CN113364359B - 无位置传感器控制方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无位置传感器控制方法、装置及存储介质，无位置传感器控制方法包括：根据第一预设阈值，确定电机的运行状态；根据电机的运行状态，采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息；根据第二预设阈值和第二位置信息，获取第一位置信息用于转矩控制的可信度。本发明提供的无位置传感器控制方法、装置及存储介质，能够广泛地应用到永磁同步电机控制系统中，不需要额外硬件开销，节约了硬件成本；而且，实现了位置辨识的高ASIL等级，保证了转矩控制能够达到安全等级ASIL C或者ASIL D，能够在全速度范围内满足新能源汽车无传感器控制的安全等级要求。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机领域，尤其是涉及一种无位置传感器控制方法、装置及存储介质。
背景技术
随着人们环保意识的提高和汽车技术的快速发展，新能源汽车凭借节约燃油资源、减少废气排放、有效保护环境等诸多优点得到越来越广泛的应用。现有技术中，新能源电驱动系统通常采用永磁同步电机作为机电能量转换装置，而基于永磁同步电机的控制系统一般采用旋转变压器进行角度位置获取。然而，由于旋转变压器接线复杂，旋转变压器的引入大大增加了电驱动系统的复杂度；再加上旋转变压器受电机磁场等影响较大，旋转变压器容易损坏，降低了电驱动系统的可靠性。据不完全统计，旋转变压器是新能源电驱动系统中失效率较高的部件之一。因此，永磁同步电机无位置传感器控制技术得到了本领域技术人员的广泛关注。
无位置传感器按照运行状态可分为低速运行、中速运行和高速运行三种运行状态。相对应地，现有技术中，永磁同步电机无位置传感器控制技术大致可分为两类：一类适用于中速和高速，另外一类适用于零速和低速。其中，中速和高速的控制方法大多基于电机基波模型，直接或间接地从反电势中获取转子位置信息，该方法简单易行，具有较好的估计效果，但是却存在着在零速和低速时运行性能欠佳的缺陷。而零速和低速时反电势信号较小，难以从反电势中获取转子位置信息，通常采用基于电机的高频模型采用信号注入方法获取角度位置信息，该方法在低速和零速阶段拥有良好的性能，但却存在着实现较复杂的缺陷。
与此同时，作为汽车的动力装置，电驱动系统需要有较高的功能安全等级，需要满足ASIL C或者ASIL D的要求，为此，电驱动软件中引入EGAS(Electronic GraduateApplication System)三层架构，包括：L1(功能层)、L2(功能监控层)以及L3(硬件监控层)。转子位置作为实现转矩(扭矩)控制的重要信号，同样需要达到ASIL C或者ASIL D的安全等级，使用传统的旋转变压器时需要L2采用和L1不一样的AD Group采样、不同的解码算法等，实现与L1独立冗余的功能监控。当L1使用无位置传感器控制时，在低速必须采用高频注入，目前，在本领域公开的技术资料上，还没有看到记载同时实现两种高频注入分别在L1和L2实现位置观测的公开方案。
因此，如何克服现有技术中存在的上述不足，提供一种无位置传感器控制方法，以实现满足安全等级要求的全速度范围内的无位置传感器的高精度、高动态性能的控制，日益成为本领域技术人亟待解决的技术问题之一。
需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种无位置传感器控制方法、装置及存储介质，以实现全速度范围内高精度、高动态性能的无位置传感器控制，从而使得转矩控制能够满足ASIL C或者ASIL D的安全等级要求。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种无位置传感器控制方法，用于无位置传感器的电机，包括以下步骤：
根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态；
根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息；
根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度。
可选地，所述电机的运行状态包括低速状态和高速状态；
所述根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息的方法，包括：
若所述电机运行在低速状态，则所述功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取所述第二位置信息；
若所述电机运行在高速状态，则所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息。
可选地，所述电机的运行状态还包括高低速过渡区域；
所述根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息的方法，包括：
