阅读说明：本技术 转子初始角的确定方法、装置、系统和存储介质 (Method, device and system for determining initial angle of rotor and storage medium ) 是由 李伟亮 苏瑞涛 刘亚川 潘忠亮 范雨卉 李芝炳 王韶涵 李帅 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种转子初始角的确定方法、装置、电机系统和存储介质。该转子为电动汽车永磁同步电机的位置传感器旋转变压器的转子,该转子初始角的确定方法：获取所述转子的默认初始角；根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件；根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角。本发明实施例的技术方案,通过根据默认初始角控制电机的转速和电流达到设定条件,在此状态下,根据电机d轴的电压确定转子的初始角,实现了转子位置的自动标定,无需借助外部平台,确定方法简单、易行、准确度高。(The invention discloses a method and a device for determining an initial angle of a rotor, a motor system and a storage medium. The rotor is a rotor of a position sensor rotary transformer of an electric automobile permanent magnet synchronous motor, and the determination method of the initial angle of the rotor comprises the following steps: acquiring a default initial angle of the rotor; controlling the rotating speed and the current of the synchronous motor to reach set conditions according to the default initial angle; an initial angle of the rotor is determined from a d-axis voltage of the synchronous machine. According to the technical scheme of the embodiment of the invention, the rotation speed and the current of the motor are controlled according to the default initial angle to reach the set conditions, and in this state, the initial angle of the rotor is determined according to the voltage of the d axis of the motor, so that the automatic calibration of the position of the rotor is realized, an external platform is not needed, and the determination method is simple, easy to implement and high in accuracy.)

转子初始角的确定方法、装置、系统和存储介质

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种转子初始角的确定方法、装置、系统和存储介质。

背景技术

在新能源车动力电机系统中，由于永磁同步电机具有调速范围宽、转动惯量低、转矩电流比高、功率因数高、转矩波动小、易实现高速运行等优点，永磁同步电机是目前应用最广泛的一种电机。但永磁同步电机控制需要转子位置信息，因此需要相应的传感器。由于旋变变压器可以在高温、严寒、潮湿、高速、高震动等光电编码器无法正常工作的场合正常工作，且旋转变压器可输出电机转子的绝对位置，因此车用动力电机系统普遍采用旋转变压器作为转子位置传感器。

在旋转变压器的安装过程中，应尽可能使旋转变压器零度的位置与电机零度的位置重合。但在实际安装过程中，由于安装设备误差、人为操作误差等因素，无法将旋转变压器的零度位置与电机零度的位置完全重合，存在一定的角度偏差，此角度偏差即为转子位置初始角(或称为转子位置偏移角)。由于该初始角直接影响到电机系统的扭矩响应、扭矩精度，甚至是外特性，进而影响到整车的动力性、经济性和舒适性。因此每台电机下线过程均需对电机初始角进行测量，并标记跟踪。

传统的初始角标定方法需在电机系统台架上进行，该方法需要台架资源、人力资源等，无法满足自动化产线的要求，且由于人为操作的过程，受操作人员的主观感受影响，无法保证测试结果的稳定性和一致性。且传统方法无法实现初始角的自动存储过程，可能引入记录过程带来的误差。

发明内容

本发明提供一种转子初始角的确定方法、装置、电机系统和存储介质，以实现旋转变压器转子位置的自动标定。

第一方面，本发明实施例提供了一种转子初始角的确定方法，该转子为电动汽车永磁同步电机的位置传感器旋转变压器的转子，该方法包括：

获取所述转子的默认初始角；

根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件；

根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角。

第二方面，本发明实施例还提供了一种转子初始角的确定装置，该装置包括：

默认初始角获取模块，用于获取所述转子的默认初始角；

电机转速和电流控制模块，用于根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件；

初始角确定模块，用于根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角。

第三方面，本发明实施案例还提供了一种电动汽车的电机系统，该电动汽车的电机系统包括：永磁同步电机、旋转变压器、电机控制器、高压供电电压和低压供电电源，其中，所述旋转变压器为所述永磁同步电机的位置传感器；所述低压供电电源用于为所述电机控制器供电；所述高压供电电源用于为所述电机系统供电，以控制所述电机旋转；所述电机控制器包括初始角标定模块，所述初始角标定模块用于执行发明任意实施例所提供的转子初始角的确定方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行本发明任意实施例所提供的转子初始角的确定方法。

