精度。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种电机转子磁极初始位置辨识方法，包括以下步骤：多次注入不同电压脉冲，并采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压；分别计算所述多对采集电压的对应电压增量；根据所述多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区；计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势；根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，所述多对采集电压中的每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。
在本发明的一实施例中，根据所述多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较所述多对采集电压的对应电压增量的大小以确定转子磁极可能位于的扇区。
在本发明的一实施例中，所述端电压变化趋势为端电压的斜率。
在本发明的一实施例中，根据所述端电压的斜率确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：根据所述端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，至少注入六次不同电压脉冲。
在本发明的一实施例中，注入六次不同电压脉冲，其中，第一次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，b相接母线负端，c相悬空；第二次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，a相接母线负端，c相悬空；第三次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，c相接母线负端，a相悬空；第四次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，b相接母线负端，a相悬空；第五次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，a相接母线负端，b相悬空；第六次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，c相接母线负端，b相悬空。
在本发明的一实施例中，所述扇区包括扇区1至扇区12，所述扇区的角度为30度。
在本发明的一实施例中，注入所述六次不同电压脉冲，分别采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，获得三对采集电压，分别为a相端电压、b相端电压和c相端电压，并分别计算a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量。
在本发明的一实施例中，确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，若c相端电压增量大于b相端电压增量，则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11；若b相端电压增量最大，若a相端电压增量大于c相端电压增量，则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9；若c相端电压增量最大，若b相端电压增量大于a相端电压增量，则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7。
在本发明的一实施例中，计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12；若判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7；若判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8；若判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9；若判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10；若判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
在本发明的一实施例中，确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区；若b相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区；若c相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的一实施例中，计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区；若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区；若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的一实施例中，根据比例系数对所述端电压进行降压和/或根据滤波系数对所述端电压进行滤波，以得到所述多对采集电压。
在本发明的一实施例中，通过注入六次不同电压脉冲将所述转子磁极定位至30度或60度的范围内。
本发明的另一方面提供一种电机转子磁极初始位置辨识装置，包括：电压增量比较模块，配置为根据多次注入的不同电压脉冲，采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压，分别计算所述多对采集电压的对应电压增量，且根据所述多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区；以及磁极判断模块，配置为计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，所述多对采集电压中的每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。
在本发明的一实施例中，所述电压增量比较模块根据所述多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较所述多对采集电压的对应电压增量的大小以确定转子磁极可能位于的扇区。
在本发明的一实施例中，所述端电压变化趋势为端电压的斜率。
在本发明的一实施例中，所述磁极判断模块根据所述端电压的斜率确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：根据所述端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，至少注入六次不同电压脉冲。