若所述电机运行在高低速过渡区域，
则所述功能层分别采用正弦波注入法进行位置辨识，获取第三位置信息，采用状态观测器进行位置辨识，获取第四位置信息；并根据所述第三位置信息和所述第四位置信息，获取所述第一位置信息；
所述功能监控层分别采用方波注入法进行位置辨识，获取第五位置信息，采用滑膜观测器进行位置辨识，获取第六位置信息；并根据所述第五位置信息和所述第六位置信息，获取所述第二位置信息。
可选地，所述根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态的方法，包括：
若所述电机的转速≤其额定转速的10％，则所述电机运行在低速状态；
若所述电机的额定转速的10％＜所述电机的转速≤所述电机的额定转速的20％，则所述电机运行在高低速过渡区域；
若所述电机额定转速的20％＜所述电机的转速，则所述电机运行在高速状态。
可选地，所述根据所述第三位置信息和所述第四位置信息，获取所述第一位置信息的方法，包括：
根据所述电机的转速和所述高低速过渡区域的低速端值/高速端值，获取第一权重占比/第二权重占比；其中，所述第一权重占比和所述第二权重占比的和为1；
使用第一权重占比对所述第三位置信息进行加权，得到第一加权值；使用第二权重占比对所述第四位置信息进行加权，得到第二加权值；
根据所述第一加权值和所述第二加权值，计算得到所述第一位置信息。
可选地，所述根据所述第五位置信息和所述第六位置信息，获取所述第二位置信息，包括：
根据所述电机的转速和所述高低速过渡区域的低速端值/高速端值，获取第三权重占比/第四权重占比；其中，所述第三权重占比和所述第四权重占比的和为1；
使用第三权重占比对所述第五位置信息进行加权，得到第三加权值；使用第四权重占比对所述第六位置信息进行加权，得到第四加权值；
根据所述第三加权值和所述第四加权值，计算得到所述第二位置信息。
可选地，所述功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取所述第一位置信息的方法，包括：
在d轴注入正弦高频电压；
根据所述正弦高频电压，使用带通滤波器提取所述正弦高频电压激励出的第一电流信息；
对所述第一电流信息进行解调，得到第一锁相环的第一输入信息；
根据所述第一输入信息，使用所述第一锁相环获取所述第一位置信息。
可选地，所述功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取所述第二位置信息的方法，包括：
在d轴注入方波高频电压；
根据所述方波高频电压，得到所述方波高频电压激励出的第二电流信息；
根据所述第二电流信息，使用所述第二锁相环获取所述第二位置信息。
可选地，所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息的方法，包括：
得到所述电机的第三电流信息和第一电压信息；
根据所述第三电流信息和所述第一电压信息，构建所述电子转子的状态观测器；
根据所述状态观测器，确定所述第一位置信息。
可选地，所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息的方法，包括：
得到所述电机的第四电流信息和第二电压信息；
根据所述第四电流信息和所述第二电压信息，构造滑膜观测器；
根据所述滑膜观测器获取所述第二位置信息。
可选地，根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度的方法，包括：
判断所述第一位置信息和所述第二位置信息的偏差是否小于所述第二预设阈值，若是，则所述第一位置信息能用于电机的转矩控制；若否，则所述第一位置信息不可信。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种无位置传感器控制装置，所述无位置传感器控制装置用于无位置传感器的电机，所述无位置传感器控制装置包括：
运行状态获取单元，被配置为根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态；
位置信息获取单元，被配置为根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取第二位置信息；
角度辨识评估单元，被配置为根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可执行的指令，当所述计算机可执行的指令被执行时实现如上述任一项所述的无位置传感器控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明提供的无位置传感器控制方法、装置及存储介质，具有以下有益效果：
