CN102045013B - 用于电牵引驱动系统的故障安全控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电牵引驱动系统的故障安全控制。提供一种操作具有转子的内置永磁马达的方法。所述方法包括：确定是否从转子接收中性点接入信号；以及在从转子接收中性点接入信号时，使用与通过第一无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作内置永磁马达。第一无传感器信号估计方法使用中性点接入信号来生成转子位置和转子速度。所述方法还包括：在未从转子接收中性点接入信号时，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作内置永磁马达，其中，第二无传感器信号估计方法不使用中性点接入信号来生成转子位置和转子速度。

Description

用于电牵引驱动系统的故障安全控制
技术领域
本发明总体上涉及电牵引驱动系统，且更具体地涉及为电牵引驱动系统提供故障安全控制的方法和设备。
背景技术
位置无传感器电牵引驱动系统已经被开发用于电动车辆和混合动力车辆应用，以便比常规基于解析器的驱动系统更可靠地工作且具有更少的成本。这种位置无传感器驱动系统可采用脉宽调制信号修正方法用于低速操作，以提供快速动态性能。然而，脉宽调制信号修正方法需要有线接入电牵引驱动系统的永磁马达的马达绕组的中性点。在车辆操作期间(例如通过正常损耗和磨损)可能丧失该机械有线连接。在丧失中性点接入时，马达控制被干扰且车辆会停止或失速。
因而，期望提供一种为这种电牵引驱动系统提供故障安全控制的方法和设备。另外，本发明的其它期望特征和特性将从随后的详细说明和所附权利要求结合附图以及前述技术领域和背景技术显而易见。
发明内容
提供一种操作具有转子的内置永磁马达的方法。所述方法包括：确定是否从所述转子接收中性点接入信号；以及在从所述转子接收中性点接入信号时，使用与通过第一无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。所述第一无传感器信号估计方法使用所述中性点接入信号来生成所述转子位置和转子速度。所述方法还包括：在未从所述转子接收中性点接入信号时，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达，其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用所述中性点接入信号来生成所述转子位置和转子速度。
此外，一种用于控制具有转子的内置永磁马达的操作的陂行回家(limp home)控制器。所述陂行回家控制器包括第一无传感器速度和位置估计器、第二无传感器速度和位置估计器、以及监督控制器。所述第一无传感器速度和位置估计器根据第一无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第一无传感器信号估计方法使用从转子接收的中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号。所述第二无传感器速度和位置估计器根据第二无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号。所述监督控制器被联接到所述第一无传感器速度和位置估计器以及所述第二无传感器速度和位置估计器。所述监督控制器确定是否从所述转子接收中性点接入信号；在从所述转子接收中性点接入信号时，提供来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作；以及在未从所述转子接收中性点接入信号时，提供来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作。
另外，提供一种电动马达系统，包括：内置永磁马达、逆变器、逆变器控制器和陂行回家控制器。所述内置永磁马达包括多个相以及转子。所述逆变器响应于调制控制信号生成多个相信号且被联接到所述内置永磁马达，用于将所述多个相信号中的每个提供给永磁马达的所述多个相中的相应一个。所述逆变器控制器响应于转子位置信号、转子速度信号和相电流信号生成调制控制信号，所述相电流信号对应于所述多个相信号中的一个或多个的电流。所述陂行回家控制器被联接到所述内置永磁马达和逆变器控制器，用于确定是否从转子接收中性点接入信号，且在从转子接收中性点接入信号时，将无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器，所述无传感器转子位置和转子速度信号通过第一无传感器信号估计方法使用中性点接入信号获得。在未从转子接收中性点接入信号时，所述陂行回家控制器将无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器，在未从转子接收中性点接入信号时，所述无传感器转子位置和转子速度信号通过第二无传感器信号估计方法获得。
方案1.一种操作具有转子的内置永磁马达的方法，所述方法包括：
确定是否从所述转子接收中性点接入信号；
在从所述转子接收中性点接入信号时，使用与通过第一无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达；以及
在未从所述转子接收中性点接入信号时，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达，