在本发明的一实施例中，注入六次不同电压脉冲，其中，第一次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，b相接母线负端，c相悬空；第二次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，a相接母线负端，c相悬空；第三次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，c相接母线负端，a相悬空；第四次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，b相接母线负端，a相悬空；第五次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，a相接母线负端，b相悬空；第六次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，c相接母线负端，b相悬空。
在本发明的一实施例中，所述扇区包括扇区1至扇区12，所述扇区的角度为30度。
在本发明的一实施例中，注入所述六次不同电压脉冲，分别采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，获得三对采集电压，分别为a相端电压、b相端电压和c相端电压，并分别计算a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量。
在本发明的一实施例中，所述电压增量比较模块根据所述多对采集电压的对应电压增量确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，若c相端电压增量大于b相端电压增量，则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11；若b相端电压增量最大，若a相端电压增量大于c相端电压增量，则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9；若c相端电压增量最大，若b相端电压增量大于a相端电压增量，则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7。
在本发明的一实施例中，所述磁极判断模块计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12；若判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7；若判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8；若判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9；若判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10；若判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
在本发明的一实施例中，所述电压增量比较模块根据所述多对采集电压的对应电压增量确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区；若b相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区；若c相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的一实施例中，所述磁极判断模块计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区；若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区；若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的一实施例中，还包括：电压测量模块，配置为根据比例系数对所述端电压进行降压和/或根据滤波系数对所述端电压进行滤波，以得到所述多对采集电压。
在本发明的一实施例中，通过注入六次不同电压脉冲将所述转子磁极定位至30度或60度的范围内。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：
本发明的电机转子磁极初始位置辨识方法根据多对采集电压的对应电压增量来确定电机转子磁极可能位于的扇区，并通过计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，从而确定转子磁极位于的实际扇区。该断电机转子磁极初始位置的方法不仅可以避免判断过程中转子发生转动，而且有效缩短了转子磁极初始位置的判断时间，提高了判断精度。
本发明可以将转子磁极位置定位至60度范围内，无需电流信息，进一步的，可以将转子磁极位置定位至60度范围内。该电机转子磁极初始位置辨识方法无需使用电流信息，只需检测三相端电压，检测时间短、精度高，且易于实现。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的流程图；
图2是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识装置的电压测量模块的结构示意图；
图3是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的电压矢量方向及扇区的示意图；
图4是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的注入电压脉冲为a+b-时的电机***的简化原理图；
图5是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的三相端电压和转子磁极位置之间的关系的波形图；
图6是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的注入电压脉冲与转子磁极位置的波形图；
图7是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的转子磁极位于0度时的实验结果图；
图8是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的转子磁极位于180度时的实验结果图；
图9是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识装置的示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的器件，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的词语“下方”和“下面”能够包含上和下两个方向。器件也可能具有其他朝向(旋转90度或处于其他方向)，因此应相应地解释此处使用的空间关系描述词。此外，还将理解，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在***部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在***部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。
本发明的以下实施例提出一种电机转子磁极初始位置辨识方法，该方法可以避免判断过程中转子发生转动，有效缩短了转子磁极初始位置的判断时间，提高了判断精度。
