单相永磁同步电机的控制方法及单相永磁同步电机与流程

1.本发明涉及电机驱动控制领域，更具体地涉及一种单相永磁同步电机的控制方法及单相永磁同步电机。


背景技术：

2.单相永磁同步电机(single phase permanent magnet synchronous motor,sppmsm)具有结构简单、成本低廉的优势，适合于驱动小功率水泵、风机等，广泛应用于民用和商用领域，特别是家电领域。
3.然而，当前单相永磁同步电机的控制策略主要为在单相永磁同步电机启动过程中的控制，以使得转子尽快被牵入同步速。该控制策略通常包括：基于霍尔传感器检测磁极位置，根据相电压以及霍尔信号决定双向晶闸管的导通角，从而控制转子的旋转方向并完成启动过程。然而，在使用该控制方法时，单相永磁同步电机在运转中的运行稳定性较差，特别是在定子绕组电压幅值波动和负载转矩不稳定时，现有控制方法下的单相永磁同步电机转子易脱离同步速，出现震颤甚至倒转的情况，导致电机失稳，无法实现电机相关功能。
4.因此，需要一种在实现对单相永磁同步电机的良好控制的前提下，具有较高的控制可靠性及鲁棒性的电机控制方法，特别是在定子绕组电压幅值波动和负载转矩不稳定的情况下，实现对该单相永磁同步电机的可靠且稳定控制，提高单相永磁同步电机的抗扰能力。


技术实现要素：

5.针对以上问题，本发明提供了一种单相永磁同步电机的控制方法及单相永磁同步电机。利用本发明提供的单相永磁同步电机的控制方法，能够在实现对单相永磁同步电机的良好控制的前提下，有效提高单相永磁同步电机的抗扰能力，使得在定子绕组电压幅值波动和负载转矩不稳定的情况下，仍能实现对单相永磁同步电机的可靠且稳定控制。
6.根据本公开的一方面，提出了一种单相永磁同步电机的控制方法，所述单相永磁同步电机包括定子、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压，所述方法包括：确定所述单相交流电压的当前相电压电角度；确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度；基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。
7.在一些实施例中，所述确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度包括：获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度；基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度；且其中，所述转子角速度估计值是基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定的。
8.在一些实施例中，确定所述转子角速度估计值包括：在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计
值；基于所述正过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。
9.在一些实施例中，所述转子角速度确定函数包括正过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述正过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态；确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号；确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号；基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。
10.在一些实施例中，确定所述转子角速度估计值包括：在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述负过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。
11.在一些实施例中，所述转子角速度确定函数包括负过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述负过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于负过偏置状态；确定负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号；确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号；基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。
12.在一些实施例中，确定所述单相交流电压的当前相电压电角度包括：基于电压极性检测电路确定所述单相交流电压的当前相电压电角度，且所述电压极性检测电路的输入为所述单相交流电压；且该方法包括：基于所述电压极性检测电路的输出信息，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻；获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式；基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。
13.在一些实施例中，基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；以及在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态；且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。
14.在一些实施例中，所述预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角度周期的一半，根据单相永磁同步电机控制模型生成的输出量为：
[0015][0016]
且控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电
机包括：
[0017]
在的情况下，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态；
[0018]
在的情况下，不触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于非导通状态；
[0019]
且其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，α＝θ
c-θr，θc为当前相电压电角度，θr为当前转子角度，ωn为定子额定旋转角度，ωr为当前转子角速度。
[0020]
根据本公开的另一方面，提出了一种单相永磁同步电机，所述单相永磁同步电机包括定子、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压，所述单相永磁同步电机还包括控制器，所述控制器被包括：相电压电角度确定模块，其被配置为确定所述单相交流电压的当前相电压电角度；转子转动特征确定模块，其被配置为确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度；控制策略生成模块，其被配置为基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。
[0021]
在一些实施例中，所述转子转动特征确定模块包括：转子角速度确定模块，其被配置为获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度；转子角度确定模块，其被配置为基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度；且其中，所述单相永磁同步电机还设置有靠近所述转子的线性霍尔传感器，且所述转子角速度估计值是基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定的。
[0022]
在一些实施例中，确定所述转子角速度估计值包括：在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述正过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。
[0023]
在一些实施例中，所述转子角速度确定函数包括正过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述正过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态；确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号；确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号；基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。
[0024]
在一些实施例中，确定所述转子角速度估计值包括：在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述负过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。
[0025]
在一些实施例中，所述转子角速度确定函数包括负过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述负过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于负过偏置状态；确定负过偏置时刻之前预设第二时间间
隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号；确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号；基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。
[0026]
在一些实施例中，所述单相永磁同步电机还包括：连接至所述单相交流电压且被配置为检测所述单相交流电压的极性的电压极性检测电路；且所述相电压电角度确定模块包括：最近电压过零时刻确定模块，其被配置为基于所述电压极性检测电路的输出信息，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻；目标电角度计算公式模块，其被配置为获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式；相电压电角度生成模块，其被配置为基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。
[0027]
在一些实施例中，所述控制策略生成模块包括：模型计算模块，其被配置为基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；以及控制输出模块，其被配置为在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态；且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。