本发明提供的无位置传感器控制方法，用于无位置传感器的电机，包括以下步骤：根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态；根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息；根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度。如此配置，本发明提供的无位置传感器控制方法，可以广泛地应用到永磁同步电机控制系统中，使得电机免去了旋转变压器，不需要额外硬件开销，大大降低了电驱动系统的复杂度，节约了硬件成本；而且能够获得较好的控制性能，能够显著提高电驱动系统的可靠性。进一步地，根据电机的运行状态，通过分别在功能层进行位置辨识和转矩控制，功能监控层径向位置辨识和位置监控的两路冗余无传感器辨识方案，实现了位置辨识的高ASIL等级，保证了转矩控制能够达到安全等级ASIL C或者ASIL D，能够在全速度范围内满足新能源汽车无传感器控制的安全等级要求。
进一步地，本发明提供的无位置传感器控制方法，无位置传感器控制方法、装置及存储介质，根据电机运行状态，采取不同的控制策略：若所述电机运行在低速状态，则所述功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取所述第二位置信息；若所述电机运行在高速状态，则所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息。如此配置，在低速(包括零速和低速)和高速采用不同的控制策略，不仅简单易行，便于实施而且在全速度范围内均拥有较好的估计效果和良好的性能，具备较高的安全等级。能够使得无传感器控制方法在新能源汽车上得到很好的应用。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的无位置传感器控制方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的无位置传感器位置辨识原理总体示意图；
图3为本发明一实施例提供的正弦波注入法位置辨识原理示意图；
图4为本发明一实施例提供的方波注入法位置辨识原理示意图；
图5为本发明一实施例提供的状态观测器位置辨识原理示意图；
图6为本发明一实施例提供的滑膜观测器位置辨识原理示意图；
图7为应用本发明提供的无位置传感器控制方法的一实施例的在低速时位置辨识角度误差与L1和L2中的转速与转矩信号示意图；
图8为应用本发明提供的无位置传感器控制方法的一实施例在全速范围内L1位置辨识与转矩控制示意图；
图9为应用本发明提供的无位置传感器控制方法的一实施例在全速范围内L2位置辨识示意图；
图10为本发明一实施例提供的无位置传感器控制装置的结构示意图；
其中，附图标记说明如下：
100-运行状态获取单元，200-位置信息获取单元，300-角度辨识评估单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的无位置传感器控制方法、装置及存储介质作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本发明的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本发明某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。以及，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
本实施例提供了一种无位置传感器控制方法，用于无位置传感器的电机，较佳地，所述无位置传感器控制方法采用EGAS三层架构。具体地，参见图1，图1为本实施例提供的无位置传感器控制方法的流程图，从图1可以看出，所述无位置传感器控制方法，包括以下步骤：
S100：根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态。
S200：根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息。具体地，所述第一位置信息包括通过所述功能层采用第一控制策略获取的所述电机转子的角度信息；所述第二位置信息包括通过所述功能监控层采用第二控制策略获取的所述电机转子的角度信息。进一步地，本领域的技术人员可以理解地，所述第一位置信息和所述第二位置信息为所述电机转子同一运行周期内的同一时刻的所述电机转子的位置信息。更进一步地，根据EGAS三层架构的概念，所述功能层也称为Level1或者L1；所述功能监控层也称为Level2或L2。即：在本文件中的文字部分和附图部分，如无特殊说明，功能层、Level1和L1彼此等同；功能监控层、Level2和L2彼此等同。
S300：根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度。较佳地，在其中一种优选实施方式中，获取所述可信度的方法包括：判断所述第一位置信息和所述第二位置信息的偏差是否小于所述第二预设阈值，若是，则所述第一位置信息能用于电机的转矩控制；若否，则所述第一位置信息不可信。所述偏差可以是所述第一位置信息(比如角度位置)和所述第二位置信息(比如角度位置)的绝对差值，也可以是所述第一位置信息和所述第二位置信息的差异的百分比，本发明对此不作限制；另外，可以理解地，所述第二预设阈值应根据实际工况合理设置。进一步地，作为优选，当所述第一位置信息不可信时，不再使用所述第一位置信息进行转矩控制，并给出安全报警信息，从而消除潜在的安全隐患。