其中，所述第一无传感器信号估计方法使用所述中性点接入信号来生成所述转子位置和转子速度，以及
其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用所述中性点接入信号来生成所述转子位置和转子速度。
方案2.根据方案1所述的方法，其中，使用与通过第一无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括使用与通过脉宽调制信号修正方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。
方案3.根据方案2所述的方法，其中，使用与通过脉宽调制信号修正方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括在永磁马达的速度小于预定低速阈值时使用与通过脉宽调制信号修正方法响应于中性点接入信号获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。
方案4.根据方案1所述的方法，其中，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括使用与通过无传感器高频信号注入方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。
方案5.根据方案4所述的方法，其中，使用与通过无传感器高频信号注入方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括：
将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中；以及
响应于永磁马达的磁通轴线上的磁通轴线偏差信号和在永磁马达的扭矩轴线上的扭矩轴线偏差信号两者以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，磁通轴线偏差信号和扭矩轴线偏差信号两者均响应于同步参考坐标中的电流矢量信号确定。
方案6.根据方案5所述的方法，其中，将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中包括在永磁马达的速度小于预定低速阈值时将高频低速注入信号注入永磁马达的磁通轴线中。
方案7.根据方案3所述的方法，其中，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括：
将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中；以及
响应于永磁马达的磁通轴线上的磁通轴线偏差信号和在永磁马达的扭矩轴线上的扭矩轴线偏差信号两者以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，磁通轴线偏差信号和扭矩轴线偏差信号两者均响应于同步参考坐标中的电流矢量信号确定。
方案8.根据方案7所述的方法，其中，将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中包括在永磁马达的速度小于预定低速阈值时将高频低速注入信号注入永磁马达的磁通轴线中。
方案9.一种用于控制具有转子的内置永磁马达的操作的陂行回家控制器，所述陂行回家控制器包括：
第一无传感器速度和位置估计器，用于根据第一无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第一无传感器信号估计方法使用从转子接收的中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号；
第二无传感器速度和位置估计器，用于根据第二无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号；以及
监督控制器，所述监督控制器被联接到所述第一无传感器速度和位置估计器以及所述第二无传感器速度和位置估计器，所述监督控制器确定是否从所述转子接收中性点接入信号；在从所述转子接收中性点接入信号时，提供来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作；以及在未从所述转子接收中性点接入信号时，提供来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作。
方案10.根据方案9所述的陂行回家控制器，其中，所述第一无传感器速度和位置估计器包括零序电压计算器，所述零序电压计算器被联接到永磁马达，用于从永磁马达接收中性点接入信号并响应于中性点接入信号生成零序电压信号，所述第一无传感器速度和位置估计器响应于零序电压信号生成无传感器转子位置和转子速度信号。
方案11.根据方案10所述的陂行回家控制器，其中，所述第一无传感器速度和位置估计器响应于零序电压信号通过脉宽调制信号修正方法获得无传感器转子位置和转子速度信号。
方案12.根据方案9所述的陂行回家操作控制器，其中，所述监督控制器包括中性点接入信号检测器，所述中性点接入信号检测器确定是否从转子接收中性点接入信号。