[0028]
在一些实施例中，所述预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角度周期的一半，根据单相永磁同步电机控制模型生成的输出量为：
[0029][0030]
且控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：
[0031]
在的情况下，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态；
[0032]
在的情况下，不触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于非导通状态；
[0033]
且其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，α＝θ
c-θr，θc为当前相电压电角度，θr为当前转子角度，ωn为定子额定旋转角度，ωr为当前转子角速度。
[0034]
利用本发明提供的单相永磁同步电机的控制方法及单相永磁同步电机，可以在实现对单相永磁同步电机的良好控制的前提下，有效提高单相永磁同步电机的抗扰能力，特别是在定子绕组电压幅值波动和负载转矩不稳定的情况下，该方法仍能实现对单相永磁同步电机的可靠且稳定控制。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在没有做出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本发明的主旨。
[0036]
图1a示出了根据本发明实施例的单相永磁同步电机控制方法的示例性流程图；
[0037]
图1b示出了根据本发明实施例的单相永磁同步电机的结构示意图；
[0038]
图2示出了根据本公开实施例确定当前转子角速度及当前转子角度的过程s102的示例性流程图；
[0039]
图3示出了根据本公开实施例确定转子角速度估计值的过程110的示例性流程图；
[0040]
图4a示出了根据本公开实施例的线性霍尔传感器的检测信号与磁感应强度的关系示意图；
[0041]
图4b示出了根据本公开实施例的线性霍尔传感器的检测信号随时间变化的示意图；
[0042]
图5示出了根据本公开实施例确定正过偏置时刻转子角速度估计值的过程s111的示例性流程图；
[0043]
图6a示出了根据本公开实施例确定转子角速度估计值的另一示例的示例性流程图；
[0044]
图6b示出了根据本公开实施例确定负过偏置时刻转子角速度估计值的过程的示例性流程图；
[0045]
图7示出了根据本公开实施例的线性霍尔传感器输出与转子角度的关系图；
[0046]
图8a中示例性的示出了该电压极性检测电路的结构示意图；
[0047]
图8b中示出了根据本公开实施例基于极性检测电路确定当前相电压电角度s101的示例性流程图；
[0048]
图9a示出了根据本公开实施例基于单相永磁同步电机控制模型进行控制的过程s103的示例性流程图；
[0049]
图9b示出了根据本公开实施例在额定电压及额定负载转矩下电磁转矩做功大小与转子角度-电角度差α及转子角速度ωr的关系的示意图；
[0050]
图9c示出了根据本公开实施例的电磁转矩在预设功率时间内做功正负分界线的示意图；
[0051]
图9d示出了将图9c中的正负分界线扩展至三维后的示意图；
[0052]
图10a示出了根据本公开实施例的u型铁芯单相永磁同步电机200b的示意图；
[0053]
图10b示出了图10a中u型铁芯单相永磁同步电机定子与转子之间的不对称气隙；
[0054]
图11示出了根据本公开实施例的单相永磁同步电机200的示意图。
具体实施方式
[0055]
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，也属于
本发明保护的范围。
[0056]
如本技术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。
[0057]
虽然本技术对根据本技术的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在用户终端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。
[0058]
本技术中使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0059]
单相永磁同步电机(single phase permanent magnet synchronous motor,sppmsm)具有结构简单、成本低廉的优势，适合于驱动小功率水泵、风机等，广泛应用于民用和商用领域，特别是家电领域。
[0060]
然而，当前单相永磁同步电机的控制策略主要为在单相永磁同步电机启动过程中的控制，以使得转子尽快被牵入同步速。该控制策略通常包括：基于霍尔传感器检测磁极位置，根据相电压以及霍尔信号决定双向晶闸管的导通角，从而控制转子的旋转方向并完成启动过程。然而，在使用该控制方法时，单相永磁同步电机在运转中的运行稳定性较差，特别是在定子绕组电压幅值波动和负载转矩不稳定时，现有控制方法下的单相永磁同步电机转子易脱离同步速，出现震颤甚至倒转的情况，导致电机失稳，无法实现电机相关功能。
[0061]
基于此，本发明提出了一种在实现对单相永磁同步电机的良好控制的前提下，具有较高的控制可靠性及鲁棒性的电机控制方法，特别是在定子绕组电压幅值波动和负载转矩不稳定的情况下，实现对该单相永磁同步电机的可靠且稳定控制，提高单相永磁同步电机的抗扰能力。
[0062]
图1a示出了根据本发明实施例的单相永磁同步电机控制方法的示例性流程图，图1b示出了根据本发明实施例的单相永磁同步电机的结构示意图。接下来将参照图1a及图1b对本发明的单相永磁同步电机控制方法进行更具体地描述。
[0063]
首先，参照图1b，所述单相永磁同步电机200a包括定子、转子及双向晶闸管控制电路。
[0064]
例如，所述定子可以包括定子铁芯(例如图1b中所示出的u型铁芯，其具有两个相对端部)，以及缠绕在所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子绕组例如连接至单相交流电源(例如为220v的单相交流电电压源)，当通入单相交流电时，经由所述定子绕组形成旋转的电枢磁场，且该电枢磁场的旋转频率与所述定子绕组中通入的单相交流电的频率相关。
[0065]
所述转子例如为具有固定磁极的永磁转子，即该转子由永磁体形成。且所述转子插置在所述定子铁芯的两个相对端部之间，且经由轴承支撑在转子旋转轴上，并能够绕转子旋转轴旋转(图1b中未示出轴承及转子旋转轴)。具体地，当所述定子绕组通入单相交流电时，旋转的电枢磁场将带动所述转子绕转子旋转轴旋转，以将转子拖入同步速，从而形成永磁同步电机。
[0066]
所述双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压。具体地，所述双向晶闸管包括反向并联的两个晶闸管，当触发所述双向晶闸管导通以使得所述双向晶闸管处于导通状态时，基于当前的交流电压的电压极性(方向)，反向并联的两个晶闸管中的一个处于导通状态，另一个处于非导通状态，以使得定子绕组中通入相应的单相交流电压，从而驱动所述转子转动；当不触发所述双向晶闸管导通，使得所述双向晶闸管处于非导通状态时，此时反向并联的两个晶闸管均处于非导通状态，阻断所述单相交流电压的通路，此时定子绕组中无电流，不会产生驱动所述转子转动的旋转磁场。
[0067]
基于此，通过控制该双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，即能够实现对所述转子的旋转方向的控制，并能够控制所述转子实现同步速，以实现对所述单相永磁同步电机的运转状态的控制。
[0068]
且进一步参照图1a，在本技术中，所述单相永磁同步电机的控制方法100具体包括：首先，在步骤s101中，确定所述单相交流电压的当前相电压电角度。
[0069]
所述单相交流电压的当前相电压电角度，是指在当前时刻下，该单相交流电压的电角度数据。当相电压的频率固定时，该相电压的电角度与时间呈比例关系。
[0070]
例如，所述单相交流电压的当前相电压电角度可以通过电压极性检测电路来确定，所述电压极性检测电路的输入为所述单相交流电压，且该检测过程例如为：基于所述电压极性检测电路的输出信息，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻；获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式；基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。
[0071]
然而，应了解，上述仅给出一种检测该当前相电压电角度的示例方法。根据实际需要，还可以采用其他方法检测该当前相电压电角度。
[0072]
其后，在步骤s102中，确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度。
[0073]
所述当前转子角速度，是指在当前时刻下，该单相永磁同步电机的转子所具有的转动角速度。所述当前转子速度，是指在当前时刻下，该永磁同步电机的转子所具有的转动角度。
[0074]
应了解，例如可以参照如下文中所示出的方法，基于线性霍尔传感器的检测信号，在霍尔传感器的正过偏置时刻和/或负过偏置时刻，根据转子角速度确定函数确定并更新转子角速度估计值。且此时，确定所述当前转子角速度及转子角度例如可以包括：获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度；基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度。
[0075]
得到所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度后，在步骤s103中，基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。
[0076]
所述单相永磁同步电机控制模型是指，用于实现对该单相永磁同步电机的运转状态的控制的模型，该单相永磁同步电机控制模型例如可以基于单相永磁同步电机模型确定。
[0077]
所述单相永磁同步电机控制模型例如可以为综合控制算法，或者也可以为一组控
制表达式。本公开的实施例不受该单相永磁同步电机控制模型的具体表达形式的限制。
[0078]
例如可以基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的控制策略，生成相应的控制信号，实现对双向晶闸管的导通或非导通状态的控制，从而实现对该单相永磁同步电机的控制。
[0079]
上述基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态的过程例如可以更具体地描述：例如基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；以及在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态；且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。