本发明实施例的技术方案，通过根据默认初始角控制电机的转速和电流达到设定条件，保证电机的状态接近于正常行驶的状态，在此状态下，根据电机d轴的电压确定转子的初始角，实现了转子初始角度的自动标定，且无需借助外部平台，可以在永磁同步电机处于正常工作的情况下进行初始角的确定，确定方法简单、易行、准确度高。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种转子初始角的确定方法的流程图；

图2是本发明实施例二中的一种转子初始角的确定方法的流程图；

图3是本发明实施例三中的一种转子初始角的确定电路装置的结构示意图；

图4A是本发明实施例四中的一种电动汽车的电机系统的结构示意图；

图4B是本发明实施例四中的一种电机控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅展示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种转子初始角的确定方法的流程图，本实施例可适用于确定电动汽车的永磁同步电机转子的初始位置的情况，该方法可以由转子初始角的确定装置来执行，该装置可以由硬件和软件来实现，如图1所示，该方法包括：

步骤110、获取转子的默认初始角。

其中，转子可以是电动汽车永磁同步电机的位置传感器旋转变压器的转子。默认初始角可以是用户指定的一个角度，如根据经验值设定的，也可以是转子的初始角范围的中间值，其中，初始角范围由所述旋转变压器的安装误差确定。即根据同步电机的旋转变压器的安装方式，确定其加工误差进而得到初始角的取值范围，默认初始角即为该取值范围的中间值，即最大值和最小值的平均值。

具体的，旋转变压器为永磁同步电机的位置传感器，其输出的是电机转子的绝对位置，即电机转子变化的角度。且由于在安装的过程中，无法确保旋转变压器的零度位置与永磁电机的转子的零度位置完全重合，从而存在一定的角度偏差，该角度偏差即为变压器转子的初始角，也称为偏移角。而默认初始角并不一定等同于实际的初始角，而是根据安装误差范围确定的一个值。

步骤120、根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件。

其中，设定条件包括：同步电机的转速达到设定转速和电流达到设定电流。还可以为：同步电机的转速达到设定转速且持续至少第一设定时间，以及电流达到设定电流且持续至少第二设定时间。

在设定条件中添加第一设定时间以及第二设定时间的限制，是为了保证电机正常运行且运行处于稳定状态。

可选的，根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件，包括：根据所述默认初始角及所述设定转速控制所述同步电机的转速；当所述同步电机的转速达到设定转速且持续第一设定时间时，根据所述默认初始角及设定电流控制所述同步电机的电流，以使所述同步电机的电流达到设定电流且持续第二设定时间。

其中，设定转速可以是额定转速，这样设置的好处在于，控制电机工作于额定转速下，更符合其正常运行的状态，从而有效保证初始角确定的准确性。设定转速也可以其他用户指定的转速，应保证小于同步电机的最大转速。设定电流包括励磁电流Id和转矩电流Iq，具体的，设定电流可以是Id＝0，Iq＝0。第一设定时间可以是2s、3s、4s或者其他值。第二设定时间可以是0.5s、1s、1.5s或者其他值。

示例性的，步骤120包括两个阶段：1)启动阶段：经由电机控制器根据默认初始角控制同步电机工作在转速模式，其设定转速为同步电机的额定转速，当同步电机的实际转速达到额定转速且持续至少3s时，进入准备阶段；2)准备阶段：经由电机控制器根据默认初始角控制同步电机进入IdIq电流控制模式，其设定电流为Id＝0，Iq＝0，当电流实际电流达到设定电流且持续至少1s时，本步骤完成，进入下一步骤。

步骤130、根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角。

其中，d轴为永磁同步电机的旋转的两相坐标系的一个方向轴。永磁同步电机是一种三相交流电机，由于三相交流电机是一个耦合强、非线性的多变量系统，其在三相静止坐标系中的数学模型十分复杂，所以对于三相交流电机常常应用矢量控制方法，采用坐标变换，将三相交流的绕组等效变换成两相互相垂直的交流绕组或者旋转的两相直流绕组，即将静止的三相坐标系转换为静止的两相坐标系或旋转的两相坐标系，以简化数学模型和分析控制。该旋转的两相坐标系的两个轴分别为d轴和q轴。