方案13.根据方案12所述的陂行回家操作控制器，其中，所述监督控制器还包括选择器，所述选择器被联接到第一和第二无传感器速度和位置估计器以及所述中性点接入信号检测器，在所述中性点接入信号检测器确定从转子接收中性点接入信号时，所述选择器提供来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作；在所述中性点接入信号检测器确定未从转子接收中性点接入信号时，所述选择器提供来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作。
方案14.根据方案9所述的陂行回家操作控制器，其中，所述第二无传感器速度和位置估计器通过无传感器高频信号注入方法获得无传感器转子位置和转子速度信号。
方案15.一种电动马达系统，包括：
内置永磁马达，所述内置永磁马达包括多个相且包括转子；
逆变器，响应于调制控制信号生成多个相信号且被联接到所述内置永磁马达，用于将所述多个相信号中的每个提供给永磁马达的所述多个相中的相应一个；
逆变器控制器，所述逆变器控制器响应于转子位置信号、转子速度信号和相电流信号生成调制控制信号，所述相电流信号对应于所述多个相信号中的一个或多个的电流；和
陂行回家控制器，所述陂行回家控制器被联接到所述内置永磁马达和逆变器控制器，用于确定是否从转子接收中性点接入信号，且在从转子接收中性点接入信号时，将无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器，其中，所述无传感器转子位置和转子速度信号通过第一无传感器信号估计方法使用中性点接入信号获得；在未从转子接收中性点接入信号时，所述陂行回家控制器还将通过第二无传感器信号估计方法获得的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器。
方案16.根据方案15所述的电动马达系统，其中，所述陂行回家控制器包括：
第一无传感器速度和位置估计器，用于根据第一无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号；
第二无传感器速度和位置估计器，用于根据第二无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号；以及
监督控制器，所述监督控制器被联接到所述第一无传感器速度和位置估计器以及所述第二无传感器速度和位置估计器，所述监督控制器确定是否从所述转子接收中性点接入信号；在从所述转子接收中性点接入信号时，将来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器；以及在未从所述转子接收中性点接入信号时，将来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器。
方案17.根据方案16所述的电动马达系统，其中，所述第一无传感器速度和位置估计器包括零序电压计算器，所述零序电压计算器被联接到永磁马达，用于从永磁马达接收中性点接入信号并响应于中性点接入信号生成零序电压信号，所述第一无传感器速度和位置估计器响应于零序电压信号通过脉宽调制信号修正方法生成无传感器转子位置和转子速度信号。
方案18.根据方案16所述的电动马达系统，其中，所述监督控制器包括中性点接入信号检测器，所述中性点接入信号检测器确定是否从转子接收中性点接入信号。
方案19.根据方案18所述的电动马达系统，其中，所述监督控制器还包括选择器，所述选择器被联接到第一和第二无传感器速度和位置估计器以及所述中性点接入信号检测器，在所述中性点接入信号检测器确定从转子接收中性点接入信号时，所述选择器将来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器；在所述中性点接入信号检测器确定未从转子接收中性点接入信号时，所述选择器将来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器。
方案20.根据方案16所述的电动马达系统，其中，所述第二无传感器速度和位置估计器通过无传感器高频信号注入方法获得无传感器转子位置和转子速度信号。
附图说明
本发明在下文结合以下附图描述，其中，相同的附图标记表示相同的元件，且
图1示出了根据本发明实施例的电动马达系统的框图；
图2示出了根据本发明实施例的图1的电动马达系统的逆变器控制器的框图；
图3示出了根据本发明实施例的图1的电动马达系统的陂行回家控制器的框图；
图4示出了根据本发明实施例的图3的陂行回家控制器的第一备用无传感器位置和速度估计器的框图；
图5示出了根据本发明实施例的图3的陂行回家控制器的第二备用无传感器位置和速度估计器的框图；和
图6示出了根据本发明实施例的图1的电动马达系统的陂行回家控制器的操作的流程图。
具体实施方式
以下详细说明性质上仅为示例性的，且并不打算限定本发明或本发明的应用及用途。另外，并非打算受限于前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明确的或隐含的理论。
参考图1，根据本发明实施例的电动马达系统100的框图包括在逆变器104和逆变器控制器106的控制下操作的三相同步永磁马达102。虽然该实施例包括三相同步内置永磁马达102，但是电动马达系统100可包括具有转子的其它设计的永磁马达。马达102的转子的中性点被联接到中性点接入线108，用于将中性点接入信号提供给零序电压计算器109，以便发送信号给陂行回家控制器110。根据该实施例，陂行回家控制器110响应于由零序电压计算器109生成的零序电压信号Vzsn_abc而生成转子位置信号θ和转子速度信号ω。
