CN101997466B - 估计转子角位置和速度以及验证位置传感器输出的准确性 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了多种方法、系统和装置，这些方法、系统和装置用于在位置传感器故障期间估计转子角位置和角速度，并且用于在位置传感器故障之后基于所述转子的估计转子角位置和角速度验证位置传感器的输出的准确性或不准确性。

Description

估计转子角位置和速度以及验证位置传感器输出的准确性
技术领域
本发明总体上涉及混合动力电动车的动力系统，更具体地涉及用于估计转子的角位置和速度以及用于在位置传感器故障之后验证位置传感器的输出信息的准确性或不准确性的技术。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)通常包括电力牵引驱动系统，该电力牵引驱动系统包括通过由具有诸如蓄电池的直流(DC)电源的功率转换器驱动的交流(AC)电动机。AC电动机的电机绕组能够被联接到功率逆变器模块(PIM)的逆变器子模块。每个逆变器子模块包括一对开关，其以互补方式切换从而执行快速切换功能，以便将DC功率转换为AC功率。该AC功率驱动AC电动机，而AC电动机则驱动HEV的传动系的轴。传统的HEV具有两个三相脉宽调制(PWM)逆变器模块和两个三相AC电机(例如AC电动机)，每个三相AC电机被三相PWM逆变器模块中的与其联接的对应的一个三相PWM逆变器模块驱动。
很多现代高性能AC电动机驱动使用磁场定向控制(FOC)或“矢量”控制理论来控制AC电动机的操作。特别是，矢量控制经常用在可变频率驱动中，以控制馈送给三相AC电动机的电流，使得能够控制电动机转子的角速度，并且因此能够控制施加到轴上的扭矩。在矢量控制中，定子相电流被测量，并且被转变为对应的复空间矢量。该电流矢量随后被转换为与三相AC电动机的转子一起旋转的坐标系。这种技术需要转子的角位置(即转子相对于定子或电动机绕组的机械旋转角位置)的知识。
转子的角位置能够基于通过使用某种类型的速度或位置传感器的实际测量的量值而被计算，用于控制反馈测量。例如，为了确定转子的角位置，可通过速度传感器测量其角速度，随后，可通过对角速度测量值求积分而得到角位置。
其它磁场定向或矢量控制的系统可使用直接提供绝对位置信息的转子角位置传感器或旋转变换器以实施电动机控制技术。一个这种示例为分解器或分解器-数字转换器电路，其直接提供与转子的角位置对应的位置信息。
位置传感器是提供与转子的角位置相关的必要信息的重要装置。然而，在一些情况下，位置传感器可能发生故障或失效，在这种情况下，由位置传感器测量的位置测量值将常常是错误的或完全丢失。例如，当电动机工作在其超速区且转子的角速度(或电动机速度)超过位置传感器的跟踪阈值限制时，能够导致丢失跟踪(LOT)失效。可替代地，例如当位置传感器的内部位置误差超过某一预设阈值时，也能够导致LOT失效。当位置传感器经历LOT失效时，通常由位置传感器提供的角位置测量值将常常是错误的或完全丢失。这样，因为电动机驱动依赖该信息来确保正确操作，因此立即关闭电动机驱动变得很必要。
一旦转子的角速度返回到位置传感器的跟踪限制以内，很多电动机驱动系统进入位置传感器恢复模式(PSRM)。在使电动机控制处理器回到其正常的磁场定向或矢量控制操作模式之前，谨慎起见应该验证位置传感器的角位置输出的准确性，以确保位置传感器正产生有效的角位置信息。否则，磁场定向矢量控制技术很可能没有如预想中那样工作，因为它们依赖的来自位置传感器的转子角位置信息可能是不准确的。
期望提供改进的方法、系统和装置，用于在位置传感器故障/失效之后验证位置传感器的角位置和角速度输出的准确性或不准确性。还期望这种改进的方法、系统和装置在位置传感器处于故障或失效模式下时同时允许对转子的角位置和角速度(或“电动机速度”)进行估计。还期望这种改进的方法、系统和装置使用AC电动机工作，包括永磁同步电动机(PMSM)。并且，结合附图以及前述的技术领域和背景技术，从后续的详细说明和所附权利要求，本发明的其它期望的特征和特点将变得明显。
发明内容
本发明的各实施例涉及方法、系统和装置，其用于在位置传感器故障/失效之后验证位置传感器的角位置和角速度输出的准确性或不准确性，同时还允许估计转子角位置和角速度(或“电动机速度”)。
根据一些实施例，本发明提供的方法、系统和装置用于估计例如永磁同步电动机(PMSM)的电动机在包括逆变器的矢量控制电动机驱动系统中产生的角度信息。逆变器产生驱动电动机的定子绕组的三相电压信号。电动机包括绕定子旋转的转子。该系统还包括被设计为产生位置传感器输出(PSout)的位置传感器，该位置传感器输出包括当转子绕定子旋转时，转子相对于定子的角速度以及转子相对于定子的角位置。
当所述位置传感器进入故障模式时，所述逆变器开始工作在对称三相短路(STPSC)模式下。在STPSC模式期间，所述电动机在定子绕组中产生在所述定子绕组中感应出三相短路电流信号的反EMF电压。电动机产生的三相静态参考帧短路电流信号被测量，并且被用于确定所述转子的估计角速度和所述转子的估计角位置。基于从所述电动机测量的所述估计转子角位置和三相静态参考帧短路电流信号，能够产生转子的估计转子角速度。同样，估计转子角速度能够被求积分以产生所述估计转子角位置。
根据一个实施例，在系统操作之前，通过实验测试建立查找表。查找表包括在使用该系统之前通过离线测试而实验性地确定的多个预定条目。每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路参考电流的对应的特定测量值。
当系统操作时，所述估计转子角位置被用于将所述三相静态参考帧短路电流信号转换为三相同步参考帧短路电流信号。每个特定的估计转子角速度值被用于在查找表中查找特定的预定条目，并且产生与转子角速度的特定测量值对应的三相同步参考帧短路参考电流的特定测量值。每个三相同步参考帧短路电流值被从三相同步参考帧短路参考电流(来自查找表的输出)中减去，以产生三相短路电流误差，该三相短路电流误差随后可被用于产生所述估计转子角速度。
方案1、一种用于估计电动机产生的角度信息的方法，包括下列步骤：
当位置传感器进入故障模式时使逆变器工作在对称三相短路(STPSC)模式下，其中所述位置传感器被设计为产生位置传感器输出(PSout)，所述位置传感器输出(PSout)包括：当转子绕定子以一定角速度旋转时所述电动机的所述转子相对于所述定子的所述角速度，和当所述转子绕所述定子旋转时所述转子相对于所述定子的角位置；
当所述逆变器响应于所述位置传感器进入故障模式而工作在所述STPSC模式下时，测量所述电动机产生的三相静态参考帧短路电流信号；和
基于所述三相静态参考帧短路电流信号，产生所述转子的估计角速度和所述转子的估计角位置。
方案2、如方案1所述的方法，其中产生估计角速度的步骤包括下列步骤：
基于估计转子角位置和从所述电动机测量出的所述三相静态参考帧短路电流信号产生所述转子的估计转子角速度；和
对所述估计转子角速度求积分以产生所述估计转子角位置。
方案3、如方案2所述的方法，其中基于估计转子角位置和从所述电动机测量出的所述三相静态参考帧短路电流信号产生所述转子的估计转子角速度的步骤包括：
保存查找表，所述查找表包括在使用所述系统之前通过离线测试而实验性地确定的多个预定条目，其中每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流的对应的特定测量值；
使用所述估计转子角位置将所述三相静态参考帧短路电流信号转换为三相同步参考帧短路电流信号；
响应于接收到特定的估计转子角速度而查找特定的预定条目；
基于所述特定的预定条目，产生与转子角速度的特定测量值对应的三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600042
的特定测量值；
从来自LUT的所述三相同步参考帧短路q轴参考电流输出中减去所述三相同步参考帧短路q轴电流
Figure BSA00000233188600043
以产生三相短路q轴电流误差(Δiq e)；和
基于所述三相短路电流误差信号，产生所述估计转子角速度(ωe)。
方案4、如方案2所述的方法，进一步包括：