如此配置，本发明提供的无位置传感器控制方法，可以广泛地应用到永磁同步电机控制系统中，使得电机不再需要旋转变压器，不需要额外硬件开销，大大降低了电驱动系统的复杂度，节约了硬件成本；而且能够获得较好的控制性能，能够显著提高电驱动系统的可靠性。进一步地，根据电机的运行状态，通过分别在功能层进行位置辨识和转矩控制，功能监控层径向位置辨识和位置监控的两路冗余无传感器辨识方案，实现了位置辨识的高ASIL等级，保证了转矩控制能够达到安全等级ASIL C或者ASIL D，能够在全速度范围内满足新能源汽车无传感器控制的安全等级要求。
进一步地，本发明提供的无位置传感器控制方法的所有步骤由计算机工具执行，优选电机控制器，但正如本领域的技术人员所理解地，所述计算机工具包括但不限于电机的控制器。因此，转子的位置和速度可以被实时确定。实际上，本发明提供的无位置传感器控制方法很容易在线实施，并且可以容易地集成在电动/混合动力的车辆的任何控制器中。
更进一步地，本领域的技术人员可以理解地，本发明提供的无位置传感器控制方法和装置适用于永磁同步电机，但不限于永磁同步电机。所述永磁同步电机可以是永磁体、受控激励或双激励中的任何一种。进一步地，所述永磁同步电机用于包括但不限于新能源汽车的电驱动系统。
优选地，在其中一种示例性实施方式中，步骤S100中，所述电机的运行状态包括低速状态和高速状态。较佳地，所述电机的运行状态还包括高低速过渡区域。
具体地，在其中一种优选实施方式中，步骤S100中，所述根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态的方法，包括：
若所述电机的转速≤其额定转速的10％，则所述电机运行在低速状态；
若所述电机的额定转速的10％＜所述电机的转速≤所述电机的额定转速的20％，则所述电机运行在高低速过渡区域；
若所述电机额定转速的20％＜所述电机的转速，则所述电机运行在高速状态。
可以理解地，上述确定低速状态(包括低速和零速)、高速状态以及高低速过渡区域的方法仅是示例性的，并非本发明的限制，在具体应用时，应根据实际工况合理确定所述电机的转速的低速状态、高速状态以及高低速过渡区域。
具体地，参见图2，图2为本发明一实施例提供的无位置传感器位置辨识原理总体示意图。从图2可以看出，步骤S200中，所述根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息的方法，包括：
S210：若所述电机运行在低速状态，则所述功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取所述第二位置信息；
S220：若所述电机运行在高速状态，则所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息。
特别地，本发明并不限制步骤S210和S220的执行顺序，比如，在其中一种实施方式中，先执行S210，再执行S220；在另一实施方式中，先执行S220，再执行S210；更进一步地，在多处理器系统，步骤S210和步骤S220甚至可以同时执行。
由此可见，本发明提供的无位置传感器控制方法，根据电机运行状态，采取不同的控制策略，如此配置，在低速(包括零速和低速)和高速采用不同的控制策略，不仅简单易行，便于实施而且在全速度范围内均拥有较好的估计效果和良好的性能，具备较高的安全等级，能够使得无传感器控制方法在新能源汽车上得到很好的应用。
进一步地，步骤S200中，所述根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取电机转子的第二位置信息的方法，还包括：
S230：若所述电机运行在高低速过渡区域，则所述功能层分别采用正弦波注入法进行位置辨识，获取第三位置信息，采用状态观测器进行位置辨识，获取第四位置信息；并根据所述第三位置信息和所述第四位置信息，获取所述第一位置信息；所述功能监控层分别采用方波注入法进行位置辨识，获取第五位置信息，采用滑膜观测器进行位置辨识，获取第六位置信息；并根据所述第五位置信息和所述第六位置信息，获取所述第二位置信息。
具体地，在其中一种优选实施方式中，步骤S230中，所述根据所述第三位置信息和所述第四位置信息，获取所述第一位置信息的方法，包括：
S231：根据所述电机的转速和所述高低速过渡区域的低速端值/高速端值，获取第一权重占比/第二权重占比；其中，所述第一权重占比和所述第二权重占比的和为1；
S232：使用第一权重占比对所述第三位置信息进行加权，得到第一加权值；使用第二权重占比对所述第四位置信息进行加权，得到第二加权值；
S233：根据所述第一加权值和所述第二加权值，计算得到所述第一位置信息。
即在高低速过渡区域，L1同时采用两种方案进行辨识，对辨识得到的结果进行加权，得到所述第一位置信息。
较佳地，在又一示例性实施方式中，所述步骤S230中，所述根据所述第五位置信息和所述第六位置信息，获取所述第二位置信息，包括：