逆变器104被联接到直流(DC)源112且响应于从控制器106接收的调制控制信号114而生成多个相信号，控制器106被联接到逆变器104。相信号的数量对应于马达102的相数，在该实施例中，马达102包括三个相。逆变器104被联接到永磁马达102且在相线116上提供多个相信号，用于控制永磁马达102的操作。
逆变器控制器106被联接到逆变器104且响应于转子位置信号θ、转子速度信号ω、从较高级别控制器(未示出)提供的速度指令信号Speed*、以及从相线116感测的相电流信号(Ia，Ib，Ic)生成调制控制信号114。根据该实施例，逆变器控制器106也响应于从陂行回家控制器110接收的试验脉冲信号Va’，Vb’和Vc’生成调制控制信号114。逆变器控制器106将调制控制信号114提供给逆变器104，用于生成所述多个相信号。
逆变器控制器104将两相固定坐标α/β电流Iα和Iβ以及两相固定坐标电压指令
Figure BSA00000315132800081
和提供给陂行回家控制器110。陂行回家控制器110响应于由零序电压计算器109计算的零序电压信号Vzsn_abc而生成转子位置信号θ和转子速度信号ω，零序电压信号Vzsn_abc响应于在中性点接入线108上提供的中性点接入信号(如上所述)以及来自于相线116的相电压信号(Va，Vb，Vc)由零序电压计算器109计算。陂行回家控制器110将转子位置和转子速度信号θ、ω提供给逆变器控制器106。陂行回家控制器110也生成两相固定坐标注入电压指令118Vα_inj和Vβ_inj，且将注入电压指令118提供给逆变器控制器106，以便以低速操作马达102。此外，如上所述，陂行回家控制器110生成试验脉冲信号Va’，Vb’和Vc’且将其提供给逆变器控制器106，以便在操作系统初始致动时生成调制控制信号。
参考图2，逆变器控制器106的示例性框图包括三相-两相转换模块202，三相-两相转换模块202将感测的三相电流信号(Ia，Ib，Ic)转换为等同的两相固定坐标α/β电流Iα和Iβ。两相α/β电流Iα和Iβ提供给固定-同步转换模块204和陂行回家控制器110(图1)。固定-同步转换模块204响应于转子位置信号θ将两相α/β电流Iα和Iβ转换为同步坐标反馈电流Iqsc_fb和Idse_fb。同步坐标反馈电流Iqse_fb和Idse_fb提供给电流调节器206，用于响应于转子位置信号θ和同步参考坐标中的两相电流指令和
Figure BSA00000315132800092
生成固定坐标电压指令
Figure BSA00000315132800093
和
Figure BSA00000315132800094
如上所述，从较高级别控制器提供的速度指令信号Speed*提供给求和器208，求和器208减去转子速度信号ω且将得到的指令信号提供给速度调节器模块210，速度调节器模块210将所述指令信号转换为扭矩指令信号
Figure BSA00000315132800095
扭矩指令信号
Figure BSA00000315132800096
和速度信号ω提供给最佳扭矩/安培轨迹确定块212，最佳扭矩/安培轨迹确定块212生成同步参考坐标中的两相电流指令和
Figure BSA00000315132800098
以便提供给电流调节器206。
因而，可以看出，固定坐标电压指令
Figure BSA00000315132800099
和
Figure BSA000003151328000910
由电流调节器206通过使用转子位置信号θ从同步坐标电流指令
Figure BSA000003151328000911
和和同步坐标反馈电流Iqse_fb和Idse_fb的组合获得电压指令信号且将得到的电压指令信号转换为固定坐标电压指令和
Figure BSA000003151328000914
而生成。固定坐标电压指令
Figure BSA000003151328000915
和
Figure BSA000003151328000916
在信号求和器214、216处与注入电压指令Vα_inj和Vβ_inj118组合，且得到的信号提供给两相-三相转换和调制控制信号发生器218，两相-三相转换和调制控制信号发生器218产生调制控制信号，以便提供给逆变器104(图1)的开关元件。
接下来参考图3，根据该实施例的陂行回家控制器110的示例性框图包括第一无传感器转子和速度估计器302和第二无传感器转子和速度估计器304。根据该实施例，第一无传感器转子和速度估计器302使用脉宽调制信号修正方法用于低速操作，以便提供快速动态响应。第一无传感器转子和速度估计器302接收响应于来自于线108的中性点接入信号和来自于206的固定坐标电压指令(
Figure BSA00000315132800101
和
Figure BSA00000315132800102
)以及来自于202(图2)的固定坐标电流信号(I□、I□)而由零序电压计算器109(图1)生成的零序电压信号Vzsn_abc，以生成第一转子位置信号θ1和第一转子速度信号ω1。此外，第一无传感器转子和速度估计器302生成试验脉冲信号Va’，Vb’和Vc’且将其提供给逆变器控制器106(图1)，以便在操作系统初始致动时生成调制控制信号。
在中性点接入信号响应于线108的损坏而未由陂行回家控制器接收时，第二无传感器转子和速度估计器304操作以通过备用方法生成第二转子位置信号θ2和第二转子速度信号ω2，所述备用方法不需要使用中性点接入信号。根据该实施例，第二无传感器转子和速度估计器304接收两相固定坐标α/β电流Iα和Iβ以及固定坐标电压指令