在位置传感器恢复模式(PSRM)期间，使用所述估计转子角位置验证所述位置传感器输出(PSout)。
方案5、如方案4所述的方法，其中使用所述估计转子角位置的步骤包括：
对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、估计转子角位置值和估计转子角速度值进行采样；和
从所述估计转子角位置值中减去所述第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从所述估计转子角速度值中减去所述第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)；和
确定所述位置传感器误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，以及所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)。
方案6、如方案5所述的方法，其中当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为大于PSAPETT或者当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为大于PSAVETT时，所述位置传感器输出(PSout)是无效的，并且其中当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为小于或等于PSAPETT并且当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为小于或等于PSAVETT时，所述位置传感器输出(PSout)是有效的。
方案7、一种矢量控制电动机驱动系统，包括：
电动机，所述电动机包括定子和被设计为绕所述定子以一定角速度旋转的转子，其中所述转子具有相对于所述定子的角位置；
被设计为产生位置传感器输出(PSout)的位置传感器，其中所述位置传感器输出(PSout)对应于所述转子的角位置和所述转子的角速度；
逆变器，所述逆变器被联接到所述电动机，并且被设计为当所述位置传感器进入故障模式时工作在对称三相短路(STPSC)模式下，其中所述电动机被设计为当所述逆变器工作在所述STPSC模式下时，产生静态参考帧中的三相短路电流信号；和
估计模块，所述估计模块被设计为基于所述三相静态参考帧短路电流信号产生所述转子的估计角速度和所述转子的估计角位置。
方案8、如方案7所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块进一步包括：
转子角速度估计模块，所述转子角速度估计模块被设计为接收估计转子角位置和从所述电动机测量出的三相静态参考帧短路电流信号；并且产生估计转子角速度(ωe)。
方案9、如方案8所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述转子角速度估计模块包括：
静态-同步转换模块，所述静态-同步转换模块被设计为接收所述估计转子角位置和从所述电动机测量出的所述三相静态参考帧短路电流信号，并且被设计为产生三相同步参考帧短路q轴电流信号(iq e)；
查找表(LUT)，所述查找表包括在使用所述系统之前通过离线测试实验性地确定的多个预定条目，其中每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600051
的对应的特定测量值；其中所述查找表被设计为响应于接收到特定的估计转子角速度而查找特定的预定条目，并且输出与转子角速度的特定测量值对应的所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600061
的特定测量值；
减法模块，所述减法模块被设计为从所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600062
中减去所述三相同步参考帧短路q轴电流(iq e)，以产生三相短路q轴电流误差(Δiq e)；和
比例积分(PI)调节器，所述比例积分(PI)调节器被设计为接收三相短路q轴电流误差(Δiq e)并且产生估计转子角速度(ωe)。
方案10、如方案8所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块进一步包括：
被设计为接收所述估计转子角速度(ωe)并且产生所述估计转子角位置的转子角位置估计模块。
方案11、如方案10所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述转子角位置估计模块进一步包括：
被设计为接收所述估计转子角速度(ωe)并且产生估计转子角位置(θe)的积分器；和
被设计为接收所述估计转子角位置(θe)并且产生估计转子角位置的模量函数。
方案12、如方案8所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块进一步包括：
估计转子角速度转化模块，其被设计为接收单位为每秒电弧度的所述估计转子角速度(ωe)，并且产生单位为每分钟转数(rmp)的估计转子角速度。
方案13、如方案12所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计转子角速度转化模块进一步包括：
数字低通滤波器，其被设计为接收单位为每秒电弧度的估计转子角速度(ωe)，并且产生单位为每秒电弧度的滤波转子角速度；
频率转化模块，其被设计为接收所述滤波转子角速度，并且产生与所述滤波转子角速度对应的频率信号；和
频率-速度转化模块，其被设计为接收所述频率信号，并且产生单位为每分钟转数(rpm)的估计转子角速度。
方案14、如方案7所述的矢量控制电动机驱动系统，进一步包括：
被设计为在位置传感器恢复模式(PSRM)期间验证所述位置传感器输出(PSout)的验证模块。
方案15、如方案14所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述验证模块包括：
采样模块，其被设计为对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、估计转子角位置值和所述估计转子角位置的估计转子角速度值进行采样；和
比较模块，其被设计为：
从所述第二估计转子角位置值中减去所述第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从所述估计转子角速度值中减去所述第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)，和
确定所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，以及所述位置传感器角速度误差(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)。
方案16、如方案15所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述验证模块确定：
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为大于所述PSAPETT或者当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为大于所述PSAVETT时，所述位置传感器输出(PSout)是无效的；和
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为小于或等于所述PSAPETT并且当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为小于或等于所述PSAVETT时，所述位置传感器输出(PSout)是有效的。