本发明的电机转子磁极初始位置辨识方法，包括以下步骤：多次注入不同电压脉冲，并采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压；分别计算多对采集电压的对应电压增量；根据多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区；计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势；根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区。
图1是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的流程图。下面结合图1对该方法进行说明。可以理解的是，下面所进行的描述仅仅示例性的，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神的情况下，进行各种变化。
步骤110，多次注入不同电压脉冲，并采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压。
在本发明的一实施例中，多对采集电压中的每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。
示例性的，电机可以配置为接收多次注入电压脉冲，并根据接收到的多次注入电压脉冲产生多对采集电压，该多对采集电压为悬空相的端电压。
在本发明的一些实施例中，多次注入电机的不同电压脉冲可以包括至少六次不同电压脉冲。
优选地，注入电机的六次电压脉冲形式可以包括但不限制于以下脉冲形式：
第一次电压脉冲为a+b-，即a相接母线正端，b相接母线负端，c相悬空；第二次电压脉冲为b+a-，即b相接母线正端，a相接母线负端，c相悬空；第三次电压脉冲为b+c-，即b相接母线正端，c相接母线负端，a相悬空；第四次电压脉冲为c+b-，即c相接母线正端，b相接母线负端，a相悬空；第五次电压脉冲为c+a-，即c相接母线正端，a相接母线负端，b相悬空；第六次电压脉冲为a+c-，即a相接母线正端，c相接母线负端，b相悬空。
应当理解，本领域技术人员可以根据实际需要对注入电机的电压脉冲次数进行调整，本发明并非以此为限。
在一个非限制性的例子中，可以分别记录第一次电压脉冲注入产生的采集电压为ucG1；记录第二次电压脉冲注入产生的采集电压为ucG2；记录第三次电压脉冲注入产生的采集电压为uaG1；记录第四次电压脉冲注入产生的采集电压为uaG2；记录第五次电压脉冲注入产生的采集电压为ubG1；记录第六次电压脉冲注入产生的采集电压为ubG2。
在一些实施例中，为了提高采集电压准确度，需要在注入电压脉冲作用一定时间后再采集，以避免采集电压建立过程中的电压振荡。
在本实施例中，每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。例如，注入第一次电压脉冲和第二次电压脉冲时，均是c相悬空，注入第三次电压脉冲和第四次电压脉冲时，均是a相悬空，注入第五次电压脉冲和第六次电压脉冲时，均是c相悬空。因此，第一次电压脉冲和第二次电压脉冲、第三次电压脉冲和第四次电压脉冲以及第五次电压脉冲和第六次电压脉冲分别为一对采集电压。
步骤120，分别计算多对采集电压的对应电压增量。
在一些示例中，可以计算多个采集电压中的相同悬空相的采集电压的增量以得到多个电压增量。
在本发明的一实施例中，注入六次不同电压脉冲，分别采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，获得三对采集电压，分别为a相端电压、b相端电压和c相端电压，并分别计算a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量。
示例性的，可以分别计算上述三对采集电压中的每对采集电压的电压增量以得到相应的电压增量，即：ΔucG＝ucG1-ucG2；ΔuaG＝uaG1-uaG2；ΔubG＝ubG1-ubG2。
在本发明的一些实施例中，在步骤110之前还可以包括：根据比例系数对端电压进行降压和/或根据滤波系数对端电压进行滤波，以得到多对采集电压。
在计算多对采集电压中的每对采集电压的电压增量以得到多个电压增量之前可以分别根据比例系数和/或滤波系数对采集电压进行降压和/或滤波。
可以理解，对采集电压进行降压和/或滤波可以通过分压电阻和RC滤波构成的电压测量模块来实现，但本申请并非以此为限。
图2是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识装置的电压测量模块的结构示意图。
参考图2所示，电压测量模块由两个分压电阻R1和R2和一个电容C1构成分压和低通滤波器(LPF)电路，从而可以实时检测电机三相端口对地电压。通过降压和滤波后的端电压信息送至模数转换器(ADC)，经ADC处理后作为采集电压。
应当注意，对于非隔离型驱动器可以采用如图2所示的电压测量模块；对于隔离型驱动器，则需要在进入ADC之前增加隔离运放等电气隔离器件。
在一些示例中，上述比例系数可以满足以下公式：
Figure BDA0002689614830000111
其中，GV为比例系数，R1和R2分别为两个分压电阻的阻值。
优选地，电压衰减增益选择要考虑母线电压和ADC量程，为提高电压辨识精度，优选比例系数为：
Figure BDA0002689614830000112
其中，UADCmax为最大可采集电压，Udc为额定母线电压，MV为采集电压余量。
采集电压余量MV可以优选为1.2，即可以采集1.2倍的母线电压。
在一些示例中，两个分压电阻的阻值选择需要满足电压衰减增益的要求，同时需考虑电阻额定功耗，可以将R1、R2分拆成多个同类型电阻串联形式，减小单个电阻额定功率。
在一些示例中，上述滤波系数可以满足以下公式：
Figure BDA0002689614830000113
其中，Rp＝(R1R2)/(R1+R2)，fLPF为滤波系数，R1和R2分别为两个分压电阻的阻值，C1为电容值。
滤波系数是指一阶低通滤波器的截止频率。优选的，为了提高电压辨识精度，同时避免低通滤波延迟对***的影响，可以将fLPF设置为脉冲宽度调制(PWM)频率的约二分之一。
通过将采集电压按照设计的比例系数进行衰减，可以使其满足ADC的电压采集范围要求。同时，采用一定的滤波系数对其进行滤波，可以削弱采集电压的信号噪声。
步骤130，根据多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区。
示例性的，可以在步骤120得到的多个电压增量的基础上，比较多个电压增量的大小，进而根据多个电压增量确定电机转子磁极位于的多个扇区中的(相对的)两个扇区。
在本发明的一实施例中，扇区包括扇区1至扇区12，扇区的角度为30度。
图3是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的电压矢量方向及扇区的示意图。参考图3所示，根据注入电机的六次电压脉冲，转子磁极的初始位置可以分成12个扇区，分别是扇区1至扇区12，且每个扇区角度为30度。
在本发明的一实施例中，根据多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较多对采集电压的对应电压增量的大小以确定转子磁极可能位于的扇区。