Figure BSA00000315132800103
和
Figure BSA00000315132800104
且使用高频注入方法来生成第二转子位置信号θ2和第二转子速度信号ω2。第二无传感器转子和速度估计器304也生成两相固定坐标注入电压指令118Vα_inj和Vβ_inj，用于在低速下将高频信号注入到马达102中。
信号选择器306接收来自于第一无传感器转子位置和转子速度估计器302的第一转子位置信号θ1和第一转子速度信号ω1以及来自于第二无传感器转子位置和转子速度估计器304的第二转子位置信号θ2和第二转子速度信号ω2。第一转子位置信号θ1和第一转子速度信号ω1提供给中性点接入信号检测器308和选择器310。由于线108是机械有线连接，因而其在车辆操作期间甚至通过正常损耗和磨损也可能会损失、损坏或断路。中性点接入信号检测器308确定是否从马达102接收中性点接入信号(即，线108未损坏或断路)。当丧失中性点接入信号时，马达102的控制被干扰且在电动车辆或混合动力车辆中，车辆会停止或失速。
当中性点接入信号检测器308确定丧失中性点接入信号时，中性点接入信号检测器308生成中性点接入丧失信号且将中性点接入丧失信号提供给选择器310。选择器310接收来自于第一无传感器转子和速度估计器302的第一无传感器转子位置信号θ1和第一无传感器转子速度信号ω1以及来自于第二无传感器转子和速度估计器304的第二无传感器转子位置信号θ2和第二无传感器转子速度信号ω2两者。在没有中性点接入丧失信号(缺乏中性点接入丧失信号表示由第一无传感器转子和速度估计器302接收中性点接入信号)时，选择器310将第一无传感器转子位置信号θ1和第一无传感器转子速度信号ω1作为转子位置信号θ和转子速度信号ω提供给逆变器控制器106(图1)。另一方面，当选择器310接收中性点接入丧失信号(表示线108被损坏或断路)时，选择器310将第二无传感器转子位置信号θ2和第二无传感器转子速度信号ω2作为转子位置信号θ和转子速度信号ω提供给逆变器控制器106(图1)。由此，当线108被损坏或断路时，陂行回家控制器110通过生成第二无传感器转子位置信号θ2和第二无传感器转子速度信号ω2作为转子位置信号θ和转子速度信号ω提供给逆变器控制器106(图1)而有利地提供陂行回家操作模式，从而允许电动马达系统100的故障安全操作以防止车辆失速状况。
参考图4，示出了第一无传感器位置和速度估计器302的另一个示例性结构。能够在陂行回家控制器110外实现的零序计算器109(图1)可以替代地为能够在第一无传感器位置和速度估计器302内实现的零序电压计算器402。零序电压计算器402接收线108上的中性点接入信号。零序电压计算器402也接收来自于相线116(图1)的相电压信号(Va，Vb，Vc)。响应于中性点接入信号和相电压信号(Va，Vb，Vc)，零序电压计算器402计算零序电压信号，用于获得低速无传感器转子位置和转子速度。
脉宽调制(PWM)修正控制器404也是第一无传感器位置和速度估计器302的一部分，且接收来自于零序电压计算器402的零序电压信号、固定参考坐标相电流Iα和Iβ以及固定坐标电压指令
Figure BSA00000315132800111
和
Figure BSA00000315132800112
并且根据至少用于电动马达102的低速操作的脉宽调制信号修正方法获得第一无传感器转子位置信号θ1和第一无传感器转子速度信号ω1。由此，只要线108不被损坏或断路，第一无传感器速度和位置估计器302就提供无传感器转子位置和转子速度信号，用于电动马达系统100的可靠的和快速的动态性能。此外，PWM修正控制器404生成试验脉冲信号Va’，Vb’和Vc’且将其提供给逆变器控制器106(图1)，以便在操作系统初始致动时生成调制控制信号。
接下来参考图5，示出了第二无传感器位置和速度估计器304的示例性结构。低速偏差提取模块502和高速偏差模块504分别生成低速偏差信号和高速偏差信号。偏差组合模块506作为速度/位置发生器操作，以响应于低速偏差信号和高速偏差信号生成无传感器位置信号508和无传感器速度信号510，以便提供给信号选择器306(图3)。无传感器位置反馈信号512被连接到无传感器位置信号508，从而与其相等。类似地，无传感器速度反馈信号514被连接到无传感器速度信号510。
低速偏差提取模块502响应于无传感器位置反馈信号512、无传感器速度反馈信号514和两相电流(Ialpha/beta)确定低速偏差信号。以类似的方式，高速偏差模块504响应于无传感器位置反馈信号512、无传感器速度反馈信号514、两相电流(Ialpha/beta)以及两相固定坐标电压指令(Valpha/beta)确定高速偏差信号。