[0080]
基于上述，本技术中，在实现对单相永磁同步电机的控制的过程中，通过确定该单相交流电压的当前相电压电角度、所述转子的当前转子角速度及当前转子角度，并基于当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，经由单相永磁同步电机模型来控制双向晶闸管，相较于当前控制方法中仅基于相电压电角度及转子角度进行控制，本技术通过在生成控制策略的过程中引入当前转子角速度，使得能够更全面地反馈该转子当前的转动的位置及速度情况，并综合该转子位置及速度进行控制，使得能够提高该单相永磁同步电机的控制精确度及可靠性，有利于在起始阶段高效地控制该转子进入同步速，且使得在永磁同步电机的运行过程中提高该单相永磁同步电机的抗扰能力。
[0081]
在一些实施例中，所述确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度的过程例如可以更具体地描述。图2示出了根据本公开实施例确定当前转子角速度及当前转子角度的过程s102的示例性流程图。
[0082]
参照图2，首先，在步骤s1021中，获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度。
[0083]
其中，所述转子角速度估计值是基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定的。
[0084]
所述线性霍尔传感器例如设置在所述转子附近以检测与转子旋转速度及位置相关的检测信号，且所述线性霍尔传感器的检测信号例如为电压信号。
[0085]
所述转子角速度确定函数是指基于所述线性霍尔传感器的检测信号来确定转子角速度估计值的函数，其例如可以为预设算法，或者也可以为方程组。本公开的实施例不受该转子角速度确定函数的具体表达方式的限制。
[0086]
其后，在步骤s1022中，基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度。例如，可以基于转子角度及角速度的物理关系式，基于当前转子角速度求取当前转子角度。
[0087]
基于上述，本技术中，在确定当前转子角速度及转子角度的过程中，通过直接将当前时刻下转子角速度估计值确定为当前转子角速度，并基于转子角速度确定当前转子角度，使得能够以简单便捷的方式实现当前转子角速度及当前转子角度的确定。此外，通过基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数来确定转子角速度估计值，提高了最终所确定的当前转子角速度的精确度，且有利于提高该控制算法的可靠性及控制精确度。
[0088]
在一些实施例中，上述确定所述转子角速度的过程例如可以更具体地描述。图3示出了根据本公开实施例确定转子角速度估计值的过程110的示例性流程图。图4a示出了根据本公开实施例的线性霍尔传感器的检测信号与磁感应强度的关系示意图。图4b示出了根据本公开实施例的线性霍尔传感器的检测信号随时间变化的示意图。接下来将结合图3、图4a、图4b，对确定所述转子角速度的过程进行更具体地说明。
[0089]
首先参照图4a及图4b对线性霍尔传感器的检测信号进行说明。基于线性霍尔传感器的检测原理，线性霍尔传感器所输出的检测信号(电压检测信号)的幅值h与电机转子的磁场强度b之间的关系如图4a所示。具体地，随着转子位置的变化，线性霍尔传感器的检测信号的幅值在h
max
与h
min
的范围内变化，其中，线性霍尔传感器的最大检测信号幅值hmax对应于磁感应强度b为最大值b
max
，线性霍尔传感器的最小检测信号幅值h
min
对应于磁感应强度b为最小值b
min
，且当磁感应强度b为零时，该线性霍尔传感器的检测信号为h
offset
。由此例如可以进行如下设定：将线性霍尔传感器的检测信号由小于h
offset
过渡至大于h
offset
的状态(图4b中朝向右上方向的箭头表征的状态)定义为正过偏置，且将该过渡时刻确定为正过偏置时刻t
+
，将线性霍尔传感器的检测信号由大于h
offset
过渡至小于h
offset
的状态(图4b中朝向右下方向的箭头表征的状态)定义为负过偏置，且将该过渡时刻确定为负过偏置时刻t
－
。
[0090]
基于此，进一步参照图3，在确定转子角速度估计值时，例如可以进行：首先，在步骤s111中，在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值。
[0091]
如前所述，所述正过偏置时刻t
+
是指线性霍尔传感器的检测信号从小于h
offset
过渡至大于h
offset
的状态所对应的时刻。且所述线性霍尔传感器的检测信号例如可以为电压信号，且该检测信号例如可以包括在正过偏置时刻前后一段预设时间间隔内的线性霍尔传感器的检测信号。
[0092]
所述转子角速度确定函数是指用于基于线性霍尔传感器的检测信号确定转子角速度估计值的函数。该转子角速度确定函数例如可以为预设算法，或者也可以为方程组。本公开的实施例不受该转子角速度确定函数的具体组成及其表示方式的限制。
[0093]
所述正过偏置时刻转子角速度估计值是指，基于线性霍尔传感器的检测信号计算得到的正过偏置时刻下的转子角速度值。
[0094]
例如，确定该正过偏置时刻转子角速度估计值例如包括：确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态；确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号；确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号；基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。
[0095]
然而，应了解，上述仅给出一种确定正过偏置时刻转子角速度的示例。本公开的实施例不受该示例的限制。
[0096]
其后，在步骤s112中，基于所述正过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。例如，可以将该正过偏置时刻转子角速度估计值确定为转子角速度估计值。
[0097]
基于上述，本技术中，通过在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值，并据此更新所述转子角速度估计值，一方面，能够基于线性霍尔传感器的检测信号及转子角速度确定函数精确且可靠地确定正过偏置时刻的转子角速度估计值；另一方面，使得转子每旋转一周(在该转子旋转一周过程中将出现一次正过偏置时刻)将更新一次转子角速度估计值，从而实时且高效地反映出转子的角速度数据，有利于后续基于该转子角速度进行电机控制，提高了电机控制的实时性及可靠性。
[0098]
在一些实施例中，上述转子角速度确定函数包括正过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述正过偏置时刻转子角速度估计值的过程s111例如可以更具体地描述。
[0099]
图5示出了根据本公开实施例确定正过偏置时刻转子角速度估计值的过程s111的示例性流程图。
[0100]
参照图5，首先，在步骤s1111中，确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态。所述正过偏置状态即为该线性霍尔传感器的检测信号由小于h
offset
过渡至大于h
offset
的状态，即对应于在一个转子转动周期内(转动一圈)转子磁场强度从负磁场强度过渡至正磁场强度的过程中磁场强度为0的时刻。
[0101]
其后，在步骤s1112中，确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号。
[0102]
所述预设第一时间间隔例如可以为系统预先设置的时间间隔，或者也可以是系统根据实际情况设置的。本公开的实施例不受该第一时间间隔的具体设定方式及设定时长的限制。
[0103]
所述正过偏置在先时刻即为在该正过偏置时刻之前第一时间间隔的时刻，所述正过偏置在先检测信号为在所确定的正过偏置在先时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0104]
其后，在步骤s1113中，确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号。
[0105]
应了解，上述步骤s1112及s1113例如可以顺序执行，或者也可以并行执行，还可以逆序执行。本公开的实施例不受该步骤s1112及s1113的具体执行顺序的限制。
[0106]
所述正过偏置在后时刻即为在该正过偏置时刻之后第一时间间隔的时刻，所述正过偏置在后检测信号为在所确定的正过偏置在后时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0107]
确定正过偏置在先时刻、正过偏置在后时刻后，在步骤s1114中，基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。
[0108]
所述正过偏置时刻角速度确定函数是指用于确定正过偏置时刻下的角速度估计值的函数。其例如可以表示为预设算法或公式。本公开的实施例不受该正过偏置时刻角速度确定函数的具体表现形式的限制。
[0109]
基于上述，本技术中，在确定该正过偏置时刻转子角速度估计值的过程中，通过选取正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻及其对应的正过偏置在先检测信号；选取正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻及其对应的正过偏置在后检测信号，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成正过偏置时刻转子角速度估计
值，使得能够经由综合正过偏置先前和之后的检测信号来提高所计算得到的正过偏置时刻转子角速度估计值的精确度。
[0110]
在一些实施例中，确定所述转子角速度估计值的过程s111例如还可以包括确定负过偏置时刻转子角速度估计值的过程。图6a示出了根据本公开实施例确定转子角速度估计值的另一示例的示例性流程图。
[0111]
参照图6a，首先，在步骤s113中，在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值。
[0112]
如前所述，所述负过偏置时刻t
－
是指线性霍尔传感器的检测信号从大于h
offset
过渡至小于h
offset
的状态所对应的时刻。且所述线性霍尔传感器的检测信号例如可以为电压信号，且该检测信号例如可以包括在负过偏置时刻前后一段预设时间间隔内的线性霍尔传感器的检测信号。
[0113]
所述转子角速度确定函数是指用于基于线性霍尔传感器的检测信号确定转子角速度估计值的函数。该转子角速度确定函数例如可以为预设算法，或者也可以为方程组。本公开的实施例不受该转子角速度确定函数的具体组成及其表示方式的限制。
[0114]
所述负过偏置时刻转子角速度估计值是指，基于线性霍尔传感器的检测信号计算得到的负过偏置时刻下的转子角速度值。
[0115]
例如，确定该负过偏置时刻转子角速度估计值例如包括：确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于负过偏置状态；确定负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号；确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号；基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。