方案17、如方案7所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述逆变器产生三相电压信号，并且其中所述电动机包括永磁同步电动机(PMSM)，所述永磁同步电动机包括由所述三相电压信号驱动的定子绕组，并且其中所述PMSM在所述STPSC模式期间在所述定子绕组中产生反EMF电压，所述反EMF电压在所述定子绕组中感应出所述三相短路电流信号。
方案18、一种矢量控制电动机驱动系统(VCMDS)，包括验证模块以及具有定子和被设计为以一定角速度绕所述定子旋转的转子的永磁同步电动机(PMSM)，所述验证模块用于验证绝对位置传感器正在产生有效的位置传感器输出(PSout)，所述位置传感器输出指示所述转子相对于所述定子的角位置和所述转子相对于所述定子的角速度，所述验证模块包括：
逆变器，所述逆变器被联接到所述电动机，并且被设计为当所述位置传感器进入故障模式时工作在对称三相短路(STPSC)模式下，其中所述电动机被设计为当所述逆变器模块在所述STPSC模式下工作时产生静态参考帧中的三相短路电流信号；和
估计模块，其被设计为：接收静态参考帧中的三相短路电流信号；基于所述三相短路电流信号产生所述转子的估计角速度；和基于所述转子的估计角速度产生所述转子的估计角位置；和
采样模块，其被设计为对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、和估计转子角位置值和所述估计转子角位置的估计转子角速度值进行采样；和
比较模块，其被设计为从所述第二估计转子角位置值中减去所述第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从所述估计转子角速度值中减去所述第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)，并且确定所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，以及所述位置传感器角速度误差(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)；
其中所述验证模块确定：
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为大于所述PSAPETT或者当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为大于所述PSAVETT时，所述位置传感器输出(PSout)是无效的；和
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为小于或等于所述PSAPETT并且当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为小于或等于所述PSAVETT时，所述位置传感器输出(PSout)是有效的。
方案19、如方案18所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块包括：
静态-同步转换模块，所述静态-同步转换模块被设计为接收所述估计转子角位置，和从所述电动机测量出的所述三相短路电流信号，并且被设计为产生同步参考帧中的三相短路q轴电流信号(iq e)；
查找表(LUT)，所述查找表包括在使用所述系统之前通过离线测试而实验性地确定的多个预定条目，其中每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600091
的对应的特定测量值；其中所述查找表被设计为响应于接收到特定的估计转子角速度而查找特定的预定条目，并且输出与转子角速度的特定测量值对应的所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600092
的特定测量值；
减法模块，所述减法模块被设计为从所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600093
中减去所述三相同步参考帧短路q轴电流(iq e)，以产生三相短路q轴电流误差(Δiq e)；和
比例积分(PI)调节器，所述比例积分(PI)调节器被设计为接收所述三相短路q轴电流误差信号(Δiq e)并且产生估计转子角速度(ωe)；和
转子角位置估计模块，其被设计为接收所述估计转子角速度(ωe)并且产生所述估计转子角位置。
根据一些实施例，所述估计转子角位置和/或估计转子角速度可随后被用在位置传感器恢复模式(PSRM)期间，以验证位置传感器输出(PSout)的有效性/无效性。
附图说明
下文将结合附图对本发明进行描述，附图中相似的附图标记指代相似的元件，并且
图1为根据公开的实施例能够被使用的电动机驱动系统的一部分的框图；
图2为根据一些公开的实施例用于估计转子的角速度和角位置的估计模块的框图；
图3为示出根据一些公开的实施例用于验证位置传感器的角位置和角速度输出的准确性或不准确性的方法的流程图。
具体实施方式
如这里所使用的，词语“示例性”的含义是“用作示例、例子或例证”。下面的详细说明本质上仅为示例性的，并不倾向于限制本发明或本发明的应用或使用。这里描述的作为“示例”的任何实施例并不被解释为必然优于其它实施方式或比其它实施方式更有利。在本具体实施方式中描述的所有实施例为示例性实施例，其被提供以使本领域技术人员能够制造或使用本发明，而并不是用于限制由权利要求限定的本发明的范围。并且，在前面的技术领域、背景技术、发明内容或后面的详细说明中给出的任何明示或隐含的理论都不用于限制本发明。
概述
本发明的各实施例涉及用于在位置传感器故障/失效之后验证位置传感器的角位置输出的准确性或不准确性的方法和装置。
如果位置传感器故障或失效，所公开的各实施例提供一种方法、系统和装置，其用于根据静态参考帧三相定子电流测量值来估计转子的角速度和角位置，并且使用这些测量值来验证在位置传感器故障/失效之后位置传感器输出的角位置信息的准确性或不准确性。根据公开的各实施例，在位置传感器恢复模式期间，所提供的技术用于检验位置传感器输出的角位置信息的准确性/不准确性。这些技术能够被用于在电动机控制处理器使用位置传感器输出信号用于磁场定向矢量控制目的之前，确保位置传感器输出信号是有效的。同时，这些技术能够允许即使在没有位置传感器(例如由于位置传感器的故障或失效)的情况下对转子的角速度(或“电动机速度”)进行估计。估计转子角速度允许该系统监控电动机的当前操作状态，使得当转子角速度(或“电动机速度”)过高时能够立即关闭电动机。公开的各实施例的一个优点是，它们比较容易实施，并且从电动机控制处理器要求非常少的计算功率。另一个优点是，当电动机在相对较高的速度下工作时，它们也是可用的。
在一个实施例中，所提供的方法、系统和装置用于估计例如永磁同步电动机(PMSM)的电动机在包括逆变器的矢量控制电动机驱动系统中产生的角度信息。逆变器产生驱动电动机的定子绕组的三相电压信号。电动机包括绕定子旋转的转子。系统还包括位置传感器，该位置传感器被设计为产生位置传感器输出(PSout)，位置传感器输出包括当转子绕定子旋转时相对于定子的转子的角速度和转子的角位置。
当位置传感器进入故障模式时，逆变器开始工作在对称三相短路(STPSC)模式下。在STPSC模式期间，电动机在定子绕组中产生反电动势(back EMF)电压，反EMF电压在定子绕组中感应出三相短路电流信号。电动机产生的三相静态参考帧短路电流信号被测量，并且被用于确定转子的估计角速度和转子的估计角位置。基于估计转子角位置和从电动机测量出的三相静态参考帧短路电流信号，能够产生转子的估计转子角速度。同样，可对估计转子角速度求积分以产生估计转子角位置。
根据一个实施例，在系统操作之前，通过实验测试建立查找表。该查找表包括多个预定条目，其在使用该系统之前通过离线测试被实验性地确定。每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600111
的对应的特定测量值。
当系统工作时，估计转子角位置被用于将三相静态参考帧短路电流信号转换为三相同步参考帧短路电流信号。每个特定的估计转子角速度值被用于在查找表中查找特定的预定条目，并且产生与转子角速度的特定测量值对应的三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600112