可选的，根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角，包括：

根据所述同步电机的d轴电压与目标电压的差值确定所述转子的初始角叠加值；根据所述默认初始角及所述初始角叠加值确定所述转子的初始角。

其中，目标电压可以是0V。当同步电机的励磁电流Id和转矩电流Iq均为0时，d轴电压Ud便是由于转子的初始角引起的，因此，可以根据同步电机的d轴电压Ud确定转子的初始角叠加值；进而根据所述默认初始角及所述初始角叠加值确定所述转子的初始角。

本发明实施例的技术方案，通过根据默认初始角控制电机的转速和电流达到设定条件，保证电机的状态接近于正常行驶的状态，在此状态下，根据电机d轴的电压确定转子的初始角，实现了转子初始角度的自动标定，且无需借助外部平台，可以在永磁同步电机处于正常工作的情况下进行初始角的确定，确定方法简单、易行、准确度高。

实施例二

图2是本发明实施例二中的一种转子初始角的确定方法的流程图，本实施例是在上一实施例的基础上进一步细化，如图2所示，本实施例提供的转子初始角的确定方法包括：

步骤210、获取转子的默认初始角。

步骤220、根据所述默认初始角及所述设定转速控制所述同步电机的转速以设定斜率增加至所述设定转速。

其中，设定斜率可以是80rpm/s、100rpm/s、120rpm/s或者其他值。这样设置的好处在于避免速度变化太快而引起转速的波动。

具体的，在该过程中，还可以实时监测转速的波动值，当转速的波动值大于转速波动阈值时，停止进行初始角确定，同时还可以上报相应的故障。转速波动太大，说明电机当前的运行状态不稳定，从而会导致较大的误差，故此时应停止进行后续的步骤，并上报转速波动过大的故障。

进一步地，可以是当检测到转速的波动值大于转速波动阈值，且持续至少第三设定时间时，停止进行所述转子的初始角的确定。根据故障出现并持续一段时间来进行相应的故障处理和上报，保证了故障现象的有效性。

其中，转速波动阈值可以是5rpm/s、8rpm/s、10rpm/s或者其他值，第三设定时间可以是1s、1.5s、2s或者其他值。

步骤230、当所述同步电机的转速达到设定转速且持续第一设定时间时，根据所述默认初始角及设定电流控制所述同步电机的电流。

具体的，在该过程中，还可以实时监测电流(包括励磁电流和转矩电流)的波动值，当电流的波动值大于电流波动阈值时，停止进行初始角确定，同时还可以上报相应的故障。电流波动太大，说明电机当前的运行状态不稳定，从而会导致较大的误差，故此时应停止进行后续的步骤，并上报电流波动过大的故障。

进一步地，可以是当检测到电流的波动值大于转速波动阈值，且持续至少第四设定时间时，停止进行所述转子的初始角的确定。根据故障出现并持续一段时间来进行相应的故障处理和上报，保证了故障现象的有效性。

其中，电流波动阈值可以是5A、8A、10A或者其他值，第四设定时间可以是0.5s、1s、1.5s或者其他值。

步骤240、当所述同步电机的电流达到设定电流且持续第二设定时间时，根据所述同步电机的d轴电压与目标电压的差值确定所述转子的初始角叠加值。

可选的，在根据所述同步电机的d轴电压与目标电压的差值确定所述转子的初始角叠加值之前，还包括：对所述同步电机的d轴电压进行滤波处理。具体的，可以经由低通滤波器处理所述同步电机的d轴电压，以实现滤波。低通滤波器的截止频率可以是50Hz、100Hz、150Hz或其他值，截止频率可以是一个固定的值，也可以是一个可以调节的值，本发明实施例对此不进行限定。

进一步地，若该初始叠加值大于设定角度阈值，则停止进行初始角的确定，并上报相应的故障。其中，设定角度阈值可以是±8°、±10°、±12°或者其他值。当初始角叠加值过大或过小，说明旋转变压器的安装误差太大，应进行相应的调整。

步骤250、当所述同步电机的d轴电压与目标电压的差值小于设定差值且持续第五设定时间，则确定所述默认初始角与所述初始角叠加值的和为所述转子的初始角。

其中，设定差值可以是±0.1V或者其他值，第五设定时间可以是0.5s、1s、1.5s或者其他值。

进一步地，在步骤230至步骤250的过程中，还可以监测所述同步电机的转速，当转速低于0.8倍的设定转速(额定转速)时，停止进行初始角的确定，并上报转速过低的故障。