[0116]
然而，应了解，上述仅给出一种确定负过偏置时刻转子角速度的示例。本公开的实施例不受该示例的限制。
[0117]
其后，在步骤s114中，基于所述负过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。例如，可以将该负过偏置时刻转子角速度估计值确定为转子角速度估计值。
[0118]
基于上述，本技术中，通过在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值，并据此更新所述转子角速度估计值，一方面，能够基于线性霍尔传感器的检测信号及转子角速度确定函数精确且可靠地确定负过偏置时刻的转子角速度估计值；另一方面，使得转子每旋转一周(在该转子旋转一周过程中将出现一次负过偏置时刻)将更新一次转子角速度估计值，从而实时且高效地反映出转子的角速度数据，有利于后续基于该转子角速度进行电机控制，提高了电机控制的实时性及可靠性。
[0119]
在一些实施例中，上述转子角速度确定函数包括负过偏置时刻角速度确定函数。且确定所述负过偏置时刻转子角速度估计值的过程例如可以更具体地描述。图6b示出了根据本公开实施例确定负过偏置时刻转子角速度估计值的过程的示例性流程图。
[0120]
参照图6b，首先，在步骤s1131中，确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线
性霍尔传感器检测信号处于负过偏置状态。所述负过偏置状态即为该线性霍尔传感器的检测信号由大于h
offset
过渡至小于h
offset
的状态，即对应于在一个转子转动周期内(转动一圈)转子磁场强度从正磁场强度过渡至负磁场强度的过程中磁场强度为0的时刻。
[0121]
其后，在步骤s1132中，确定负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号。
[0122]
所述预设第二时间间隔例如可以为系统预先设置的时间间隔，或者也可以是系统根据实际情况设置的。本公开的实施例不受该第二时间间隔的具体设定方式及设定时长的限制。
[0123]
应了解，所述第一时间间隔和所述第二时间间隔仅旨在用于区分用于正过偏置时刻转子角速度估计值计算的时间间隔及用于负过偏置时刻转子角速度估计值计算的时间间隔，并未旨在对其进行限定。该第一时间间隔及第二时间间隔例如可以具有相同的时长，或者也可以具有不同时长。本公开的实施例不受该第一、第二时间间隔的时长关系的限制。
[0124]
所述负过偏置在先时刻即为在该负过偏置时刻之前第二时间间隔的时刻，所述负过偏置在先检测信号为在所确定的负过偏置在先时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0125]
其后，在步骤s1133中，确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号。
[0126]
所述负过偏置在后时刻即为在该负过偏置时刻之后第二时间间隔的时刻，所述负过偏置在后检测信号为在所确定的负过偏置在后时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0127]
应了解，上述步骤s1132及s1133例如可以顺序执行，或者也可以并行执行，还可以逆序执行。本公开的实施例不受该步骤s1132及s1133的具体执行顺序的限制。
[0128]
确定负过偏置在先时刻及负过偏置在后时刻之后，在步骤s1134中，基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。
[0129]
所述负过偏置时刻角速度确定函数是指用于确定负过偏置时刻下的角速度估计值的函数。其例如可以表示为预设算法或公式。本公开的实施例不受该负过偏置时刻角速度确定函数的具体表现形式的限制。
[0130]
基于上述，本技术中，在确定该负过偏置时刻转子角速度估计值的过程中，通过选取负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻及其对应的负过偏置在先检测信号；选取负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻及其对应的负过偏置在后检测信号，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成负过偏置时刻转子角速度估计值，使得能够经由综合负过偏置先前和之后的检测信号来提高所计算得到的负过偏置时刻转子角速度估计值的精确度。
[0131]
在一些实施例中，确定所述转子角速度估计值例如包括：在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值并更新转子角速度估计值；以及在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值并更新转子角速度估计值。
[0132]
图7示出了根据本公开实施例的线性霍尔传感器输出与转子角度的关系图。接下
来将参照图7给出计算转子角速度估计值的示例方式。
[0133]
参照图7，首先，在图7的左侧中示出了转子永磁体，并以竖直点划线示出了定子磁极的中心线，且其中，转子磁链方向例如由s极指向n极，其中转子角度θr定义为转子磁链与定子磁极中心线的夹角，转子角速度例如表示为ωr。图7中的右侧示出了随着转子转动在线性霍尔传感器中检测得到的检测信号幅值的变化，结合图7中的左右子图可知，线性霍尔传感器的最大检测信号幅值hmax对应于磁感应强度b为最大值b
max
，此时例如对应于图7中转子角度θr为0度的情况；线性霍尔传感器的最小检测信号幅值h
min
对应于磁感应强度b为最小值b
min
，此时例如对应于转子角度θr为180度的情况；且当转子角度θr为90度和270度(垂直于定子磁极中心线)时，此时磁感应强度b为零，该线性霍尔传感器的检测信号为h
offset
。
[0134]
则例如可以设置预设第一时间间隔与预设第二时间间隔具有相同时长δ，且令单相永磁同步电机的同步速周期为ts，转子角度θr，定义δ＝0.1ts，此时，如前所述，例如对于负过偏置时刻t-，可以确定负过偏置在先时刻t-‑
δ时刻，并获取该负过偏置在先时刻t-‑
δ下线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号且确定负过偏置在后时刻t-+δ及该时刻下线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号
[0135]
此外，例如对于正过偏置时刻t
+
，可以确定正过偏置在先时刻t
+-δ，及该时刻下线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号确定正过偏置在后时刻t
+
+δ，及该时刻下线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号且若子角速度在t＝t
+
与t＝t-时刻更新，则该转子角速度确定函数例如为：
[0136]
在负过偏置时刻t-：
[0137]
在正过偏置时刻t
+
：
[0138]
其中，所述转子角速度确定函数例如包括正过偏置时刻角速度确定函数1)及负过偏置时刻角速度确定函数2)。其中，gωr表征计算得到的转子角速度估计值，其余参数的含义如前所述。
[0139]
基于上述，本技术中通过在正过偏置时刻及负过偏置时刻基于转子角速度确定函数来更新转子角速度估计值，一方面，使得转子每旋转一周(在该转子旋转过程中将出现一次负过偏置时刻及一次正过偏置时刻，且该正过偏置时刻与该负过偏置时刻间隔该转子旋转的半个周期的时长)将更新两次转子角速度估计值，且考虑到转子在旋转的半周期内可以近似为处于匀速运动，使得所解算的转子角速度估计值能够实时且高效地反映出转子的角速度数据，有利于后续基于该转子角速度进行电机控制，提高了电机控制的实时性及可靠性。另一方面，相较于实时的转子角速度检测，本技术中选取特殊时刻(正过偏置时刻及负过偏置时刻)在良好实现速度检测的基础上，也最大限度地降低了数据处理量及计算量，兼顾了数据处理效率及精确度。
[0140]
在一些实施例中，确定所述单相交流电压的当前相电压电角度包括：基于电压极性检测电路确定所述单相交流电压的当前相电压电角度，且所述电压极性检测电路的输入
为所述单相交流电压。
[0141]
所述电压极性检测电路为用于检测单相交流电压的极性的电路。图8a中示例性的示出了该电压极性检测电路的结构示意图。
[0142]
参照图8a，其中，所述电压极性检测电路的输入连接至交流电源的火线端(l端)，电路参考地端ref连接至交流电源的零线端(n端)，即使得该电压极性检测电路通入单相交流电压。且该电压极性检测电路中例如包括电阻r1、r2，二极管及三极管(例如为图8a中的pnp型三极管)，该三极管的基极经由电阻r2连接至单相交流电源的火线端，输入单相交流电压，其发射极连接至电路参考地端ref，其集电极经由电阻r1连接至电压vcc，且从该集电极引出该电压极性检测电路的输出端(其具有输出y)。
[0143]
且图8a中示出了输入端的电压(即单相交流电压)的电压波形示意图，并标注了其中的多个单相交流电压过零点tc1、tc2、tc3。且基于该电压极性检测电路的电路结构设置，若交流电源l端电压高于n端(此时单相交流电压为正)，则三极管关闭，输出端口电压为ref；若交流电源l端电压低于n端(此时单相交流电压为负)，则三极管导通，输出端口电压为vcc。因此，根据输出端口的输出电压即可判断单相交流电压的极性。图8a中也示出了对应于输入电压波形的电压极性检测电路的输出y(输出电压)的波形。
[0144]
然而，应了解，根据实际需要还可以采用其他的电压极性检测电路的结构。
[0145]
基于所述极性检测电路确定当前相电压电角度的过程例如可以更具体地描述。图8b中示出了根据本公开实施例基于极性检测电路确定当前相电压电角度s101的示例性流程图。
[0146]
参照图8b，首先，在步骤s1011中，基于所述电压极性检测电路的输出信息，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻。
[0147]
所述电压极性检测电路的输出信息，是指该电压极性检测电路的输出端中的输出信息，例如在如图8a所示出的电压极性检测电路中，输出信息即为输出y(电压信号)。
[0148]
所述距离当前时刻最近的电压过零时刻，是指该单相交流电压距离当前时刻最近且电压为0的时刻。应了解，本公开的实施例不受该单相交流电压的最近电压过零时刻的具体确定方式的限制。
[0149]
例如，若该电压极性检测电路具有如图8a所示的结构，则例如可以基于该电压极性检测电路的输出y的输出波形，确定该输出波形中距离当前时刻最近且处于两个极限电压位的切换的时刻(即处于电压vcc及电压ref的切换时刻，该时刻即对应单相交流电压为0的时刻)为最近电压过零时刻。
[0150]
其后，在步骤s1012中，获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式。
[0151]
目标电角度计算公式，是指在当前时刻下用于计算相电压电角度的公式。本公开的实施例不受该目标电角度计算公式的具体表现形式的限制。
[0152]