偏差组合模块506包括低速偏差停止(phase out)模块516和高速偏差启用(phase in)模块518，用于提供从低速无传感器操作至高速无传感器操作的平滑过渡。低速偏差停止模块516接收低速偏差信号和无传感器速度反馈信号以通过在车辆速度增加时响应于无传感器速度反馈信号和预定停止系数而停止低速偏差信号来计算低速偏差分量值。类似地，高速偏差启用模块518接收高速偏差信号和无传感器速度反馈信号以通过在车辆速度增加时响应于无传感器速度反馈信号和预定启用系数而启用高速偏差信号来计算高速偏差分量值。预定停止系数被选择，使得低速偏差分量值在接近零速时等于低速偏差信号，且当速度达到预定低-高速过渡速度时，平滑地停止(例如，直线停止)至低速偏差分量值为零。以类似的方式，预定启用系数被选择，使得高速偏差分量值在接近零速时等于零，且当速度达到或超过预定低-高速过渡速度时，平滑地启用(例如，直线启用)至高速偏差分量值等于高速偏差信号。偏差信号求和器520将低速偏差分量值和高速偏差分量值组合以生成转子偏差位置信号。速度观测器模块522接收转子位置偏差信号，且响应于其计算无传感器位置信号508和观测速度信号，所述观测速度信号由速度滤波器524滤波以生成无传感器速度信号510。
低速注入模块526在电动马达系统100启动时和在接近零速时生成注入电压指令Vα_inj和Vβ_inj作为低速注入信号118，以提供给求和器214、216(图2)，以将高频信号注入永磁马达102的磁通轴线中，用于操作低速提取模块502。注入电压指令Vα_inj和Vβ_inj响应于注入电压Vinj生成，注入电压Vinj根据方程(1)计算。
V inj ≡ V 0 - V inj _ slope * ( abs ( ω r - ω LH ) - - - ( 1 )
其中，V0是启动时的注入电压，
Figure BSA00000315132800131
是电压根据马达速度递减或递增的斜率，差(ωr-ωLH)是转子速度ωr与低-高速阈值速度ωLH之间的差。低速注入模块526生成预定低速注入信号(Vα/β_inj)用于在低速时将高频信号注入马达102的磁通轴线中，且将预定低速注入信号作为电压信号118提供给求和器214、216(图2)以与同步坐标电压指令信号
Figure BSA00000315132800132
和
Figure BSA00000315132800133
组合。在低速时，高频信号注入马达102的磁通轴线中，以在低速时生成无传感器速度反馈信号514和无传感器位置反馈信号512。
在第二无传感器位置和速度估计器304第一次启动时，低速极性检测器530将响应于无传感器位置反馈信号512确定的低速偏差与两相电流(Ialpha/beta)进行比较。当由第二无传感器转子位置和速度估计器304确定初始转子位置信号时，必须在正和负D轴(即，转子磁性北极和南极)之间进行区分。低速极性检测器530根据低速偏差和两相电流(Ialpha/beta)确定无传感器转子位置信号是否与转子北极适当地对齐。如果无传感器转子位置信号未与转子北极适当地对齐，那么重置位置信号532提供给速度观测器模块522。响应于重置位置信号532，速度观测器模块522切换无传感器转子位置信号的极性，使得位置信号508与转子位置正确地对齐。
由此，在低速和高速两者时，第二无传感器位置和速度估计器304均提供第二无传感器转子位置信号508θ2和无传感器速度信号510ω2作为反馈信号。具体地，偏差组合模块506，包括低速偏差停止模块516和高速偏差启用模块518，提供从低速无传感器操作至高速无传感器操作的平滑过渡。
虽然在图3、4和5中示出了陂行回家控制器110的示例性结构，但是本领域技术人员将认识到，在解析器正确地操作时和在解析器故障时提供转子位置和转子速度信号θ和ω的陂行回家控制器110能以多种不同配置中的任何一种构造。例如，陂行回家控制器110(包括生成无传感器位置信号和无传感器速度信号)能以软件实现。因而，图6示出了根据该实施例的陂行回家控制器110的操作的流程图。
起初，陂行回家控制器110确定是否接收中性点接入信号(602)。如果接收中性点接入信号(602)，那么陂行回家控制器110确定马达102的速度是否大于低速阈值(604)。在马达102的速度大于低速阈值(604)时，陂行回家控制器110根据动态性能高速无传感器方法生成无传感器转子位置和转子速度信号(606)。在执行无传感器速度和位置信号计算(606)之后，马达102的操作使用无传感器转子位置和转子速度信号控制(608)。过程然后确定是否还接收中性点接入信号(610)。如果是，陂行回家控制器操作返回步骤604。
当马达102的速度小于或等于低速阈值(604)时，陂行回家控制器110根据脉宽调制信号修正方法生成无传感器转子位置和转子速度信号(612)。在执行脉宽调制信号修正方法以计算无传感器速度和位置信号(612)之后，马达102的操作使用无传感器转子位置和转子速度信号控制(608)。过程然后确定是否还接收中性点接入信号(610)。如果是，陂行回家控制器操作返回步骤604。
当不再接收中性点接入信号(610)时，操作过渡至无传感器高频信号注入方法。过程确定当前操作状态是否处于低速模式(614)(即，马达102的速度是否小于或等于低速阈值)。
如果操作处于低速模式(614)，那么过程执行初始极性检测(616)以确定低速无传感器转子位置信号是否具有正确的极性。在必要时校正低速无传感器转子位置信号的极性(616)之后，马达102的控制根据低速模式继续(618)，直到马达102的速度大于预定低速上限阈值(620)。
在马达102的速度大于预定低速上限阈值(620)时，操作过渡至高速无传感器模式(622)。操作然后根据高速无传感器模式继续(624)，直到马达102的速度小于预定高速下限阈值(626)。在马达102的速度小于预定高速下限阈值(626)时，操作返回步骤618，以根据低速无传感器模式控制马达102。