S234：根据所述电机的转速和所述高低速过渡区域的低速端值/高速端值，获取第三权重占比/第四权重占比；其中，所述第三权重占比和所述第四权重占比的和为1；
S235：使用第三权重占比对所述第五位置信息进行加权，得到第三加权值；使用第四权重占比对所述第六位置信息进行加权，得到第四加权值；
S236：根据所述第三加权值和所述第四加权值，计算得到所述第二位置信息。
即在高低速过渡区域，L2同时采用两种方案进行辨识，对辨识得到的结果进行加权，得到所述第二位置信息。
具体地，在其中一种示例性实施方式中，步骤S200中，所述功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取所述第一位置信息的方法，参见图3，图3为本实施例提供的正弦波注入法位置辨识原理示意图。根据图3可以分析得出，采用正弦波注入法进行位置辨识的方法，包括以下步骤：
在d轴注入正弦高频电压；
根据所述正弦高频电压，使用带通滤波器提取所述正弦高频电压激励出的第一电流信息；
对所述第一电流信息进行解调，得到第一锁相环的第一输入信息；
根据所述第一输入信息，使用所述第一锁相环获取所述第一位置信息。
具体地，在其中一种示例性实施方式中，步骤S200中，所述功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取所述第二位置信息的方法，参见图4，图4为本实施例提供的方波注入法位置辨识原理示意图，从图4可以分析得出，采用方波注入法进行位置辨识的方法，包括以下步骤：
在d轴注入方波高频电压；
根据所述方波高频电压，得到所述方波高频电压激励出的第二电流信息；
根据所述第二电流信息，使用所述第二锁相环获取所述第二位置信息。
具体地，在其中一种示例性实施方式中，步骤S200中，所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息的方法，参见图5，图5为本实施例提供的状态观测器位置辨识原理示意图。从图5可以分析得出，采用状态观测器进行位置辨识的方法，包括以下步骤：
得到所述电机的第三电流信息和第一电压信息；
根据所述第三电流信息和所述第一电压信息，构建所述电机转子的状态观测器；
根据所述状态观测器，确定所述第一位置信息。
具体地，在其中一种示例性实施方式中，步骤S200中，所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息的方法，参见图6，图6为本实施例提供的滑膜观测器位置辨识原理示意图，从图6可以分析得出，采用滑膜观测器位置辨识的方法，包括以下步骤：
测量得到所述电机的第四电流信息和第四电压信息；
根据所述第四电流信息和所述第四电压信息，构造滑膜观测器，获取所述电机的反电势估计值；
根据所述反电势估计值，获取所述第二位置信息。
本领域的技术人员可以理解地，上述仅是对所述正弦波注入法位置辨识、方波注入法位置辨识、状态观测器位置辨识以及滑膜观测器位置辨识方法的一般性描述，仅是示例性的，并非本发明的限制，在实际应用中，应根据实际情况合理选择。对于本领域的技术人员来说，根据本申请公开的所述正弦波注入法位置辨识、方波注入法位置辨识、状态观测器位置标识以及滑膜观测器位置辨识所对应的附图，也能够比较容易地进行适应性拓展或变型，不再一一展开赘述。
请参见图7，图7为应用本发明提供的无位置传感器控制方法的一实施例的在低速时位置辨识角度误差与L1和L2中的转速与转矩信号示意图。从图7可以看出：在电流iq和id一定的情况下，在所述电机运行在低速状态时，即图7中Speed(电机转子的转速约在200rad/s～400rad/s之间)，L1的正弦波注入法获取的所述第一位置信息(估计的角度位置)与真实位置的误差agErr趋近于0；L2的方波注入法获取的所述第二位置信息(估计的角度位置信息)与真实位置的误差agErr也趋近于0；从图7中的Current and torque可以看出，使用L1估计的第一位置信息能够实现稳定的转矩控制，由此可见，本发明提供的无位置传感器控制方法能够在低速状态时实现稳定的转矩控制。
请参见图8和图9，其中，图8为应用本发明提供的无位置传感器控制方法的一实施例在全速范围内L1位置辨识与转矩控制示意图，图9为应用本发明提供的无位置传感器控制方法的一实施例在全速范围内L2位置辨识示意图。从图8可以看出：在电流iq和id一定的情况下，所述电机运行的全速范围内，即图8中Speed(电机转子的转速约在0rad/s～2500rad/s之间)，L1获取的所述第一位置信息(估计的角度位置)与真实位置的误差agErr趋近于0；从图8中的Torque可以看出，使用L1估计的第一位置信息能够实现稳定的转矩控制；与此对应，当所述电机运行在全速范围内时，即图9中Speed(电机转子的转速约在0rad/s～2500rad/s之间)，L2获取的所述第二位置信息(估计的角度位置信息)与真实位置的误差agErr也趋近于0；由此可知，本发明提供的无位置传感器控制方法能够在全速范围内实现稳定的转矩控制。