例如，当所述电压极性检测电路具有如图8a所示出的电路结构时，例如可以基于如下规则，根据当前时刻下电压极性检测电路的输出信息确定对应的目标电角度计算公式，具体地，例如在输出y为vcc时，例如可以将如下公式3)确定为目标电角度计算公式：
[0153]
[0154]
其中，θc为当前相电压电角度，ts为单相永磁同步电机的同步速周期，为最近电压过零时刻，t为当前时刻，π例如可以取3.14。
[0155]
且例如在输出y为ref时，例如可以将如下公式4)确定为目标电角度计算公式：
[0156][0157]
其中，θc为当前相电压电角度，ts为单相永磁同步电机的同步速周期，为最近电压过零时刻，t为当前时刻，π例如可以取3.14。
[0158]
其后，在步骤s1013中，基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。
[0159]
例如，可以将当前时刻、最近电压过零时刻代入至所确定的目标电角度计算公式，并基于该目标电角度计算公式计算得到当前相电压电角度。
[0160]
基于上述，本技术中，通过设置电压极性检测电路，并基于该电压极性检测电路的输出信息确定电压过零时刻，且基于该输出信息确定对应的目标电角度计算公式，基于当前时刻、最近电压过零时刻及目标电角度公式来确定当前相电压电角度，使得能够以简单便捷的方式实现当前相电压电角度的计算，且所得到的相电压电角度具有较高的精确度及可靠性。
[0161]
在一些实施例中，上述基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机的过程s103例如可以更具体地描述。
[0162]
图9a示出了根据本公开实施例基于单相永磁同步电机控制模型进行控制的过程s103的示例性流程图。
[0163]
参照图9a，首先，在步骤s1031中，基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量。
[0164]
应了解，本公开不受该单相永磁同步电机控制模型及所生成的输出量的具体表达方式的限制。
[0165]
其后，在步骤s1032中，在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态。
[0166]
且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。
[0167]
应了解，所述第一准则例如可以为限定条件，或者也可以为相应的公式或方程组，本公开的实施例不受该第一准则的具体表现形式的限制。
[0168]
所述预设功率时间是指电磁转矩做功的时间，其旨在计算电磁转矩的做功大小(正负)，其例如可以为单相永磁同步电机的电角度周期的一半，或者也可以为单相永磁同步电机的电角度周期的整个周期。该预设功率时间例如可以根据实际需要进行设置，本公开的实施例不受该预设功率时间的具体设置时长的限制。
[0169]
例如，接下来将结合单相永磁同步电机的数学模型，具体给出该单相永磁同步电机控制模型的示例及基于该单相永磁同步电机控制模型进行电机控制的过程。
[0170]
例如，单相永磁同步电机例如可以具有如下数学模型：
[0171][0172]
其中，rs为定子绕组电阻，l为定子绕组电感，i为定子绕组电流，ψm为转子永磁磁链幅值，ωr为当前转子角速度，us为定子绕组电压，j为转子转动惯量，b为转子粘滞摩擦系数，假设负载转矩与转速平方呈正比，其比例系数为k，tr为定转子气隙不对称造成的磁阻转矩峰值，由不对称气隙造成的初始偏置角为β。
[0173]
且单相永磁同步电机的电磁转矩te例如可以表示为：
[0174][0175]
其中，i为定子绕组电流矢量幅值，为功率因数角，α为当前相电压电角度与当前转子角度之差，即α＝θ
c-θr。
[0176]
例如，可以设定该预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角度周期的一半。
[0177]
此时，例如可以结合数值积分方法，在设定不同初始定子电流i 0
、转子角度θ
r0
以及转子角速度ω
r0
条件下，计算随后的半个电角度周期内，电磁转矩做功的大小。图9b示出了根据本公开实施例在额定电压及额定负载转矩下电磁转矩做功大小与转子角度-电角度差α及转子角速度ωr的关系的示意图。
[0178]
基于图9b所示出的关系图，进一步综合考虑多种绕组电压及负载转矩大小情况下电磁转矩做功情况，例如能够最终拟合得到图9c中电磁转矩在预设功率时间内做功正负分界线的示意图。图9d示出了将图9c中的正负分界线扩展至三维后的示意图，其中灰色阴影部分即表征该电磁转矩在接下来半个周期内做正功的情况。
[0179]
且参照图9c可知，半个电机电角度周期内电磁转矩做正功区域为图9c中直线以上区域(也即应当触发双向晶闸管的双向晶闸管触发区域)，也即在当前转子角度θr、当前相电压电角度θc以及当前转子角速度ωr的关系满足如下关系式时：
[0180][0181]
做负功及做零功的区域为9c中直线以下区域(也即不应当触发双向晶闸管的双向晶闸管不触发区域)，也即在当前转子角度θr、当前相电压电角度θc以及当前转子角速度ωr的关系满足如下关系式时：
[0182][0183]
其中，转子额定旋转角速度为ωn，其余参数量含义如前所述。
[0184]
基于此，例如可以确定该单相永磁同步电机控制模型的表达式为：
[0185][0186]
其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，其余参数的含义
如前所述。且此时对应于该电机的电磁转矩在接下来半个周期内做正功的第一准则例如为前述公式6)。
[0187]
此时，例如可以控制当满足公式6)的第一准则时，触发该双向晶闸管导通，此时将使得该单相永磁同步电机在接下来半个周期内做正功。
[0188]
基于上述，本技术中，通过基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；并在所述输出量满足第一准则(对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况)的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态，一方面，经由控制模型能够以简单便捷的方式生成对双向晶闸管的控制策略，从而实现对电机的运行控制；另一方面，通过设置第一准则，使得仅在当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度的关系能够满足令电机在接下来的预设功率时间内做正功的情况下才触发双向晶闸管导通，使得即便在单相永磁同步电机处于绕组电压幅值波动和/或负载转矩波动情况下，本技术中的电机控制策略仍能够通过使得该电机的电磁转矩始终处于做正功而使得该电机稳定运行。特别地，即便在电磁转矩难以克服负载转矩将转子转速维持在同步速附近时，本技术中的控制方法仍可以保持转子转向固定以及转速的相对稳定，能够有效地避免转子震颤及倒转的不良情况，显著地提高了单相永磁同步电机的抗扰能力，且该控制方法具有较佳的鲁棒性及可靠性。
[0189]
在一些实施例中，如前所述，所述预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角度周期的一半，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量表示为：且控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：
[0190]
在的情况下，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态；在的情况下，不触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于非导通状态。
[0191]
且其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，α＝θ
c-θr，θc为当前相电压电角度，θr为当前转子角度，ωn为定子额定旋转角度，ωr为当前转子角速度。
[0192]
所述单相永磁同步电机的电角度周期是指该单相永磁同步电机所通入的单相交流电(电压)的周期。
[0193]
基于上述，本技术中，通过具体设置根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量及触发双向晶闸管导通的第一准则表达式，使得双向晶闸管处于导通状态，使得能够以简单便捷的输出量表达式明确当前转子角速度、当前转子角度及当前相电压电角度与触发双向晶闸管导通与否的控制策略之间的关系，便于基于该控制模型快速便捷地实现高精确度及高可靠性的控制。此外，通过设置预设功率时间为单相永磁同步电机的电角度周期的一半，使得能够根据转子的实际情况及运动特性(例如根据在正过偏置时刻及负过偏置时刻更新的转子角速度)实时地调整该转子的控制策略，实现灵活且高效的控制。
[0194]
接下来将结合单相永磁同步电机的实际应用场景，对上述控制方法进行更具体地描述。图10a示出了根据本公开实施例的u型铁芯单相永磁同步电机200b的示意图，图10b示出了图10a中u型铁芯单相永磁同步电机定子与转子之间的不对称气隙。
[0195]
参照图10a及图10b，该单相永磁同步电机例如为u型铁芯单相永磁同步电机，其例如包括有：定子(具有u型结构)、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压，相关电路结构及功能如前述结合附图1b所示出的，在这里不再赘述。
[0196]
进一步参照图10b，其中，该定子的u型铁芯的两个端部(即两极)中，左侧端部与转子间的气隙宽度自上而下缩窄，右侧端部与转子间的气隙宽度自下而上缩窄，经由此非均匀气隙的设置，使得在初始状态下(转子静止时)，转子将相对于定子磁极中心线形成初始偏置角β。
[0197]
且该单相永磁同步电机例如还包括控制器，该控制器连接至双向晶闸管的控制输入端，用于根据当前的电机运转情况，实现对该双向晶闸管的导通及非导通状态的控制。
[0198]
且该单相永磁同步电机还设置有靠近该电机转子的线性霍尔传感器，该线性霍尔传感器的检测信号与转子磁场及旋转位置的关系如前述图4a、4b及图7所示出的，且该单相永磁同步电机还设置有电压极性检测电路，该电压极性检测电路的输入为所述单相交流电压且例如具有前述图8a所示出的电路结构。且所述电压极性检测电路及所述线性霍尔传感器的输出端均连接至所述控制器的输入端，所述控制器的输入端基于所述线性霍尔传感器的检测信号及电压极性检测电路的输出信息，确定控制策略，并据此生成触发信号触发所述双向晶闸管处于导通或非导通状态。
[0199]
且进一步参照图10a，所述u型铁芯单相永磁同步电机200b的控制器生成控制策略并进行控制的过程例如包括：基于电压极性检测电路的输出信号，根据图8b所示出的方法，确定所述单相交流电压的当前相电压电角度；根据图2所示出的方法，基于线性霍尔传感器的检测信号，将当前时刻的转子角速度估计值确定为转子的当前转子角速度，并由此计算当前转子角度。且其中，所述转子角速度估计值例如在正过偏置时刻及负过偏置时刻更新，具体更新方法及流程如前所述，在这里不再赘述。其后，例如可以基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。
[0200]