例如，对于注入六次电压脉冲的情况，可以比较三个电压增量ΔuaG、ΔubG和ΔucG的大小：
Δumax＝max{ΔuaG,ΔubG,ΔucG} (4)
在本发明的第一实施例中，确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：
比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，若c相端电压增量大于b相端电压增量，则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11；若b相端电压增量最大，若a相端电压增量大于c相端电压增量，则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9；若c相端电压增量最大，若b相端电压增量大于a相端电压增量，则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7。
示例性的，若Δumax为ΔuaG，则进一步判断ΔucG＞ΔubG是否成立，若成立则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11。
若Δumax为ΔubG，则进一步判断ΔuaG＞ΔucG是否成立，若成立则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9。
若Δumax为ΔucG，则进一步判断ΔubG＞ΔuaG是否成立，若成立则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7。
在本发明的第二实施例中，确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：
比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区；若b相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区；若c相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
示例性的，若Δumax为ΔuaG，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区。
若Δumax为ΔubG，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区。
若Δumax为ΔucG，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
参考图3所示，通过上述电压增量幅值和极性判别，可以将转子磁极所在的扇区从十二个缩小到相对的两个扇区中。
下面结合公式对根据电压增量来判断转子磁极位置的具体原理进行详细说明：
首先，获得多次电压脉冲作用下的电压增量表达式。对于永磁同步电机，假设三相绕组正弦分布，可以建立电机定子电压方程：
Figure BDA0002689614830000131
其中，
Figure BDA0002689614830000132
分别表示定子电压、定子电流、定子磁链矢量；Rs为定子电阻，p为微分算子；abc表示三相定子坐标系。
Figure BDA0002689614830000133
可以表示为：
Figure BDA0002689614830000141
其中，
Figure BDA0002689614830000142
为定子电感矩阵，
Figure BDA0002689614830000143
为永磁体磁链在abc坐标系上矢量。
Figure BDA0002689614830000144
可以表示为：
Figure BDA0002689614830000145
其中，L、M分别表示定子自感和互感。
建立三相端电压方程有：
Figure BDA0002689614830000146
Figure BDA0002689614830000147
Figure BDA0002689614830000148
其中，uaG、ubG、ucG分别为a、b、c三相的端电压，ea、eb、ec分别为a、b、c三相的旋转反电动势；uNG为中性点电压。
对于注入六次电压脉冲的情况，假设施加第一次电压脉冲，a相绕组为正，b相绕组接地，c相悬空。
图4是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的注入电压脉冲为a+b-时的电机***的简化原理图。
根据图4所示的原理图可以得到：
Figure BDA0002689614830000149
由于电机静止，三相反电动势分别为零，即：
ea＝0、eb＝0、ec＝0 (12)
将公式(11)和(12)代入公式(8)和(9)，并将公式(8)+(9)，可到中性点电压：
Figure BDA00026896148300001410
将公式(11)至(13)代入公式(10)，可到悬空相c相电压为：
Figure BDA00026896148300001411
同理，施加第二次电压脉冲，有：
Figure BDA00026896148300001412
施加第三次电压脉冲，有：
Figure BDA00026896148300001413
施加第四次电压脉冲，有：
Figure BDA0002689614830000151
施加第五次电压脉冲，有：
Figure BDA0002689614830000152
施加第六次电压脉冲，有：
Figure BDA0002689614830000153
图5是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的三相端电压和转子磁极位置之间的关系的波形图。
参考图5所示，电机的三相端电压存在Udc/2的偏置，且在Udc/2附近做正弦规律波动，可以通过比较端电压大小以及其与Udc/2之间关系，确定转子磁极所在扇区。
图6是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的注入电压脉冲与转子磁极位置的波形图。参考图6所示，通过比较电压增量可以判断出转子磁极位置可能位于6或12这两个扇区之一。
步骤140，计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势。
在本发明的一实施例中，端电压变化趋势为端电压的斜率。
在一些示例中，可以计算多个扇区对应的悬空相的端电压的斜率。在另一些示例中，还可以计算多个扇区对应的所有相的端电压的斜率。
在步骤130根据电压增量判断出两个可能位于的扇区之后，需要进一步区分转子磁极位于上述两个扇区中哪一个。因此，需要先计算这两个扇区的采集电压的斜率，以进一步区分转子磁极的N、S极。
步骤150，根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，根据端电压的斜率确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：根据端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区。
在本实施例中，可以根据端电压的斜率来判断转子磁极位于相对的两个扇区中的一个扇区。
参考图6所示，为了进一步确定转子磁极在6和12这两个扇区中的哪一个扇区，需要根据公式(14)来计算第一次电压脉冲注入时，悬空相端电压ucG的斜率：