可选的，还可以记录进行初始角确定的运行时间，当该运行时间超过时间阈值时，停止进行初始角的确定，并上报运行时间过长的故障。

可选的，在确定所述默认初始角与所述初始角叠加值的和为所述转子的初始角之后，还包括：将所述转子的初始角存储至非易失性存储器中。

示例性的，本发明实施例所提供的初始角的确定方法包括五大阶段，分别为启动阶段、准备阶段、标定阶段、存储阶段和停机阶段，具体步骤如下所示：

1)、启动阶段：经由电机控制器根据默认初始角控制待测电机(永磁同步电机)工作在转速模式，其设定转速为待测电机的额定转速。具体的，控制待测电机的转速以斜率100rpm/s控制转速至设定转速，从而避免速度变化太快引起的转速波动。在该过程中，监测该电机的实际转速波动，当波动大于5rpm且持续1s时，停止进行后续步骤，并将初始角确定标志位置为0，同时上报转速波动过大故障信号。当该电机的实际转速达到额定转速且持续至少3s时，该阶段完成，进入准备阶段。

2)、准备阶段：经由电机控制器根据默认初始角控制待测电机进入电流控制模式，设定电流为Id＝0，Iq＝0。在该过程中，监测电流的波动值，当电流的波动值大于10A且持续至少0.5s时，停止进行后续步骤，并将初始角确定标志位置为0，同时上报电流波动过大故障信号。当电机实际电流达到设定值且持续1s以上，该阶段完成，进入准备阶段。

3)、标定阶段：经由电机控制器控制待测电机保持在电流控制模式，维持电流的设定电流为Id＝0，Iq＝0，设定d轴电压Ud的目标电压为0V。在该过程中，监测电流的波动值，当电流的波动值大于10A且持续至少0.5s时，停止进行后续步骤，并将初始角确定标志位置为0，同时上报电流波动过大故障信号。将经过电流闭环控制输出的滤波后的d轴电压Ud与目标值0V进行比较，将两者的差值进行PI闭环控制，从而经由PI控制器输出初始角叠加值。再进入下一个循环，比较当前的d轴电压Ud与目标值0V的差值，得到本次循环的初始角叠加值，并将上一次循环得到的初始角叠加值与当前循环的初始角叠加值进行叠加，以更新初始角叠加值，即最终得到的初始角叠加值为各次循环所输出的初始角叠加值之和。当d轴电压Ud与目标值0V的差值小于0.1V且至少持续1s时，该阶段完成，同时将初始角确定标志位置为1，进入存储阶段。

在该过程中，当初始角叠加值超过±10°，则停止后续步骤，初始角确定标志位置为0，并上报初始角范围过大的故障信号。在该过程中，监测待测电机的转速，当转速低于0.8倍的额定转速时，停止后续步骤，初始角确定标志位置为0，并上报转速过低的故障信号。该步骤应记录该步骤开始至结束的运行时间，若运行时间超过5s，则自动停止后续步骤，初始角确定标志位置为0，同时上报标定时间过长的故障信号。

4)、存储阶段：当初始角确定标志位置为1时，进入存储阶段，将初始角叠加值与默认初始角进行叠加后，保存至非易失性存储器中。

5)、停机阶段：经由电机控制器控制待测电机进入转速模式，设定转速为0rpm，转速变化斜率为100rpm/s，当转速低于200rpm时，退出该初始角确定过程，整个功能完成。

本发明实时例的技术方案，通过根据默认初始角控制电机的转速和电流达到设定值并持续一定时间，保证了电机的状态的可靠，为提高确定精度打下了基础；同时，监测电机转速、电流的波动值，当发生较大波动时，停止进行初始角的确定，保证了初始角确定的可靠性和有效性；根据电压Ud与目标值的差值确定初始角叠加值，该叠加值与默认初始角的和即为转子的初始角，实现了转子的初始角的自动确定，无需依赖外部平台，且在同步电机正常车载的状态下即可进行初始角的确定，确定方法操作简单、易行、快速，且所确定的初始角的精度高。