本发明的另一实施例提供了一种无位置传感器控制装置，用于无位置传感器的电机。具体地，请参见附图10，图10为本实施例提供的无位置传感器控制装置的结构示意图，从图10可以看出，所述无位置传感器控制装置包括：运行状态获取单元100、位置信息获取单元200和角度辨识监控单元300。
具体地，所述运行状态获取单元100，被配置为根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态。所述位置信息获取单元200，被配置为根据所述电机的运行状态，功能层采用第一控制策略进行位置辨识，获取第一位置信息，功能监控层采用第二控制策略进行位置辨识，获取第二位置信息。所述角度辨识监控单元300，被配置为根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度。
本实施例提供的无位置传感器控制装置，与上述各实施方式提供的无位置传感器控制方法属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，在此不在一一赘述。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的方法和装置，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
本发明的再一实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可执行的指令，当所述计算机可执行的指令被执行时实现如上述任一实施方式所述的无位置传感器控制方法的步骤。由于本发明提供的计算机可读存储介质，与上述各实施方式提供的所述动力电池的控温方法属于同一发明构思，因此，至少具有与其相同的有益效果，在此，不再一一赘述。
本实施方式的可读存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机硬盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其组合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
综上所述，本发明提供的无位置传感器控制方法、装置及存储介质，根据电机的运行状态，采用在低速和静止(零速)时使用高频注入法实现位置辨识，高速时使用观测器实现位置辨识，在过渡区同时使用两种方法实现位置辨识。通过分别在功能层进行位置辨识和转矩控制，功能监控层径向位置辨识和位置监控的两路冗余无传感器辨识方案，实现了位置辨识的高ASIL等级，保证了转矩控制能够达到安全等级ASIL C或者ASIL D，能够在全速度范围内满足新能源汽车无传感器控制的安全等级要求。
本领域的技术人员可以理解地，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。
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。
综上，上述实施例对无位置传感器控制方法、装置及存储介质的不同构型进行了详细说明，当然，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (12)
1.一种无位置传感器控制方法，用于无位置传感器的电机，其特征在于，包括以下步骤：
根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态；其中，所述电机的运行状态包括低速状态和高速状态；
若所述电机运行在低速状态，则功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取第一位置信息；功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取第二位置信息；若所述电机运行在高速状态，则所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息；
根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度；
其中，所述根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态，包括：
若所述电机的转速≤其额定转速的10％，则所述电机运行在低速状态；
若所述电机额定转速的20％＜所述电机的转速，则所述电机运行在高速状态。
2.根据权利要求1所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述电机的运行状态还包括高低速过渡区域；所述无位置传感器控制方法，还包括：
若所述电机运行在高低速过渡区域，
则所述功能层分别采用正弦波注入法进行位置辨识，获取第三位置信息，采用状态观测器进行位置辨识，获取第四位置信息；并根据所述第三位置信息和所述第四位置信息，获取所述第一位置信息；
所述功能监控层分别采用方波注入法进行位置辨识，获取第五位置信息，采用滑膜观测器进行位置辨识，获取第六位置信息；并根据所述第五位置信息和所述第六位置信息，获取所述第二位置信息。