的特定测量值。每个三相同步参考帧短路q轴电流
Figure BSA00000233188600113
值被从三相同步参考帧短路q轴参考电流(从查找表中输出)中减去，以产生三相短路q轴电流误差(Δiq e)，该三相短路q轴电流误差随后被用于产生估计转子角速度(ωe)。
根据一些实施例，估计转子角位置和/或估计转子角速度随后可被用在位置传感器恢复模式(PSRM)期间，以验证位置传感器输出(PSout)的有效性/无效性。在一种实施方式中，通过下列操作执行验证，即对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、估计转子角位置值以及估计转子角速度值进行采样。
之后，可从估计转子角位置值中减去第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)。同样，可从估计转子角速度值中减去第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)。随后确定位置传感器误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，和/或确定位置传感器角速度误差(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)。
当位置传感器角位置误差(PSAPerror)被确定为大于PSAPETT或者当位置传感器角速度误差(PSAVerror)被确定为大于PSAVETT时，位置传感器输出(PSout)是无效的。
相反，当位置传感器角位置误差(PSAPerror)被确定为小于或等于PSAPETT或者当位置传感器角速度误差(PSAVerror)被确定为小于或等于PSAVETT时，位置传感器输出(PSout)是有效的。
在参照图2和图3进一步详细描述公开的实施例之前，先参照图1描述传统的磁场定向矢量控制电动机驱动系统。
图1为磁场定向矢量控制电动机驱动系统的一部分的框图。该系统包括连接到三相电动机120的三相电压源逆变器110。应该注意到，图1中的三相电压源逆变器110和三相电动机120并不限于该实施方式；相反，图1仅为如何在一种实施方式中实施图1中的三相电压源逆变器110和三相电动机120的一种示例。
图1描绘的特定类型的三相AC电动机120可称为星形连接(或Y形连接)三相PMSM120，特定类型的三相PWM逆变器模块110可称为功率逆变器模块(PIM)，更具体地为全波桥逆变器。这些术语在下面可互换地使用。应该认识到，图1描绘的三相AC电动机120同样可以是三角形连接(dalta-connected)三相电动机。
如图1所示，三相AC电动机120具有转子121和以Y形配置连接在电动机端子A、B和C之间的三个定子或电动机绕组120a、120b、120c。三相PWM逆变器模块110包括电容180和三个逆变器子模块115、117、119。在该实施例中，在相位A中，逆变器子模块115联接到电动机绕组120a，在相位B中，逆变器子模块117联接到电动机绕组120b，而在相位C中，逆变器子模块119联接到电动机绕组120c。电动机绕组A、B、C(120a、120b、120c)在中性点(N)120d处被联接到一起。进入电动机绕组A 120a的电流流出电动机绕组B 120b和C 120c，进入电动机绕组B 120b的电流流出电动机绕组A 120a和C 120c，而进入电动机绕组C 120c的电流流出电动机绕组A 120a和B 120b。
三相定子电流ia、ib、ic122-124流动通过相应的定子绕组120a、120b和120c。每个定子绕组120a-120c上的相位中性电压被分别标记为Van、Vbn、Vcn，由被示出为每个分别与定子绕组120a-120c串联连接的理想电压源产生的在定子绕组120a-120c中生成的反电动势电压分别以电压Ea、Eb和Ec示出。如已熟知的那样，这些反电动势电压Ea、Eb和Ec为由于永磁转子的旋转在各个定子绕组120a-120c中感应出的电压。尽管未示出，电动机120被联接到驱动轴。
功率逆变器模块110包括电容180、包括双向开关182/183、184/185的第一逆变器子模块115、包括双向开关186/187、188/189的第二逆变器子模块117以及包括双向开关190/191、192/193的第三逆变器子模块119。这样，功率逆变器模块110具有六个固态开关装置182、184、186、188、190、192和六个二极管183、185、187、189、191、193，以适当地切换复合电压(VIN)并且向三相AC电动机120的定子绕组120a、120b、120c提供三相能量。
如这里使用的那样，术语“位置传感器”应该被广义地解释，并且意指产生角位置信息的任何传统的位置传感器装置，包括物理位置传感器装置，或者意指物理位置传感器的虚拟软件实施方式，但不是指任何种类的绝对位置传感器或旋转变换器。在图1描绘的特定实施方式中，位置传感器198为用于测量旋转角度的旋转型电变压器，并且被设计为当转子以一角速度绕定子旋转时产生位置传感器输出(PSout)，包括理想上对应于转子121相对于电动机的定子的角速度和/或角位置的一个或多个输出角位置信息(θm)和/或角速度信息。换句话说，当正确操作时，位置传感器198产生理想上对应于转子121的机械角(θm)和/或转子121的角速度的绝对角位置信息和/或角速度信息。尽管未示出，一种常见类型的位置传感器198装置为分解器(resolver)。
闭环电动机控制器50能够接收用于驱动电动机120的电动机命令信号51且从电动机120接收电动机操作信号49。基于电动机命令信号51和反馈的电动机操作信号49，闭环控制器50产生控制信号(Ga-Gf)52，控制信号(Ga-Gf)52驱动/控制PIM110的逆变器子模块115、117、119内的固态开关装置182、184、186、188、190、192的切换。电动机操作信号49能够基于来自电动机120的测量值或估计值而产生。电动机操作信号49能够包括测量出的定子电流(ia、ib、ic)122-124，以及由位置传感器198产生的角位置(θm)信息和/或角速度信息。
通过向独立的逆变器子模块115、117、119提供适当的控制信号52，闭环电动机控制器50控制逆变器子模块115、117、119内的固态开关装置182、184、186、188、190、192的切换，并且因此分别控制被提供到电动机绕组120a、120b、120c的逆变器子模块115、117、119的输出。三相逆变器模块110的逆变器子模块115、117、119导致定子电流(ia、ib、ic)122-124流入电动机绕组120a、120b、120c。Van、Vbn、Vcn、Ea、Eb和Ec处的合成电压根据逆变器模块110的逆变器子模块115、117、119中的开关182、184、186、188、190、192的打开/关闭状态而随着时间波动。
位置传感器故障或失效
如上所述，在一些情况下，位置传感器198经历故障或失效，在这种情况下，位置传感器198输出的角位置信息(θm)和/或角速度信息可能不准确。在这一点上，应该注意到，位置传感器198可由于各种原因而进入故障模式或失效，并且位置传感器198的故障和失效不局限于本申请的背景技术部分讨论的LOT故障/失效模式。LOT故障/失效仅为失效类型中的一个示例。
短路模式
如果位置传感器故障/失效，电动机控制处理器(未示出)将使PMSM120立即从其正常的磁场定向矢量控制操作模式转变到对称三相短路模式。这种对称三相短路状态通过关闭下面任何一种而实现：(1)功率逆变器模块110的所有三个相位A、B、C中的所有上部开关182、186、190或者(2)功率逆变器模块110的所有三个相位A、B、C中的所有下部开关184、188、192。这防止电力例如在无控制发电模式下通过整流而返回到电池(未示出)，这可导致电池由于在转子的角速度相对较高时在高电动机速度下导致的高电动机反EMF而被过充电。