例如，所述单相永磁同步电机控制模型例如具有图6所述的表达式，经由该表达式生成输出量x，且在x满足第一准则(所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在接下来半个周期内做正功的情况)时，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态。x满足第一准则例如为x满足：的情况。
[0201]
通过基于当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；并在所述输出量满足第一准则(对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况)的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态，使得仅在当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度的关系能够满足令电机在接下来的预设功率时间内做正功的情况下才触发双向晶闸管导通，即便在单相永磁同步电机处于绕组电压幅值波动和/或负载转矩波动情况下，电机控制策略仍能够通过使得该电机的电磁转矩始终处于做正功而使得该电机稳定运行，且相较于当前控制方法，该方法所控制的单相永磁同步电机的运转可靠性及运行稳定性均有显著提高，抗干扰能力增强。
[0202]
根据本公开的另一方面，还提出了一种单相永磁同步电机200，进一步参照图11，所述单相永磁同步电机200包括定子、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压。
[0203]
例如，所述定子可以包括定子铁芯(例如图11中所示出的u型铁芯，其具有两个相对端部)，以及缠绕在所述定子铁芯上的定子绕组，所述定子绕组例如连接至单相交流电源(例如为220v的单相交流电电压源)。
[0204]
所述转子例如为具有固定磁极的永磁转子，即该转子由永磁体形成。且所述转子插置在所述定子铁芯的两个相对端部之间，且经由轴承支撑在转子旋转轴上，并能够绕转子旋转轴旋转。具体地，当所述定子绕组通入单相交流电时，旋转的电枢磁场将带动所述转子绕转子旋转轴旋转，以将转子拖入同步速，从而形成永磁同步电机。
[0205]
所述双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压。具体地，所述双向晶闸管包括反向并联的两个晶闸管，通过控制该双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，即能够实现对所述转子的旋转方向的控制，并能够控制所述转子实现同步速，以实现对所述单相永磁同步电机的运转状态的控制。
[0206]
所述单相永磁同步电机还包括控制器，所述控制器例如可以为集成芯片，或者也可以为集成控制电路，本公开的实施例不受该控制器的具体组成的限制。
[0207]
且其中，所述控制器被配置为执行上述图1a中的控制方法。具体地，所述控制器包括相电压电角度确定模块、转子转动特征确定模块及控制策略生成模块。
[0208]
所述相电压电角度确定模块被配置为执行图1a中步骤s101的过程，确定所述单相交流电压的当前相电压电角度。
[0209]
所述单相交流电压的当前相电压电角度，是指在当前时刻下，该单相交流电压的电角度数据。当相电压的频率固定时，该相电压的电角度与时间呈比例关系。
[0210]
所述转子转动特征确定模块被配置为执行图1a中步骤s102的过程，确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度。
[0211]
所述当前转子角速度，是指在当前时刻下，该单相永磁同步电机的转子所具有的转动角速度。所述当前转子速度，是指在当前时刻下，该永磁同步电机的转子所具有的转动角度。
[0212]
所述控制策略生成模块被配置为执行图1a中步骤s103的过程，基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。
[0213]
所述单相永磁同步电机控制模型是指，用于实现对该单相永磁同步电机的运转状态的控制的模型，该单相永磁同步电机控制模型例如可以基于单相永磁同步电机模型确定。本公开的实施例不受该单相永磁同步电机控制模型的具体表达形式的限制。
[0214]
例如可以基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的控制策略，生成相应的控制信号，实现对双向晶闸管的导通或非导通状态的控制，从而实现对该单相永磁同步电机的控制。
[0215]
基于上述，本技术中，通过基于当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，经由单相永磁同步电机模型来控制双向晶闸管，相较于当前控制方法中仅基于相电压电角度及转子角度进行控制，本技术通过在生成控制策略的过程中引入当前转子角速度，
使得能够更全面地反馈该转子当前的转动的位置及速度情况，并综合该转子位置及速度进行控制，提高了单相永磁同步电机的控制精确度及可靠性，有利于在起始阶段高效地控制该转子进入同步速，且在运行过程中提高该单相永磁同步电机的抗扰能力。
[0216]
在一些实施例中，所述转子转动特征确定模块包括转子角速度确定模块及转子角度确定模块。
[0217]
且其中，所述转子角速度确定模块被配置为执行图2中步骤s1021的过程，获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度。
[0218]
所述转子角度确定模块被配置为执行图2中步骤s1022的过程，基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度。
[0219]
且其中，所述单相永磁同步电机还设置有靠近所述转子的线性霍尔传感器，且所述转子角速度估计值是基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定的。
[0220]
所述线性霍尔传感器例如设置在所述转子附近以检测与转子旋转速度及位置相关的检测信号，且所述线性霍尔传感器的检测信号例如为电压信号。
[0221]
所述转子角速度确定函数是指基于所述线性霍尔传感器的检测信号来确定转子角速度估计值的函数。本公开的实施例不受该转子角速度确定函数的具体表达方式的限制。
[0222]
基于上述，本技术中，在确定当前转子角速度及转子角度的过程中，通过直接将当前时刻下转子角速度估计值确定为当前转子角速度，并基于转子角速度确定当前转子角度，能够以简单便捷的方式实现当前转子角速度及当前转子角度的确定，提高了最终所确定的当前转子角速度的精确度，且有利于提高该控制算法的可靠性及控制精确度。
[0223]
在一些实施例中，如前述结合图3所说明的，确定所述转子角速度估计值包括：在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述正过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。
[0224]
如前所述，所述正过偏置时刻t
+
是指线性霍尔传感器的检测信号从小于h
offset
过渡至大于h
offset
的状态所对应的时刻。且所述线性霍尔传感器的检测信号例如可以为电压信号，且该检测信号例如可以包括在正过偏置时刻前后一段预设时间间隔内的线性霍尔传感器的检测信号。
[0225]
所述转子角速度确定函数是指用于基于线性霍尔传感器的检测信号确定转子角速度估计值的函数。本公开的实施例不受该转子角速度确定函数的具体组成及其表示方式的限制。
[0226]
所述正过偏置时刻转子角速度估计值是指，基于线性霍尔传感器的检测信号计算得到的正过偏置时刻下的转子角速度值。
[0227]
本技术中，通过在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值，并据此更新所述转子角速度估计值，一方面，能够基于线性霍尔传感器的检测信号及转子角速度确定函数精确且可靠地确定正过偏置时刻的转子角速度估计值；另一方面，使得转子每旋转一周(在该转子旋转一周
过程中将出现一次正过偏置时刻)将更新一次转子角速度估计值，从而实时且高效地反映出转子的角速度数据，有利于后续基于该转子角速度进行电机控制，提高了电机控制的实时性及可靠性。
[0228]
在一些实施例中，如前述结合图5所说明的，所述转子角速度确定函数包括正过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述正过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态；确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号；确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号；基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。
[0229]
所述预设第一时间间隔例如可以为系统预先设置的时间间隔，或者也可以是系统根据实际情况设置的。本公开的实施例不受该第一时间间隔的具体设定方式及设定时长的限制。
[0230]
所述正过偏置在先时刻即为在该正过偏置时刻之前第一时间间隔的时刻，所述正过偏置在先检测信号为在所确定的正过偏置在先时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0231]
所述正过偏置在后时刻即为在该正过偏置时刻之后第一时间间隔的时刻，所述正过偏置在后检测信号为在所确定的正过偏置在后时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0232]
所述正过偏置时刻角速度确定函数是指用于确定正过偏置时刻下的角速度估计值的函数。本公开的实施例不受该正过偏置时刻角速度确定函数的具体表现形式的限制。
[0233]
基于上述，本技术中，通过选取正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻及其对应的正过偏置在先检测信号；选取正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻及其对应的正过偏置在后检测信号，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成正过偏置时刻转子角速度估计值，使得能够经由综合正过偏置先前和之后的检测信号来提高所计算得到的正过偏置时刻转子角速度估计值的精确度。
[0234]
在一些实施例中，如前述结合图6a所说明的，确定所述转子角速度估计值包括：在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述负过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。
[0235]
如前所述，所述负过偏置时刻t
－
是指线性霍尔传感器的检测信号从大于h
offset
过渡至小于h
offset
的状态所对应的时刻。且所述线性霍尔传感器的检测信号例如可以为电压信号，且该检测信号例如可以包括在负过偏置时刻前后一段预设时间间隔内的线性霍尔传感器的检测信号。
[0236]
所述转子角速度确定函数是指用于基于线性霍尔传感器的检测信号确定转子角速度估计值的函数。本公开的实施例不受该转子角速度确定函数的具体组成及其表示方式的限制。
[0237]
所述负过偏置时刻转子角速度估计值是指，基于线性霍尔传感器的检测信号计算得到的负过偏置时刻下的转子角速度值。
