CN102195551B - 用于五相机同步电流调整的方法、系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于五相机同步电流调整的方法、系统和设备。具体地，提供了方法、系统和设备，用于当一个或多个相经历故障或者已经失效时控制五相机的操作并对供应到五相机的电流进行调整。在一个实施方案中，所公开的实施例可用于同步调整矢量控制马达驱动系统中的电流，其中矢量控制马达驱动系统包括五相AC机、联接到五相AC机的五相变换器模块、和同步电流调整器。

Description

用于五相机同步电流调整的方法、系统和设备
关于联邦资助研究或开发的声明 
本发明在美国能源部提供的政府支持（DE-FC26-07NT43123）下进行。政府对本发明具有特定权利。
技术领域
本发明的各实施例总体上涉及多相系统，例如采用五相机的多相系统，且更具体地涉及当一个或多个相经历故障或失效时对五相机的操作进行控制和对提供至五相机的电流进行调整的技术。 
背景技术
电机广泛用于各种应用中。例如，混合动力/电动车辆（HEVs）典型地包括电动牵引驱动系统，该电动牵引驱动系统包括交流（AC）电动马达，交流电动马达由具有直流（DC）电源（例如蓄电池）的功率转换器驱动。AC电动马达的马达绕组可被联接到功率变换器模块（PIM）的变换器子模块。每个变换器子模块包括成对开关，其以互补方式开关以执行快速开关功能，从而将DC电力转换为AC电力。这种AC电力驱动AC电动马达，AC电动马达进而驱动HEV传动系的轴。传统HEV采用三相脉宽调制（PWM）的变换器模块，以驱动三相AC机（例如AC马达）。 
许多现今高性能AC马达驱动器都使用了场定向控制（FOC）或“矢量”控制的原理来控制AC电动马达的操作。特别地，矢量控制常用于可变频驱动器，以通过控制供给到AC电动马达的电流来控制施加于AC电动马达轴的扭矩（并最终控制速度）。简言之，定子相电流被测量并被转换为对应的复数空间矢量。此电流矢量然后被转变为随AC电动马达的转子旋转的坐标系统。 
近来，研究者已经看到在包括电动车辆在内的各种应用中使用多相机的可能性。在此使用的术语“多相”是指多于三相，并可用于表示具有三相或更多相的电机。多相电机的一个示例是五相AC机。在五相系统中，五相PWM变换器模块驱动一个或多个五相AC机。虽然正在探索在HEV中使用五相系统（例如五相变换器和马达构造）的可能性，不过，在这些变换器和马达构造可真正实现之前，仍需进行大量工作。 
在特定场合中，五相系统中的五个相中的一个或多个可能失效或经历故障状态。例如，在一些情况下，变换器模块与其对应马达相之间的连接可能失效。这可能是例如由于连接到/连接在五相AC马达内的导线的连接中断而发生。例如，在PWM变换器模块与AC马达之间的连接可能“断开”。这样的开路情况可能是由于在五相PWM变换器模块的电极与马达绕组之间的连接器或电缆出现问题、马达定子绕组之一损坏等等所致。这样的开路情况导致了对五相AC马达的不合适电流控制。 
在其它情况下，在五相PWM变换器模块中的一个或多个开关可能以故障方式操作，这也可能导致对五相AC马达的不合适电流控制，例如在五相PWM变换器模块中的一个或多个开关的异常操作。例如，当变换器子模块之一中的开关失效时或当产生栅极驱动信号的栅极驱动电路出现障碍时，发生部分相故障。 
然而，五相机当其五相中仅有三相或四相操作时仍可操作并提供扭矩/动力，不过系统作为三相或四相系统而以较低的额定功率操作。在这样的情况下，重要的是保持适合的电流调整而同时保持机器扭矩线性，以在五个相中的一个或多个失效或经历故障状态时限制扭矩和动力。 
在常规五相系统中，扭矩至电流的映射表用于产生ia*、ib*、ic*、id*、ie*电流命令。这些ia*、ib*、ic*、id*、ie*电流命令在静止参考系中被调整。特别地，一个静止参考系电流调整器用于调整ia*、ib*、ic*、id*、ie*电流命令中的每一个。每个静止参考系电流调整器均包括求和点，其从对应电流命令中减去反馈定子电流以产生关于此相的电流误差信号。电流误差信号被应用于比例积分器控制模块，以基于电流误差信号产生静止参考系的电压命令信号。 
在静止参考系中调整电流命令可能非常麻烦，这是因为五个电流命令独立于彼此被调整。这些电流命令是AC信号并且存在相位滞后（这在马达采用中速/高速时可能很重要），因而PI控制模块在产生电压命令信号时具有误差。为了避免这一问题，可替代地通过同步电流调整器来对电机进行控制。系统设计者需要产生将对五相机的动力和效率进行优化的扭矩至电流的映射表或控制表，这需要对机器参数进行准确表征。当在这些相中的一个相经历故障或失效状态情况下使用静止电流调整器时，这变得特别成问题。为了在这样的情况下保持电流调整，必须对每种失效情况开发单独的扭矩至电流映射表。例如，在相A失效时所用的扭矩至电流映射表将不适用于相B失效的情况。此外，由于五相系统在两个相失效时仍可操作，因而必须形成更多的扭矩至电流映射表以处理两个失效相的不同组合。同样，对于每个扭矩至电流映射表，系统设计者仍必须为所述特定失效/故障情况来表征机器性能，并开发出将在此情况下生效的单独的扭矩至电流映射表。 
这样，需要改进技术，以便用于当一个或多个相经历故障/失效状态时调整电流以控制五相AC机的操作。 
因此，希望提供当一个或多个相经历故障或失效时控制五相AC机的操作的方法、系统和设备。还希望提供当五相AC机的一个或多个相经历故障或失效时调整用于控制五相AC机的电流的方法、系统和设备。而且，通过随后结合附图进行的详细描述和所附权利要求书以及前述技术领域和背景技术，本发明的其它所希望的特征和特性将变得明显。 
发明内容
本发明的各实施例涉及：当一个或多个相经历故障或失效时，用于控制五相机的操作和对提供到五相机的电流进行调整的方法、系统和设备。 