在该对称三相短路模式期间，由于磁通量密度，定子绕组120a、120b、120c中的电动机反EMF Ea、Eb、Ec将在定子绕组120a、120b、120c中感应出定子电流122-124(后面称为三相短路电流)。因为这些定子电流122-124在这种对称三相短路模式下产生，它们将在下面被称为三相短路电流，并且在图2中将分别用符号ia S、ib S、ic S和附图标记222、223、224表示。
图2为根据一些公开的实施例用于估计转子的角速度和角位置的估计模块200的框图。
系统200包括转子角速度估计模块210、转子角位置估计模块280和估计转子角速度转化模块290。如这里所使用的那样，术语“模块”是指用于执行任务的装置、电路、电子部件和/或基于部件的软件。如下面将描述的那样，所公开的实施例提供允许从静态参考帧中的三相定子电流测量值估计转子的角速度和角位置的技术。这些估计值随后可被用于检验位置传感器的角位置输出的准确性。
在一个实施例中，转子角速度估计模块210包括静态-同步转换模块225、查找表(LUT)230、减法模块232和比例积分(PI)调节器240。静态-同步转换模块225从PMSM 120(图1)和估计转子角位置252接收在静态参考帧中测量的三相短路电流信号(ia S、ib S、ic S)作为其输入。静态-同步转换模块225使用这些输入将测量出的三相静态参考帧短路电流信号(ia S、ib S、ic S)222-224转换为同步参考帧中的三相短路电流信号(id e、iq e)226、228。当电动机为PMSM时，d轴被定义为与转子磁体的北磁极对齐的轴线，而q轴与转子磁体的d轴成90度电角度。静态-同步转换模块225的输出在这里还称为三相同步参考帧短路d轴电流信号(id e)226和三相同步参考帧短路q轴电流信号(iq e)228。静态-同步转换过程可使用本领域熟知的Clarke和Park变换来执行，为了简洁起见不再详细描述。Clarke和Park变换的一种实施方式描述在“TMS320C2xx的Clarke&Park变换”申请报告刊号：BPRA048，德州仪器，2007，该文献的全部内容通过引用合并于此。
在一个实施例中，LUT 230保存转子角速度的测量值和对应的三相同步参考帧短路q轴参考电流信号
Figure BSA00000233188600151
231的测量值。在一个实施方式中，保存在LUT 230中的值在使用系统200之前通过进行离线测试而被实验性地测量出(即预先确定)。LUT 230包括多个条目，其中每个条目包括：对应于同步参考帧中的q轴参考电流
Figure BSA00000233188600152
231的特定测量值的转子角速度的特定测量值。当LUT 230接收特定估计转子角速度270作为输入时，LUT 230查找对应的条目，并且输出与该特定的测量转子角速度270对应的测量q轴参考电流231的单个对应值。换句话说，LUT 230产生输出电流信号231，该输出电流信号231是通过实验测试离线获得的q轴参考电流信号
Figure BSA00000233188600154
的特定值。减法模块232从查找表中的三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure BSA00000233188600155
231中减去三相同步参考帧短路q轴电流(iq e)228的测量值，从而产生三相短路q轴电流误差信号
Figure BSA00000233188600156
234。误差信号
Figure BSA00000233188600157
234简单地是三相同步参考帧短路q轴电流信号(iq e)228与短路q轴参考电流信号
Figure BSA00000233188600158
231之间的差。
在另一实施例中，LUT 230保存转子角速度的测量值和对应的三相同步参考帧短路d轴参考电流信号
Figure BSA00000233188600159
231的测量值。LUT 230包括多个条目，其中每个条目包括：对应于同步参考帧中的d轴参考电流
Figure BSA000002331886001510
231的特定测量值的转子角速度的特定测量值。当LUT 230接收特定估计转子角速度270作为输入时，LUT 230查找对应的条目，并且输出与该特定的测量转子角速度270对应的测量d轴参考电流
Figure BSA000002331886001511
231的单个对应值。换句话说，LUT 230产生输出电流信号231，该输出电流信号231是通过实验测试离线获得的d轴参考电流信号
Figure BSA00000233188600161
的特定值。减法模块232从输出信号231中减去三相同步参考帧短路d轴电流(id e)226的测量值，从而产生与LUT 230中的估计转子角速度对应的三相短路d轴电流误差信号(Δid e)234。误差信号(Δid e)234简单地是三相同步参考帧短路d轴电流信号(id e)226与短路d轴参考电流信号
Figure BSA00000233188600162
231之间的差。
前一实施例优于本实施例，原因在于与d轴电流(id e)226相比，q轴电流(iq e)228的量值小。在高电动机速度下的对称三相短路模式期间，电动机电流的大部分投影在d轴上，而剩余的部分投影在q轴上。因此，d轴电流(id e)的量值比q轴电流(iq e)的量值大很多。并且，d q电流量值随着电动机的温度而变化。因此，由于电动机温度的改变导致的d轴电流的小百分比的变化的量值将比q轴电流中相同百分比变化的量值大。因此，如果采用后一实施例，这可能导致较高的转子角位置估计误差。
比例积分(PI)调节器240接收三相短路q轴电流误差信号(Δiq e)234，并使用该信号产生单位为每秒电弧度的估计转子角速度(ωe)242。PI调节器240使误差最小化，使得测量出的q轴电流将与来自LUT 230的参考值231精确匹配。这样做时，PI调节器240的输出将是单位为每秒电弧度的估计转子角速度(ωe)242。比例积分(PI)调节器在本领域是公知的，为了简洁起见，将不再进一步详细描述。
在一个实施例中，转子角位置估计模块280包括积分器244和模量函数250。积分器244对估计转子角速度(ωe)242求积分，从而产生在0至2π电弧度之间的估计转子角位置(θe)246。估计转子角位置252随后可被静态-同步转换模块225使用，以执行上述静态参考帧(abc)至同步参考帧(dq)的变换。根据公开的各实施例，应该认识到，计算出的估计转子角位置252并不用于磁场定向矢量控制技术，而是被用于估计转子的角位置和角速度。
在一个实施例中，估计转子角速度转化模块290包括数字低通滤波器260、频率转化模块264和频率-速度转化模块268。PI调节器240产生的估计转子角速度(ωe)242信号被数字低通滤波器260滤波，以得到DC分量262，DC分量262是单位为每秒电弧度的滤波转子角速度。频率转化模块264对作为滤波转子角速度的DC分量262进行转换，以计算出信号的频率266。基于信号的频率266，频率-速度转化模块268随后计算出单位为每分钟转数(rpm)的对应的估计转子角速度270。
图3为根据一些公开的实施例用于验证位置传感器的角位置和角速度输出的准确性或不准确性的方法300的流程图。尽管方法300描述了基于角位置和角速度输出来确定位置传感器的输出是有效或无效的，应该认识到，在一些实施例中，可以基于角位置输出或角速度输出中的任一个来确定位置传感器的输出是有效或无效的。
方法300从步骤310开始，此时系统进入位置传感器恢复模式(PSRM)。在一个实施方式中，当系统确定位置传感器已经恢复其跟踪能力时，系统进入PSRM。当系统开始接收包括由位置传感器测量出的与角位置和角速度有关的信息的位置传感器输出(PSout)时，系统可确定位置传感器已经恢复其跟踪能力。