如果在步骤614确定在检测到丧失中性点接入信号(610)时马达102的操作处于高速模式，那么过程跳至步骤622，以过渡至高速无传感器模式。此外，如果在启动时未接收中性点接入信号(602)，操作通过执行初始极性检测(616)而以低速无传感器操作模式开始。
因而，可以看到，用于电动马达系统100的陂行回家操作模式的本方法和设备在线108断路或充分损坏使得中性点接入信号的接收丧失时提供备用无传感器控制方法，以便为马达控制提供备用，从而提供允许驾驶员在故障解析器的情况下安全地驾驶车辆至维修站的陂行回家操作模式。由此，可以提供使用中性点接入信号的电牵引驱动系统的故障安全高动态性能无传感器马达控制方法。
虽然在前述详细说明中已经描述了至少一个示例性实施例，但是应当理解的是存在大量的变型。还应当理解的是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或构造。相反，前述详细说明为本领域技术人员提供了实施示例性实施例或多个示例性实施例的便利途径。应当理解的是，在不脱离所附权利要求书及其合法等价物所阐述的本发明范围的情况下可作出元件的功能和配置的各种变换。

Claims (20)

1.一种操作具有转子的内置永磁马达的方法，所述方法包括：
确定是否从所述转子接收中性点接入信号；
在从所述转子接收中性点接入信号时，使用与通过第一无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达；以及
在未从所述转子接收中性点接入信号时，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达，
其中，所述第一无传感器信号估计方法使用所述中性点接入信号来生成所述转子位置和转子速度，以及
其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用所述中性点接入信号来生成所述转子位置和转子速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用与通过第一无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括使用与通过脉宽调制信号修正方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用与通过脉宽调制信号修正方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括在永磁马达的速度小于预定低速阈值时使用与通过脉宽调制信号修正方法响应于中性点接入信号获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括使用与通过无传感器高频信号注入方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，使用与通过无传感器高频信号注入方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括：
将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中；以及
响应于永磁马达的磁通轴线上的磁通轴线偏差信号和在永磁马达的扭矩轴线上的扭矩轴线偏差信号两者以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，磁通轴线偏差信号和扭矩轴线偏差信号两者均响应于同步参考坐标中的电流矢量信号确定。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中包括在永磁马达的速度小于预定低速阈值时将高频低速注入信号注入永磁马达的磁通轴线中。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，使用与通过第二无传感器信号估计方法获得的转子的转子位置和转子速度相对应的无传感器信号来操作所述内置永磁马达包括：
将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中；以及
响应于永磁马达的磁通轴线上的磁通轴线偏差信号和在永磁马达的扭矩轴线上的扭矩轴线偏差信号两者以无传感器的方式确定转子位置和转子速度，磁通轴线偏差信号和扭矩轴线偏差信号两者均响应于同步参考坐标中的电流矢量信号确定。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将高频信号注入永磁马达的磁通轴线中包括在永磁马达的速度小于预定低速阈值时将高频低速注入信号注入永磁马达的磁通轴线中。
9.一种用于控制具有转子的内置永磁马达的操作的陂行回家控制器，所述陂行回家控制器包括：
第一无传感器速度和位置估计器，用于根据第一无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第一无传感器信号估计方法使用从转子接收的中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号；
第二无传感器速度和位置估计器，用于根据第二无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号；以及