实施例三

图3是本发明实施例三中的一种转子初始角的确定装置的结构示意图，如图3所示，该转子初始角的确定装置包括：默认初始角获取模块310、电机转速和电流控制模块320和初始角确定模块330。

其中，默认初始角获取模块310，用于获取所述转子的默认初始角；电机转速和电流控制模块320，用于根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件；初始角确定模块330，用于根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角。

本发明实施例的技术方案，通过根据默认初始角控制电机的转速和电流达到设定条件，保证电机的状态接近于正常行驶的状态，在此状态下，根据电机d轴的电压确定转子的初始角，实现了转子初始角度的自动标定，且无需借助外部平台，可以在永磁同步电机处于正常工作的情况下进行初始角的确定，确定方法简单、易行、准确度高。

可选的，电机转速和电流控制模块320，包括：

转速控制单元，用于根据所述默认初始角及所述设定转速控制所述同步电机的转速；电流控制单元，用于当所述同步电机的转速达到设定转速且持续第一设定时间时，根据所述默认初始角及设定电流控制所述同步电机的电流，以使所述同步电机的电流达到设定电流且持续第二设定时间。

可选的，转速控制单元，具体用于：根据所述默认初始角及所述设定转速控制所述同步电机的转速以设定斜率增加至所述设定转速，同时监测所述同步电机的转速的波动值；当所述转速的波动值大于设定转速阈值且持续第三设定时间时，停止进行所述转子的初始角的确定。

可选的，电流控制单元，具体用于：当所述同步电机的转速达到设定转速且持续第一设定时间时，根据所述默认初始角及设定电流控制所述同步电机的电流，以使所述同步电机的电流达到设定电流且持续第二设定时间，同时监测所述同步电机的电流的波动值；当所述电流的波动值大于设定电流阈值且持续第四设定时间时，停止进行所述转子的初始角的确定。

可选的，初始角确定模块330，包括：叠加值确定单元，用于根据所述同步电机的d轴电压与目标电压的差值确定所述转子的初始角叠加值；初始角确定单元，用于根据所述默认初始角及所述初始角叠加值确定所述转子的初始角。

可选的，初始角确定单元，具体用于：当所述同步电机的d轴电压与目标电压的差值小于设定差值且持续第五设定时间，则确定所述默认初始角与所述初始角叠加值的和为所述转子的初始角。

本发明实施例所提供的转子初始角的确定装置可执行本发明任意实施例所提供的转子初始角的确定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例四

图4是本发明实施例四中的一种电动汽车的电机系统的结构示意图，如图4所示，该电动汽车的电机系统包括：永磁同步电机410、旋转变压器420、电机控制器430、高压供电电压440和低压供电电源450，电机控制器430包括初始角标定模块431，初始角标定模块431用于执行本发明任意实施例所提供的转子初始角的确定方法。

其中，旋转变压器420为永磁同步电机410的位置传感器；低压供电电源450用于为电机控制器430供电；高压供电电源440用于为永磁同步电机410供电，以控制永磁同步电机410旋转。

具体的，电机控制器430包括初始角标定模块431、转速闭环控制模块432、转矩闭环控制模块433和电流闭环控制模块434。其中，初始角标定模块431用于根据默认初始角以及设定转速Spd^*控制转速闭环控制模块432的转速，以及根据电流闭环控制模块434输出的电压Ud确定永磁同步电机的旋转变压器的初始角OFST，并将初始角OFST输出至电流闭环控制模块434；转速闭环控制模块432用于根据初始角标定模块431的默认初始角以及设定转速Spd^*控制电机达到设定转速，并输出与设定转速Spd^*对应的目标转矩Tq^*；转矩闭环控制模块433根据目标转矩Tq^*输出目标励磁电流Id^*和目标转矩电流Iq^*；电流闭环控制模块434根据目标励磁电流Id^*和目标转矩电流Iq^*控制电机的电流，并输出电压Ud至初始角标定模块431，同时输出的6路PWM信号(6^*PWM)进行电平转换和必要的信号处理。

实施例五

本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种转子初始角的确定方法，该方法包括：

获取所述转子的默认初始角；

根据所述默认初始角控制所述同步电机的转速及电流达到设定条件；

根据所述同步电机的d轴电压确定所述转子的初始角。

当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的转子初始角的确定方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述转子初始角的确定装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。