只要位置传感器198恢复其跟踪能力，方法300前进到步骤315，在步骤315中，对位置传感器输出(PSout)值、估计转子角位置252的值以及单位为rmp的估计转子角速度270的值进行采样。方法300前进到步骤320，在步骤320中，将位置传感器输出(PSout)与估计值进行比较。具体地说，从估计转子角位置252中减去位置传感器198输出的角位置，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从估计转子角速度270中减去位置传感器198输出的角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)。为了检验位置传感器的角位置和角速度输出的准确性，并且验证位置传感器是否正确操作，在步骤330中，将位置传感器角位置误差(PSAPerror)与位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)进行比较。同样，将位置传感器角速度误差(PSAVerror)与位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)进行比较。
如果位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，并且/或者如果位置传感器角速度误差(PSAVerror)大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)(例如如果这两个误差中的任一个在容限区域以外)，则方法300前进到步骤340，在步骤340中，位置传感器输出(PSout)将被认为是无效的，并且对于用于矢量控制操作的电动机控制处理器(未示出)的使用是不可接受的。方法300循环回到步骤315，在步骤315中，对位置传感器输出(PSout)、估计转子角位置252以及估计转子角速度270的新值进行采样。方法300随后循环回到步骤320，步骤320和330中的处理重复用于位置传感器输出(PSout)、估计转子角位置252以及估计转子角速度270的新值。
如果位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)小于或等于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，并且位置传感器角速度误差(PSAVerror)小于或等于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)(例如这两个误差都在其各自的容限区域内)，则方法300前进到步骤350，在步骤350中，位置传感器输出(PSout)将被认为是有效的，并且现在可被电动机控制处理器(未示出)用于矢量控制操作。
上面描述的公开的各实施例被描述为应用于三相永磁同步AC电动机(PMSM)，而该术语应该被理解为包括内置式永磁同步电动机(IPMSM)和表面安装式永磁同步电动机(SMPMSM)。然而，公开的各实施例通常应用于同步AC电机，其可包括永磁电机。永磁电机包括表面安装式永磁电机(SMPMM)和内置式永磁电机(IPMM)。尽管AC电机可以是AC电动机(即用于转换其输入的AC电能功率，以产生机械能或功率的装置)，AC电机不限于AC电动机，而是还可包括用于将其原动机处的机械能或功率转换为其输出的AC电能或功率的发电机。这些机器中的任一种都可为AC电动机或AC发电机。
并且，尽管公开的方法、系统和装置可在诸如混合动力/电动车辆(HEV)的操作环境中实施，本领域技术人员将认识到，相同或相似的工艺和技术科应可用于其它系统的环境中。在这一点上，这里公开的任何概念通常可被应用于“车辆”，其中术语“车辆”广义地意指具有AC电动机的非生物运输机械。这些车辆的示例包括机动车辆，例如公共汽车、小汽车、卡车、运动型多功能车、货车；不在陆地上行驶的交通工具，例如包括轮船、气垫船、帆船、艇和舰的机械式水上交通工具，包括潜水艇的机械式水下交通工具，包括飞行器和太空船的机械式空中交通工具，诸如火车、有轨电车和轮式电车的机械轨道交通工具等。另外，术语“车辆”并不限于例如汽油或柴油燃料的任何具体的推进技术。相反，车辆还包括混合动力车辆、电池电动车辆、氢动力车辆和使用各种其它替代燃料工作的车辆。
应该看到，公开的各实施例主要表现在与在位置传感器故障之后验证位置传感器的角位置输出的准确性或不准确性有关的方法步骤和装置部件的组合。本领域技术人员将进一步认识到，结合这里公开的实施例所描述的各种描绘性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可被实施为电子硬件、计算机软件或二者的组合。在上面从功能性和/或逻辑块部件或模块以及各种处理步骤方面对一些实施例和实施方式进行了描述。然而，应该认识到，这些块部件或模块可以由被配置为执行规定功能的任何数量的硬件、软件和/固件部件实现。为了清楚地描绘硬件和软件的这种可互换性，各种描绘性部件、块、模块、电路和步骤在上面已经大体上从它们的功能方面进行了描述。这些功能被实施为硬件还是软件取决于整个系统的特定应用和设计约束。本领域技术人员可针对每个特定应用以各种方式实施所描述的功能，但这种实施方式的决定不应该被解释为脱离了本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可采用各种集成电路部件，例如可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能的存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等。另外，本领域技术人员将认识到，这里描述的实施例仅为示例性的实施方式。
结合这里公开的实施例描述的各种描绘性的逻辑块、模块和电路可通过任何被设计为执行这里描述的功能的通用目的处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任意组合来实施或执行。通用目的处理器可为微处理器，但在可替代实施例中，处理器可为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可被实施为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与DSP芯的组合、或任何其它这种配置的组合。
结合这里公开的各实施例描述的方法或算法的步骤可被直接具体化在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或者在二者的组合中。软件模块可位于RAM存储器中、闪存中、ROM存储器中、EPROM存储器中、EEPROM存储器中、寄存器中、硬盘中、移动硬盘中、CD-ROM中、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质被联接到处理器，使得处理器能够从该存储介质读取信息或者向该存储介质内写入信息。在可替代实施例中，存储介质可集成到处理器。处理器和存储介质可位于ASIC中。
在本文中，诸如第一和第二等的关系术语可被单独使用以将一个实体或动作与另一实体或动作区分开，而不是必须要求或暗示这些实体或动作之间的任何这种实际关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的数字次序简单地指代多个个体中不同的单体，而并不隐含任何次序或顺序，除非权利要求的语言特别限定之外。任何权利要求中的文本的顺序并不隐含处理步骤必须根据这种顺序以临时或逻辑次序的方式被执行，除非权利要求的语言特别限定之外。处理步骤可以任何次序互换，而不脱离本发明的范围，只要这种互换不与权利要求的语言冲突并且逻辑上不荒谬即可。
并且，根据上下文，用于描述不同元件之间关系的诸如“连接”或“联接到”的词语，并不隐含这些元件之间必须存在直接的物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个另外的元件被物理地、电子地、逻辑地或以任何其它方式彼此连接到一起。
尽管在前面的详细说明中已经呈现出至少一个示例性实施例，应该认识到，还存在大量的变型。还应该认识到，这些示例性实施例或多个示例性实施例仅为示例，并非旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。例如，公开的实施例还能够被用在无传感器控制应用的再启动期间，以初始化监测器。在转子角位置和角速度由监测器估计的无传感器控制应用中，初始化监测器是非常关键的。监测器的估计准确性和跟踪能力很大程度上依赖于监测器的初始条件。将初始条件(例如转子角位置或角速度)设定为接近电动机的当前工作状态将有助于确保和提供较快的收敛。