Figure BDA0002689614830000161
若注入电压方向和转子磁极所在方向误差在90度之内，随着电压作用时间增大，d轴电流将增加，导致d轴电感减小，因此会导致LΔ增大。假设短时间内pia保持不变，则ucG将上升，斜率为正。反之，若转子磁极位置与注入电压矢量方向超过90度，则将产生负向d轴电流，导致d轴电感增大，因此会导致LΔ减小。假设短时间内pia保持不变，则ucG将下降，斜率为负。
因此，若判断ucG斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12。同理，可依次判断其他情况下转子磁极的初始位置。
在本发明的第一实施例中，计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12；若判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7；若判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8；若判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9；若判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10；若判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
示例性的，若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算ucG的斜率，若判断ucG斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12；
若电压增量比较模块判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算ucG的斜率，若判断ucG斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7。
若电压增量比较模块判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算ubG的斜率，若判断ubG斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8。
若电压增量比较模块判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算ubG的斜率，若判断ubG斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9。
若电压增量比较模块判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算uaG的斜率，若判断uaG斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10。
若电压增量比较模块判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算uaG的斜率，若判断uaG斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
在本发明的第二实施例中，计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区；若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区；若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
示例性的，若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算ucG的斜率，若判断ucG斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区。
若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算uaG的斜率，若判断uaG斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区。
若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算ubG的斜率，若判断ubG斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的以上实施例中，可以通过注入六次不同电压脉冲，将转子磁极定位至30度或60度的范围内。
应当理解，在此使用了图1所示的流程图来说明根据本申请的实施例的电机转子磁极初始位置辨识方法所执行的步骤/操作。应当理解的是，这些步骤/操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤/操作。同时，或将其他步骤/操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步步骤/操作。
图7是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的转子磁极位于0度时的实验结果图。
参考图7所示，转子磁极位置位于0度时，施加六次注入电压脉冲，分别如图7中的第一次a+b-，第二次b+a-，第三次b+c-，第四次c+b-，第五次c+a-和第六次a+c-。六个采集电压分别是第一次电压脉冲注入产生的采集电压ucG1，第二次电压脉冲注入产生的采集电压ucG2，第三次电压脉冲注入产生的采集电压uaG1，第四次电压脉冲注入产生的采集电压uaG2，第五次电压脉冲注入产生的采集电压ubG1，第六次电压脉冲注入产生的采集电压ubG2。
通过比较电压增量，计算出ΔucG，ΔuaG，ΔubG，且比较三者大小关系为ΔucG>ΔuaG>ΔubG，因此可以初步判定转子磁极位于扇区1或扇区7。
进一步的，由于ucG电压上升，即端电压的斜率为正，则判断出转子磁极的初始位置在扇区1。转子磁极位置的判断结果与实际值一致，表明采用本方法判断转子磁极初始位置有效。
图8是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识方法的转子磁极位于180度时的实验结果图。
参考图8所示，转子磁极位置位于180度时，施加六次注入电压脉冲，分别如图8中的第一次a+b-，第二次b+a-，第三次b+c-，第四次c+b-，第五次c+a-和第六次a+c-。六个采集电压分别是第一次电压脉冲注入产生的采集电压ucG1，第二次电压脉冲注入产生的采集电压ucG2，第三次电压脉冲注入产生的采集电压uaG1，第四次电压脉冲注入产生的采集电压uaG2，第五次电压脉冲注入产生的采集电压ubG1，第六次电压脉冲注入产生的采集电压ubG2。
通过比较电压增量，计算出ΔucG，ΔuaG，ΔubG，且比较三者大小关系为ΔucG>ΔuaG>ΔubG，因此可以初步判定转子磁极位于扇区1或扇区7。
进一步的，由于ucG电压下降，即端电压的斜率为负，则判断出转子磁极的初始位置在扇区7。转子磁极位置的判断结果与实际值一致，表明采用本方法判断转子磁极初始位置有效。