[0238]
基于上述，通过在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值，并据此更新所述转子角速度估计值，能够基于线性霍尔传感器的检测信号及转子角速度确定函数精确且可靠地确定负过偏置时刻的转子角速度估计值；且使得转子每旋转一周(在该转子旋转一周过程中将出现一次负过偏置时刻)更新一次转子角速度估计值，实时高效地反映出转子角速度数据，有利于后续基于该转子角速度进行电机控制，提高了电机控制的实时性及可靠性。
[0239]
在一些实施例中，如前述结合图6b所说明的，所述转子角速度确定函数包括负过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述负过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于负过偏置状态；确定负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号；确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号；基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。
[0240]
所述负过偏置状态即为该线性霍尔传感器的检测信号由大于h
offset
过渡至小于h
offset
的状态，即对应于在一个转子转动周期内(转动一圈)转子磁场强度从正磁场强度过渡至负磁场强度的过程中磁场强度为0的时刻。
[0241]
所述预设第二时间间隔例如可以为系统预先设置的时间间隔，或者也可以是系统根据实际情况设置的。本公开的实施例不受该第二时间间隔的具体设定方式及设定时长的限制。本公开的实施例也不受该第一、第二时间间隔的时长关系的限制。
[0242]
所述负过偏置在先时刻即为在该负过偏置时刻之前第二时间间隔的时刻，所述负过偏置在先检测信号为在所确定的负过偏置在先时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0243]
所述负过偏置在后时刻即为在该负过偏置时刻之后第二时间间隔的时刻，所述负过偏置在后检测信号为在所确定的负过偏置在后时刻下的线性霍尔传感器的检测信号。
[0244]
基于上述，通过选取负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻及其对应的负过偏置在先检测信号；选取负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻及其对应的负过偏置在后检测信号，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成正过偏置时刻转子角速度估计值，使得能够经由综合负过偏置先前和之后的检测信号来提高所计算得到的负过偏置时刻转子角速度估计值的精确度。
[0245]
在一些实施例中，所述单相永磁同步电机还包括：连接至所述单相交流电压且被配置为检测所述单相交流电压的极性的电压极性检测电路。例如，该电压极性检测电路可以具有图8a中所示出的电路结构。
[0246]
且其中，所述相电压电角度确定模块包括：最近电压过零时刻确定模块、目标电角度计算公式模块及相电压电角度生成模块。
[0247]
所述最近电压过零时刻确定模块被配置为执行图8b中步骤s1011的过程，基于所述电压极性检测电路的输出信息(例如输出信号)，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻。
[0248]
所述电压极性检测电路的输出信息，是指该电压极性检测电路的输出端中的输出
信息。
[0249]
所述距离当前时刻最近的电压过零时刻，是指该单相交流电压距离当前时刻最近且电压为0的时刻。应了解，本公开的实施例不受该单相交流电压的最近电压过零时刻的具体确定方式的限制。
[0250]
所述目标电角度计算公式模块被配置为执行图8b中步骤s1012的过程，获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式。
[0251]
目标电角度计算公式，是指在当前时刻下用于计算相电压电角度的公式。本公开的实施例不受该目标电角度计算公式的具体表现形式的限制。
[0252]
所述相电压电角度生成模块被配置为执行图8b中步骤s1013的过程，基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。
[0253]
基于上述，通过设置电压极性检测电路，并基于该电压极性检测电路的输出信息确定电压过零时刻，且基于该输出信息确定对应的目标电角度计算公式，基于当前时刻、最近电压过零时刻及目标电角度公式来确定当前相电压电角度，使得能够以简单便捷的方式实现当前相电压电角度的计算，且所得到的相电压电角度具有较高的精确度及可靠性。
[0254]
在一些实施例中，所述控制策略生成模块包括模型计算模块及控制输出模块。
[0255]
所述模型计算模块被配置为执行图9a中步骤s1031的过程，基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量。
[0256]
应了解，本公开不受该单相永磁同步电机控制模型及所生成的输出量的具体表达方式的限制。
[0257]
所述控制输出模块被配置为执行图9a中步骤s1032的过程，在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态。
[0258]
且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。
[0259]
应了解，所述第一准则例如可以为限定条件，或者也可以为相应的公式或方程组，本公开的实施例不受该第一准则的具体表现形式的限制。
[0260]
所述预设功率时间是指电磁转矩做功的时间，其旨在计算电磁转矩的做功大小(正负)，本公开的实施例不受该预设功率时间的具体设置时长的限制。
[0261]
基于上述，一方面，经由控制模型能够以简单便捷的方式生成对双向晶闸管的控制策略，从而实现对电机的运行控制；另一方面，通过设置第一准则，使得仅在当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度的关系能够满足令电机在接下来的预设功率时间内做正功的情况下才触发双向晶闸管导通，使得即便在单相永磁同步电机处于绕组电压幅值波动和/或负载转矩波动情况下，本技术中的电机控制策略仍能够通过使得该电机的电磁转矩始终处于做正功而使得该电机稳定运行。特别地，在电磁转矩难以克服负载转矩将转子转速维持在同步速附近时，仍可以保持转子转向固定以及转速的相对稳定，能够有效地避免转子震颤及倒转的不良情况，显著地提高了单相永磁同步电机的抗扰能力。
[0262]
在一些实施例中，如前所述，所述预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角
度周期的一半，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量表示为：且控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：
[0263]
在的情况下，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态；在的情况下，不触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于非导通状态。
[0264]
且其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，α＝θ
c-θr，θc为当前相电压电角度，θr为当前转子角度，ωn为定子额定旋转角度，ωr为当前转子角速度。
[0265]
基于上述，通过具体设置根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量及触发双向晶闸管导通的第一准则表达式，使得双向晶闸管处于导通状态，使得能够以简单便捷的输出量表达式明确当前转子角速度、当前转子角度及当前相电压电角度与触发双向晶闸管导通与否的控制策略之间的关系，便于基于该控制模型快速便捷地实现高精确度及高可靠性的控制。此外，通过设置预设功率时间为单相永磁同步电机的电角度周期的一半，使得能够根据转子的实际情况及运动特性(例如根据在正过偏置时刻及负过偏置时刻更新的转子角速度)实时地调整该转子的控制策略，实现灵活且高效的控制。
[0266]
在一些实施例中，所述单相永磁同步电机能够执行如前所述的方法，具有如前所述的功能。
[0267]
本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“第一/第二实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术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，本技术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。
[0268]
此外，本领域技术人员可以理解，本技术的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本技术的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本技术的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
[0269]
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0270]
上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特
定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

技术特征：