因此，前面的详细说明将向本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便捷途径。应该理解的是，在不脱离由所附权利要求及其合法等同物限定的本发明的范围的情况下，可以对元件的功能和设置进行各种改变。

Claims (19)

1.一种用于估计电动机产生的角度信息的方法，包括下列步骤：
当位置传感器进入故障模式时使逆变器工作在对称三相短路(STPSC)模式下，其中所述位置传感器被设计为产生位置传感器输出(PSout)，所述位置传感器输出(PSout)包括：当转子绕定子以一定角速度旋转时所述电动机的所述转子相对于所述定子的所述角速度，和当所述转子绕所述定子旋转时所述转子相对于所述定子的角位置；
当所述逆变器响应于所述位置传感器进入故障模式而工作在所述对称三相短路(STPSC)模式下时，测量所述电动机产生的三相静态参考帧短路电流信号；和
基于所述三相静态参考帧短路电流信号，产生所述转子的估计转子角速度和所述转子的估计转子角位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中产生估计转子角速度的步骤包括下列步骤：
基于估计转子角位置和从所述电动机测量出的所述三相静态参考帧短路电流信号产生所述转子的估计转子角速度；和
对所述估计转子角速度求积分以产生所述估计转子角位置。
3.如权利要求2所述的方法，其中基于估计转子角位置和从所述电动机测量出的所述三相静态参考帧短路电流信号产生所述转子的估计转子角速度的步骤包括：
保存查找表，所述查找表包括在使用所述方法之前通过离线测试而实验性地确定的多个预定条目，其中每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200011
的对应的特定测量值；
使用所述估计转子角位置将所述三相静态参考帧短路电流信号转换为三相同步参考帧短路电流信号；
响应于接收到特定的估计转子角速度而查找特定的预定条目；
基于所述特定的预定条目，产生与转子角速度的特定测量值对应的三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200012
的特定测量值；
从来自LUT的所述三相同步参考帧短路q轴参考电流输出中减去所述三相同步参考帧短路q轴电流
Figure FSB00001008546200013
以产生三相短路q轴电流误差
Figure FSB00001008546200014
(Δiq e)；和
基于所述三相短路电流误差信号，产生所述估计转子角速度(ωe)。
4.如权利要求2所述的方法，进一步包括：
在位置传感器恢复模式(PSRM)期间，使用所述估计转子角位置验证所述位置传感器输出(PSout)。
5.如权利要求4所述的方法，其中使用所述估计转子角位置的步骤包括：
对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、估计转子角位置值和估计转子角速度值进行采样；和
从所述估计转子角位置值中减去所述第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从所述估计转子角速度值中减去所述第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)；和
确定所述位置传感器误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，以及所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)。
6.如权利要求5所述的方法，其中当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)或者当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)时，所述位置传感器输出(PSout)是无效的，并且其中当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为小于或等于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)并且当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为小于或等于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)时，所述位置传感器输出(PSout)是有效的。
7.一种矢量控制电动机驱动系统，包括：
电动机，所述电动机包括定子和被设计为绕所述定子以一定角速度旋转的转子，其中所述转子具有相对于所述定子的角位置；
被设计为产生位置传感器输出(PSout)的位置传感器，其中所述位置传感器输出(PSout)对应于所述转子的角位置和所述转子的角速度；
逆变器，所述逆变器被联接到所述电动机，并且被设计为当所述位置传感器进入故障模式时工作在对称三相短路(STPSC)模式下，其中所述电动机被设计为当所述逆变器工作在所述对称三相短路(STPSC)模式下时，产生静态参考帧中的三相短路电流信号；和
估计模块，所述估计模块被设计为基于所述三相静态参考帧短路电流信号产生所述转子的估计转子角速度和所述转子的估计转子角位置。
8.如权利要求7所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块进一步包括：
转子角速度估计模块，所述转子角速度估计模块被设计为接收估计转子角位置和从所述电动机测量出的三相静态参考帧短路电流信号；并且产生估计转子角速度(ωe)。
9.如权利要求8所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述转子角速度估计模块包括：
静态-同步转换模块，所述静态-同步转换模块被设计为接收所述估计转子角位置和从所述电动机测量出的所述三相静态参考帧短路电流信号，并且被设计为产生三相同步参考帧短路q轴电流信号(iqe)；
Figure FSB00001008546200031
查找表(LUT)，所述查找表包括在使用所述系统之前通过离线测试实验性地确定的多个预定条目，其中每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200032
的对应的特定测量值；其中所述查找表被设计为响应于接收到特定的估计转子角速度而查找特定的预定条目，并且输出与转子角速度的特定测量值对应的所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200033
的特定测量值；
减法模块，所述减法模块被设计为从所述三相同步参考帧短路q轴参考电流中减去所述三相同步参考帧短路q轴电流(iqe)，以产生三相短路q轴电流误差(Δiq e)；和
比例积分(PI)调节器，所述比例积分(PI)调节器被设计为接收三相短路q轴电流误差(Δiq e)并且产生估计转子角速度(ωe)。
10.如权利要求8所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块进一步包括：
被设计为接收所述估计转子角速度(ωe)并且产生所述估计转子角位置的转子角位置估计模块。
11.如权利要求10所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述转子角位置估计模块进一步包括：
被设计为接收所述估计转子角速度(ωe)并且产生估计转子角位置(θe)的积分器；和
被设计为接收所述估计转子角位置(θe)并且产生估计转子角位置的模量函数。
12.如权利要求8所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块进一步包括：
估计转子角速度转化模块，其被设计为接收单位为每秒电弧度的所述估计转子角速度(ωe)，并且产生单位为每分钟转数(rmp)的估计转子角速度。