另一方面，参考图7和图8所示可知，电压脉冲注入后，端电压建立的时间非常段，例如可以小于40us。因此，本发明的电机转子磁极初始位置辨识方法可以减小电压脉冲的作用时间，从而避免在判断过程中转子发生转动。
此外，本发明的电机转子磁极初始位置辨识方法最终可以将转子磁极的初始位置定位至一个具体的扇区中。例如，六次电压脉冲注入可以将转子磁极定位至60度的范围内，且无需使用电流信息，进一步的，可以将转子磁极定位至30度的范围内，而常规六次电压脉冲注入检测六次母线电流判别方法得到转子磁极位置则在60度范围内。因此，本发明可以进一步提高转子磁极初始位置的辨识精度。
本发明的电机转子磁极初始位置辨识方法只需检测三相端电压而无需使用电流信息，检测时间短，且最终可以将转子磁极的初始位置定位于一个扇区范围内，判断精度高且易于实现。
本发明的以上实施例提供了一种电机转子磁极初始位置辨识方法，该方法可以避免判断过程中转子发生转动，有效缩短了转子磁极初始位置的判断时间，提高了判断精度。
本发明的另一方面提出一种电机转子磁极初始位置辨识装置，该装置可以避免判断过程中转子发生转动，有效缩短了转子磁极初始位置的判断时间，提高了判断精度。
图9是本发明一实施例的一种电机转子磁极初始位置辨识装置的示意图。参考图9所示，电机转子磁极初始位置辨识装置900包括电压增量比较模块920和磁极判断模块930。
其中，电压增量比较模块920配置为根据多次注入的不同电压脉冲，采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压，分别计算多对采集电压的对应电压增量，且根据多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区。磁极判断模块930配置为计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，多对采集电压中的每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。
在本发明的一实施例中，扇区包括扇区1至扇区12，扇区的角度为30度。
在本发明的一实施例中，电压增量比较模块920根据多对采集电压的对应电压增量确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较多对采集电压的对应电压增量的大小以确定转子磁极可能位于的扇区。
在本发明的一实施例中，端电压变化趋势为端电压的斜率。
在本发明的一实施例中，磁极判断模块930根据端电压的斜率确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：根据端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区。
在本发明的一实施例中，至少注入六次不同电压脉冲。
在本发明的一实施例中，注入六次不同电压脉冲，其中，第一次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，b相接母线负端，c相悬空；第二次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，a相接母线负端，c相悬空；第三次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，c相接母线负端，a相悬空；第四次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，b相接母线负端，a相悬空；第五次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，a相接母线负端，b相悬空；第六次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，c相接母线负端，b相悬空。
在本发明的一实施例中，注入六次不同电压脉冲，分别采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，获得三对采集电压，分别为a相端电压、b相端电压和c相端电压，并分别计算a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量。
在本发明的第一实施例中，电压增量比较模块920确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，若c相端电压增量大于b相端电压增量，则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11；若b相端电压增量最大，若a相端电压增量大于c相端电压增量，则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9；若c相端电压增量最大，若b相端电压增量大于a相端电压增量，则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7。
在本发明的第一实施例中，磁极判断模块930计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12；若判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7；若判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8；若判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9；若判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10；若判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
在本发明的第二实施例中，电压增量比较模块920确定转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；若a相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区；若b相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区；若c相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的第二实施例中，磁极判断模块930计算可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区；若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区；若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
在本发明的一实施例中，通过注入六次不同电压脉冲将转子磁极定位至30度或60度的范围内。
继续参考图9所示，在本发明的一实施例中，电机转子磁极初始位置辨识装置900还包括电压测量模块910。电压测量模块910配置为根据比例系数对端电压进行降压和/或根据滤波系数对端电压进行滤波，以得到多对采集电压。
在本发明的一实施例中，比例系数满足以下公式：
Figure BDA0002689614830000221
Figure BDA0002689614830000222