监督控制器，所述监督控制器被联接到所述第一无传感器速度和位置估计器以及所述第二无传感器速度和位置估计器，所述监督控制器确定是否从所述转子接收中性点接入信号；在从所述转子接收中性点接入信号时，提供来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作；以及在未从所述转子接收中性点接入信号时，提供来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作。
10.根据权利要求9所述的陂行回家控制器，其中，所述第一无传感器速度和位置估计器包括零序电压计算器，所述零序电压计算器被联接到永磁马达，用于从永磁马达接收中性点接入信号并响应于中性点接入信号生成零序电压信号，所述第一无传感器速度和位置估计器响应于零序电压信号生成无传感器转子位置和转子速度信号。
11.根据权利要求10所述的陂行回家控制器，其中，所述第一无传感器速度和位置估计器响应于零序电压信号通过脉宽调制信号修正方法获得无传感器转子位置和转子速度信号。
12.根据权利要求9所述的陂行回家控制器，其中，所述监督控制器包括中性点接入信号检测器，所述中性点接入信号检测器确定是否从转子接收中性点接入信号。
13.根据权利要求12所述的陂行回家控制器，其中，所述监督控制器还包括选择器，所述选择器被联接到第一和第二无传感器速度和位置估计器以及所述中性点接入信号检测器，在所述中性点接入信号检测器确定从转子接收中性点接入信号时，所述选择器提供来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作；在所述中性点接入信号检测器确定未从转子接收中性点接入信号时，所述选择器提供来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号用于控制内置永磁马达的操作。
14.根据权利要求9所述的陂行回家控制器，其中，所述第二无传感器速度和位置估计器通过无传感器高频信号注入方法获得无传感器转子位置和转子速度信号。
15.一种电动马达系统，包括：
内置永磁马达，所述内置永磁马达包括多个相且包括转子；
逆变器，响应于调制控制信号生成多个相信号且被联接到所述内置永磁马达，用于将所述多个相信号中的每个提供给永磁马达的所述多个相中的相应一个；
逆变器控制器，所述逆变器控制器响应于转子位置信号、转子速度信号和相电流信号生成调制控制信号，所述相电流信号对应于所述多个相信号中的一个或多个的电流；和
陂行回家控制器，所述陂行回家控制器被联接到所述内置永磁马达和逆变器控制器，用于确定是否从转子接收中性点接入信号，且在从转子接收中性点接入信号时，将无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器，其中，所述无传感器转子位置和转子速度信号通过第一无传感器信号估计方法使用中性点接入信号获得；在未从转子接收中性点接入信号时，所述陂行回家控制器还将通过第二无传感器信号估计方法获得的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器。
16.根据权利要求15所述的电动马达系统，其中，所述陂行回家控制器包括：
第一无传感器速度和位置估计器，用于根据第一无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号；
第二无传感器速度和位置估计器，用于根据第二无传感器信号估计方法来生成无传感器转子位置和转子速度信号，其中，所述第二无传感器信号估计方法不使用中性点接入信号来生成所述无传感器转子位置和转子速度信号；以及
监督控制器，所述监督控制器被联接到所述第一无传感器速度和位置估计器以及所述第二无传感器速度和位置估计器，所述监督控制器确定是否从所述转子接收中性点接入信号；在从所述转子接收中性点接入信号时，将来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器；以及在未从所述转子接收中性点接入信号时，将来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器。
17.根据权利要求16所述的电动马达系统，其中，所述第一无传感器速度和位置估计器包括零序电压计算器，所述零序电压计算器被联接到永磁马达，用于从永磁马达接收中性点接入信号并响应于中性点接入信号生成零序电压信号，所述第一无传感器速度和位置估计器响应于零序电压信号通过脉宽调制信号修正方法生成无传感器转子位置和转子速度信号。
18.根据权利要求16所述的电动马达系统，其中，所述监督控制器包括中性点接入信号检测器，所述中性点接入信号检测器确定是否从转子接收中性点接入信号。
19.根据权利要求18所述的电动马达系统，其中，所述监督控制器还包括选择器，所述选择器被联接到第一和第二无传感器速度和位置估计器以及所述中性点接入信号检测器，在所述中性点接入信号检测器确定从转子接收中性点接入信号时，所述选择器将来自于所述第一无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器；在所述中性点接入信号检测器确定未从转子接收中性点接入信号时，所述选择器将来自于所述第二无传感器速度和位置估计器的无传感器转子位置和转子速度信号作为转子位置信号和转子速度信号提供给逆变器控制器。
20.根据权利要求16所述的电动马达系统，其中，所述第二无传感器速度和位置估计器通过无传感器高频信号注入方法获得无传感器转子位置和转子速度信号。
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