13.如权利要求12所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计转子角速度转化模块进一步包括：
数字低通滤波器，其被设计为接收单位为每秒电弧度的估计转子角速度(ωe)，并且产生单位为每秒电弧度的滤波转子角速度；
频率转化模块，其被设计为接收所述滤波转子角速度，并且产生与所述滤波转子角速度对应的频率信号；和
频率-速度转化模块，其被设计为接收所述频率信号，并且产生单位为每分钟转数(rpm)的估计转子角速度。
14.如权利要求7所述的矢量控制电动机驱动系统，进一步包括：
被设计为在位置传感器恢复模式(PSRM)期间验证所述位置传感器输出(PSout)的验证模块。
15.如权利要求14所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述验证模块包括：
采样模块，其被设计为对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、估计转子角位置值和所述估计转子角位置的估计转子角速度值进行采样；和
比较模块，其被设计为：
从所述估计转子角位置值中减去所述第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从所述估计转子角速度值中减去所述第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)，和
确定所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，以及所述位置传感器角速度误差(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)。
16.如权利要求15所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述验证模块确定：
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为大于所述位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)或者当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为大于所述位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)时，所述位置传感器输出(PSout)是无效的；和
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为小于或等于所述位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)并且当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为小于或等于所述位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)时，所述位置传感器输出(PSout)是有效的。
17.如权利要求7所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述逆变器产生三相电压信号，并且其中所述电动机包括永磁同步电动机(PMSM)，所述永磁同步电动机包括由所述三相电压信号驱动的定子绕组，并且其中所述永磁同步电动机(PMSM)在所述对称三相短路(STPSC)模式期间在所述定子绕组中产生反EMF电压，所述反EMF电压在所述定子绕组中感应出所述三相短路电流信号。
18.一种矢量控制电动机驱动系统(VCMDS)，包括验证模块以及具有定子和被设计为以一定角速度绕所述定子旋转的转子的永磁同步电动机(PMSM)，所述验证模块用于验证绝对位置传感器正在产生有效的位置传感器输出(PSout)，所述位置传感器输出指示所述转子相对于所述定子的角位置和所述转子相对于所述定子的角速度，所述验证模块包括：
逆变器，所述逆变器被联接到所述电动机，并且被设计为当所述位置传感器进入故障模式时工作在对称三相短路(STPSC)模式下，其中所述电动机被设计为当所述逆变器模块在所述对称三相短路(STPSC)模式下工作时产生静态参考帧中的三相短路电流信号；和
估计模块，其被设计为：接收静态参考帧中的三相短路电流信号；基于所述三相短路电流信号产生所述转子的估计角速度；和基于所述转子的估计角速度产生所述转子的估计角位置；和
采样模块，其被设计为对位置传感器角位置输出(PSAPout)的第一角位置值、位置传感器角速度输出(PSAVout)的第一角速度值、和估计转子角位置值和所述估计转子角位置的估计转子角速度值进行采样；和
比较模块，其被设计为从所述估计转子角位置值中减去所述第一角位置值，以产生位置传感器角位置误差(PSAPerror)，并且从所述估计转子角速度值中减去所述第一角速度值，以产生位置传感器角速度误差(PSAVerror)，并且确定所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)是否大于位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)，以及所述位置传感器角速度误差(PSAVerror)是否大于位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)；
其中所述验证模块确定：
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为大于所述位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)或者当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为大于所述位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)时，所述位置传感器输出(PSout)是无效的；和
当所述位置传感器角位置误差信号(PSAPerror)被确定为小于或等于所述位置传感器角位置误差容限阈值(PSAPETT)并且当所述位置传感器角速度误差信号(PSAVerror)被确定为小于或等于所述位置传感器角速度误差容限阈值(PSAVETT)时，所述位置传感器输出(PSout)是有效的。
19.如权利要求18所述的矢量控制电动机驱动系统，其中所述估计模块包括：
静态-同步转换模块，所述静态-同步转换模块被设计为接收所述估计转子角位置，和从所述电动机测量出的所述三相短路电流信号，并且被设计为产生同步参考帧中的三相短路q轴电流信号(iq e)；
查找表(LUT)，所述查找表包括在使用所述系统之前通过离线测试而实验性地确定的多个预定条目，其中每个预定条目包括：转子角速度的特定测量值和三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200061
的对应的特定测量值；其中所述查找表被设计为响应于接收到特定的估计转子角速度而查找特定的预定条目，并且输出与转子角速度的特定测量值对应的所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200062
的特定测量值；
减法模块，所述减法模块被设计为从所述三相同步参考帧短路q轴参考电流
Figure FSB00001008546200063
中减去所述三相同步参考帧短路q轴电流(iq e)，以产生三
Figure FSB00001008546200064
相短路q轴电流误差(Δiq e)；和
Figure FSB00001008546200065
比例积分(PI)调节器，所述比例积分(PI)调节器被设计为接收所述三相短路q轴电流误差信号(Δiq e)并且产生估计转子角速度(ωe)；和
转子角位置估计模块，其被设计为接收所述估计转子角速度(ωe)并且产生所述估计转子角位置。
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