1.一种单相永磁同步电机的控制方法，所述单相永磁同步电机包括定子、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压，所述方法包括：确定所述单相交流电压的当前相电压电角度；确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度；基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。2.如权利要求1所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，所述确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度包括：获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度；基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度；且其中，所述转子角速度估计值是基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定的。3.如权利要求2所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，确定所述转子角速度估计值包括：在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述正过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。4.如权利要求3所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，所述转子角速度确定函数包括正过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述正过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态；确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号；确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号；基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。5.如权利要求2或3所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，确定所述转子角速度估计值包括：在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述负过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。6.如权利要求5所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，所述转子角速度确定函数包括负过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述负过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于负过偏置
状态；确定负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号；确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号；基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。7.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，确定所述单相交流电压的当前相电压电角度包括：基于电压极性检测电路确定所述单相交流电压的当前相电压电角度，且所述电压极性检测电路的输入为所述单相交流电压；且该方法包括：基于所述电压极性检测电路的输出信息，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻；获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式；基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。8.根据权利要求1所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；以及在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态；且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。9.如权利要求8所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，所述预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角度周期的一半，根据单相永磁同步电机控制模型生成的输出量为：且控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：在的情况下，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态；在的情况下，不触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于非导通状态；
且其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，α＝θ
c-θ
r
，θ
c
为当前相电压电角度，θ
r
为当前转子角度，ω
n
为定子额定旋转角度，ω
r
为当前转子角速度。10.一种单相永磁同步电机，所述单相永磁同步电机包括定子、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压，所述单相永磁同步电机还包括控制器，所述控制器被包括：相电压电角度确定模块，其被配置为确定所述单相交流电压的当前相电压电角度；转子转动特征确定模块，其被配置为确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度；控制策略生成模块，其被配置为基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。11.如权利要求10所述的单相永磁同步电机，其中，所述转子转动特征确定模块包括：转子角速度确定模块，其被配置为获取当前时刻下的转子角速度估计值，并将该当前时刻下的转子角速度估计值确定为当前转子角速度；转子角度确定模块，其被配置为基于所述当前转子角速度，确定当前转子角度；且其中，所述单相永磁同步电机还设置有靠近所述转子的线性霍尔传感器，且所述转子角速度估计值是基于线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定的。12.如权利要求11所述的单相永磁同步电机，其中，确定所述转子角速度估计值包括：在正过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定正过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述正过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。13.如权利要求12所述的单相永磁同步电机，其中，所述转子角速度确定函数包括正过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述正过偏置时刻转子角速度估计值包括：确定正过偏置时刻，在该正过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于正过偏置状态；确定正过偏置时刻之前预设第一时间间隔的正过偏置在先时刻，并获取该正过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在先检测信号；确定正过偏置时刻之后预设第一时间间隔的正过偏置在后时刻，并获取该正过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的正过偏置在后检测信号；基于所述正过偏置在先时刻、正过偏置在先检测信号、正过偏置在后时刻、正过偏置在后检测信号及所述第一时间间隔，基于正过偏置时刻角速度确定函数生成所述正过偏置时刻转子角速度估计值。14.如权利要求11或12所述的单相永磁同步电机，其中，确定所述转子角速度估计值包括：在负过偏置时刻，基于所述线性霍尔传感器的检测信号，根据转子角速度确定函数确定负过偏置时刻转子角速度估计值；基于所述负过偏置时刻转子角速度估计值更新所述转子角速度估计值。15.如权利要求14所述的单相永磁同步电机，其中，所述转子角速度确定函数包括负过偏置时刻角速度确定函数，且确定所述负过偏置时刻转子角速度估计值包括：
确定负过偏置时刻，在该负过偏置时刻，所述线性霍尔传感器检测信号处于负过偏置状态；确定负过偏置时刻之前预设第二时间间隔的负过偏置在先时刻，并获取该负过偏置在先时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在先检测信号；确定负过偏置时刻之后预设第二时间间隔的负过偏置在后时刻，并获取该负过偏置在后时刻下所述线性霍尔传感器的负过偏置在后检测信号；基于所述负过偏置在先时刻、负过偏置在先检测信号、负过偏置在后时刻、负过偏置在后检测信号及所述第二时间间隔，基于负过偏置时刻角速度确定函数生成所述负过偏置时刻转子角速度估计值。16.如权利要求10所述的单相永磁同步电机，其中，所述单相永磁同步电机还包括：连接至所述单相交流电压且被配置为检测所述单相交流电压的极性的电压极性检测电路；且所述相电压电角度确定模块包括：最近电压过零时刻确定模块，其被配置为基于所述电压极性检测电路的输出信息，确定距离当前时刻最近的电压过零时刻，作为最近电压过零时刻；目标电角度计算公式模块，其被配置为获取当前时刻下电压极性检测电路的输出信息，并基于该输出信息，确定与该输出信息相对应的目标电角度计算公式；相电压电角度生成模块，其被配置为基于当前时刻、最近电压过零时刻，根据所述目标电角度计算公式计算所述单相交流电压的当前相电压电角度。17.根据权利要求10所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，所述控制策略生成模块包括：模型计算模块，其被配置为基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型生成输出量；以及控制输出模块，其被配置为在所述输出量满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于导通状态；在该输出量不满足第一准则的情况下，控制所述双向晶闸管处于非导通状态；且其中，所述第一准则对应于所述单相永磁同步电机的电磁转矩在预设功率时间内做正功的情况。18.如权利要求17所述的单相永磁同步电机的控制方法，其中，所述预设功率时间为所述单相永磁同步电机的电角度周期的一半，根据单相永磁同步电机控制模型生成的输出量为：且控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机包括：在的情况下，触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于导通状态；在的情况下，不触发双向晶闸管导通，使得双向晶闸管处于非导通
状态；且其中，x为基于该单相永磁同步电机控制模型计算得到的输出量，α＝θ
c-θ
r
，θ
c
为当前相电压电角度，θ
r
为当前转子角度，ω
n
为定子额定旋转角度，ω
r
为当前转子角速度。

技术总结
公开了一种单相永磁同步电机的控制方法及单相永磁同步电机，所述单相永磁同步电机包括定子、转子及双向晶闸管控制电路，该双向晶闸管控制电路包括双向晶闸管，所述双向晶闸管与定子绕组串联且通入单相交流电压，所述方法包括：确定所述单相交流电压的当前相电压电角度；确定所述转子的当前转子角速度及当前转子角度；基于所述当前相电压电角度、当前转子角速度及当前转子角度，根据单相永磁同步电机控制模型，控制所述双向晶闸管处于导通状态或非导通状态，以控制所述单相永磁同步电机。以控制所述单相永磁同步电机。以控制所述单相永磁同步电机。


技术研发人员：王胜 张海波 陈旭辉
受保护的技术使用者：常州雷利电机科技有限公司
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2023/9/20