其中，GV为比例系数，R1和R2分别为两个分压电阻的阻值，UADCmax为最大可采集电压，Udc为额定母线电压，MV为采集电压余量。
在本发明的一实施例中，滤波系数满足以下公式：
Figure BDA0002689614830000223
Rp＝(R1R2)/(R1+R2)；其中，fLPF为滤波系数，R1和R2分别为两个分压电阻的阻值，C1为电容值。
应当理解，上述电机转子磁极初始位置辨识方法可以在例如图9所示的电机转子磁极初始位置辨识装置900或其变化例中实施，但本发明并不以此为限。
本实施例的电机转子磁极初始位置辨识装置的其他实施细节可参考图1至图8所描述的实施例，在此不再展开。本领域技术人员可以根据实际需要对例如图9所示的电机转子磁极初始位置辨识装置900的具体内部结构做出适当的调整，本发明并非以此为限。
本发明的以上实施例提供了一种电机转子磁极初始位置辨识装置，该装置可以避免判断过程中转子发生转动，有效缩短了转子磁极初始位置的判断时间，提高了判断精度。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的***组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的***。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (24)

1.一种电机转子磁极初始位置辨识方法，包括以下步骤：
多次注入不同电压脉冲，并采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压，其中所述悬空相的端电压为所述电机三相端口的对地电压；
分别计算所述多对采集电压的对应电压增量；
比较所述多对采集电压的对应电压增量的大小以确定转子磁极可能位于的扇区，包括步骤：
比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小，
若a相端电压增量最大，若c相端电压增量大于b相端电压增量，则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11，
若b相端电压增量最大，若a相端电压增量大于c相端电压增量，则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9，
若c相端电压增量最大，若b相端电压增量大于a相端电压增量，则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7；
计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压的斜率的正负；
根据所述端电压的斜率正负确定转子磁极位于的实际扇区，包括步骤：
若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12，
若判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7，
若判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8，
若判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9，
若判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10，
若判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多对采集电压中的每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述端电压变化趋势为端电压的斜率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述端电压的斜率确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
根据所述端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少注入六次不同电压脉冲。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，注入六次不同电压脉冲，其中，第一次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，b相接母线负端，c相悬空；第二次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，a相接母线负端，c相悬空；第三次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，c相接母线负端，a相悬空；第四次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，b相接母线负端，a相悬空；第五次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，a相接母线负端，b相悬空；第六次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，c相接母线负端，b相悬空。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扇区包括扇区1至扇区12，所述扇区的角度为30度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，注入所述六次不同电压脉冲，分别采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，获得三对采集电压，分别为a相端电压、b相端电压和c相端电压，并分别计算a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：
比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；
若a相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区；
若b相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区；
若c相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区；
若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区；
若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据比例系数对所述端电压进行降压和/或根据滤波系数对所述端电压进行滤波，以得到所述多对采集电压。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过注入六次不同电压脉冲将所述转子磁极定位至30度或60度的范围内。
13.一种电机转子磁极初始位置辨识装置，包括：