3.根据权利要求2所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态的方法，还包括：
若所述电机的额定转速的10％＜所述电机的转速≤所述电机的额定转速的20％，则所述电机运行在高低速过渡区域。
4.根据权利要求2所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述根据所述第三位置信息和所述第四位置信息，获取所述第一位置信息的方法，包括：
根据所述电机的转速和所述高低速过渡区域的低速端值和高速端值，获取第一权重占比和第二权重占比；其中，所述第一权重占比和所述第二权重占比的和为1；
使用第一权重占比对所述第三位置信息进行加权，得到第一加权值；使用第二权重占比对所述第四位置信息进行加权，得到第二加权值；
根据所述第一加权值和所述第二加权值，计算得到所述第一位置信息。
5.根据权利要求2所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述根据所述第五位置信息和所述第六位置信息，获取所述第二位置信息，包括：
根据所述电机的转速和所述高低速过渡区域的低速端值和高速端值，获取第三权重占比和第四权重占比；其中，所述第三权重占比和所述第四权重占比的和为1；
使用第三权重占比对所述第五位置信息进行加权，得到第三加权值；使用第四权重占比对所述第六位置信息进行加权，得到第四加权值；
根据所述第三加权值和所述第四加权值，计算得到所述第二位置信息。
6.根据权利要求1所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取所述第一位置信息的方法，包括：
在d轴注入正弦高频电压；
根据所述正弦高频电压，使用带通滤波器提取所述正弦高频电压激励出的第一电流信息；
对所述第一电流信息进行解调，得到第一锁相环的第一输入信息；
根据所述第一输入信息，使用所述第一锁相环获取所述第一位置信息。
7.根据权利要求1所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取所述第二位置信息的方法，包括：
在d轴注入方波高频电压；
根据所述方波高频电压，得到所述方波高频电压激励出的第二电流信息；
根据所述第二电流信息，使用第二锁相环获取所述第二位置信息。
8.根据权利要求1所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息的方法，包括：
得到所述电机的第三电流信息和第一电压信息；
根据所述第三电流信息和所述第一电压信息，构建所述电机转子的状态观测器；
根据所述状态观测器，确定所述第一位置信息。
9.根据权利要求1所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息的方法，包括：
得到所述电机的第四电流信息和第二电压信息；
根据所述第四电流信息和所述第二电压信息，构造滑膜观测器；
根据所述滑膜观测器，获取所述第二位置信息。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无位置传感器控制方法，其特征在于，根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度的方法，包括：
判断所述第一位置信息和所述第二位置信息的偏差是否小于所述第二预设阈值，若是，则所述第一位置信息能用于电机的转矩控制；若否，则所述第一位置信息不可信。
11.一种无位置传感器控制装置，其特征在于，用于无位置传感器的电机，所述无位置传感器控制装置包括：
运行状态获取单元，被配置为根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态；其中，所述电机的运行状态包括低速状态和高速状态；
位置信息获取单元，被配置为若判定所述电机运行在低速状态，则功能层采用正弦波注入法进行位置辨识，获取第一位置信息；功能监控层采用方波注入法进行位置辨识，获取第二位置信息；若判定所述电机运行在高速状态，则所述功能层采用状态观测器进行位置辨识，获取所述第一位置信息；所述功能监控层采用滑膜观测器进行位置辨识，获取所述第二位置信息；
角度辨识评估单元，被配置为根据第二预设阈值和所述第二位置信息，所述功能监控层获取所述第一位置信息用于转矩控制的可信度；
其中，所述根据第一预设阈值，确定所述电机的运行状态，包括：
若所述电机的转速≤其额定转速的10％，则所述电机运行在低速状态；
若所述电机额定转速的20％＜所述电机的转速，则所述电机运行在高速状态。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可执行的指令，当所述计算机可执行的指令被执行时实现如权利要求1至10任一项所述的无位置传感器控制方法的步骤。
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