电压增量比较模块，配置为根据多次注入的不同电压脉冲，采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，以获得多对采集电压，分别计算所述多对采集电压的对应电压增量，比较所述多对采集电压的对应电压增量的大小以确定转子磁极可能位于的扇区，所述电压增量比较模块根据所述多对采集电压的对应电压增量确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：
比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小，
若a相端电压增量最大，若c相端电压增量大于b相端电压增量，则转子磁极位于扇区6或12，否则位于扇区5或11，
若b相端电压增量最大，若a相端电压增量大于c相端电压增量，则转子磁极位于扇区4或10，否则位于扇区3或9，
若c相端电压增量最大，若b相端电压增量大于a相端电压增量，则转子磁极位于扇区2或8，否则位于扇区1或7，其中所述悬空相的端电压为所述电机三相端口的对地电压；以及
磁极判断模块，配置为计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压的斜率的正负，且根据所述端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区，所述磁极判断模块计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
若判断出转子磁极位置在扇区6或12，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区6，否则位于扇区12，
若判断出转子磁极位置在扇区1或7，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1，否则位于扇区7，
若判断出转子磁极位置在扇区2或8，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区2，否则位于扇区8，
若判断出转子磁极位置在扇区3或9，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3，否则位于扇区9，
若判断出转子磁极位置在扇区4或10，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区4，否则位于扇区10，
若判断出转子磁极位置在扇区5或11，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5，否则位于扇区11。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述多对采集电压中的每对采集电压为相同悬空相在不同注入电压脉冲下的采集电压。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述端电压变化趋势为端电压的斜率。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述磁极判断模块根据所述端电压的斜率确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
根据所述端电压的斜率的正负确定转子磁极位于的实际扇区。
17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，至少注入六次不同电压脉冲。
18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，注入六次不同电压脉冲，其中，第一次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，b相接母线负端，c相悬空；第二次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，a相接母线负端，c相悬空；第三次电压脉冲注入形式为b相接母线正端，c相接母线负端，a相悬空；第四次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，b相接母线负端，a相悬空；第五次电压脉冲注入形式为c相接母线正端，a相接母线负端，b相悬空；第六次电压脉冲注入形式为a相接母线正端，c相接母线负端，b相悬空。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述扇区包括扇区1至扇区12，所述扇区的角度为30度。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，注入所述六次不同电压脉冲，分别采集不同电压脉冲下悬空相的端电压，获得三对采集电压，分别为a相端电压、b相端电压和c相端电压，并分别计算a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量。
21.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述电压增量比较模块根据所述多对采集电压的对应电压增量确定所述转子磁极可能位于的扇区的步骤包括：
比较a相端电压增量、b相端电压增量和c相端电压增量的大小；
若a相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区；
若b相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区；
若c相端电压增量最大，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述磁极判断模块计算所述可能位于的扇区对应悬空相的端电压变化趋势，且根据所述端电压变化趋势确定转子磁极位于的实际扇区的步骤包括：
若转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区或扇区11和12组成的大扇区，则计算c相端电压的斜率，若判断c相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区5和6组成的大扇区，否则位于扇区11和12组成的大扇区；
若转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区或扇区9和10组成的大扇区，则计算a相端电压的斜率，若判断a相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区3和4组成的大扇区，否则位于扇区9和10组成的大扇区；
若转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区或扇区7和8组成的大扇区，则计算b相端电压的斜率，若判断b相端电压的斜率为正，则转子磁极位于扇区1和2组成的大扇区，否则位于扇区7和8组成的大扇区。
23.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：
电压测量模块，配置为根据比例系数对所述端电压进行降压和/或根据滤波系数对所述端电压进行滤波，以得到所述多对采集电压。
24.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，通过注入六次不同电压脉冲将所述转子磁极定位至30度或60度的范围内。
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