根据一个实施例，提供了用于同步调整矢量控制马达驱动系统中的电流的方法，其中，所述矢量控制马达驱动系统包括：五相AC机，联接到五相AC机的五相变换器模块，和同步电流调整器。 
所述五相变换器模块产生五相的静止参考系定子电流。基于测量到的五相静止参考系定子电流，能够确定关于五相中的一个或多个是否存在相的故障状态（例如，一个或多个相正在经历相故障状态），如是，则系统产生故障信号，故障信号中包括指示哪些特定相当前正经历故障状态的信息。 
基于在故障信号中被指示的特定相，可执行五相至两相转变。这种转变将所述五相静止参考系定子电流中的对应于非故障相的特定电流转变为两相静止参考系定子电流。不过，所述五相静止参考系定子电流中的对应于经历故障状态的故障相的特定电流被排除在所述五相至两相转变之外。以这种方式，五相静止参考系定子电流中仅有对应于非故障相的特定电流用于产生两相静止参考系定子电流。在一些实施方案中，特定组合的四个静止参考系定子电流（例如对应于四个非故障相）被转变为两相静止参考系定子电流；而在其它实施方案中，特定组合的三个静止参考系定子电流（例如对应于三个非故障相）被转变为两相静止参考系定子电流。 
同步电流调整器基于同步参考系反馈电流信号和同步参考系电流命令，产生同步参考系电压命令信号。为了进一步解释，两相静止参考系反馈定子电流以及转子角度位置可用于产生同步参考系反馈电流信号，同步参考系反馈电流信号（以及电流命令）可用于产生同步参考系电压命令信号，进而，同步参考系电压命令信号可用于产生两相静止参考系电压命令信号。 
基于在所述故障信号中所指示的特定相，可执行两相至五相转变，以将所述两相静止参考系电压命令信号进行转变，从而产生对应于所述特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。换言之，在一些实施方案中，两相静止参考系电压命令信号被转变为四个特定的五相静止参考系电压命令信号（例如其对应于四个特定非故障相）；而在其它实施方案中，两相静止参考系电压命令信号被转变为三个五相静止参考系电压命令信号（例如其对应于三个特定非故障相）。 
本发明还包括以下方案： 
方案1. 一种用于同步调整矢量控制马达驱动系统中的电流的方法，其中，所述矢量控制马达驱动系统包括：具有五个相的五相AC机，和为所述五相AC机产生五相静止参考系定子电流的五相变换器模块，所述方法包括：
基于在故障信号中被指示为故障相的特定相，执行五相至αβ相转变，以将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流转变为αβ相静止参考系定子电流，其中所述五相静止参考系定子电流中对应于正在经历故障状态的故障相的特定电流被排除在所述五相至αβ相转变之外；
基于所述αβ相静止参考系反馈定子电流和转子角度位置，产生同步参考系反馈电流信号；和
基于所述同步参考系反馈电流信号和同步参考系电流命令，产生同步参考系电压命令信号。
方案2. 根据方案1所述的方法，进一步包括： 
基于测量到的五相静止参考系定子电流，确定关于所述五个相中的一个或多个是否存在相故障状态；
当确定一个或多个相正在经历故障状态时，产生故障信号，所述故障信号包括有指示哪些特定相当前正在经历故障状态的信息；
其中，所述执行五相至αβ相转变的步骤包括以下步骤：
基于所述故障信号中所指示的特定相，从多个五相至αβ相转变公式中选择对应于特定非故障相组合的一个；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的五相至αβ相转变公式，以产生经修改的五相至αβ相转变公式；和
基于所述经修改的五相至αβ相转变公式，将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流进行转变，以产生两相静止参考系定子电流。
方案3. 根据方案2所述的方法，其中，所述多个五相至αβ相转变公式包括： 
第一五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于四个非故障相的四个非故障的电流进行转变；和
第二五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于三个非故障相的三个非故障的电流进行转变。
方案4. 根据方案1所述的方法，进一步包括： 
基于所述同步参考系电压命令信号和转子角度位置，产生αβ相静止参考系电压命令信号；和
基于所述故障信号中所指示的特定相，执行αβ相至五相转变，以将所述αβ相静止参考系电压命令信号进行转变，从而产生对应于所述特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
方案5. 根据方案4所述的方法，其中，所述执行αβ相至五相转变的步骤包括以下步骤： 
基于所述故障信号中所指示的特定相，从多个αβ相至五相转变公式中选择一个；
基于所述故障信号中所指示的对应于所述非故障相的特定相，修改所选择的αβ相至五相转变公式，以产生经修改的αβ相至五相转变公式；和
基于所述经修改的αβ相至五相转变公式，将所述αβ相静止参考系电压命令信号进行转变，以产生对应于所述特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
方案6. 根据方案5所述的方法，其中，所述多个αβ相至五相转变公式包括： 
第一αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于四个特定非故障相的四个五相静止参考系电压命令信号；和
第二αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于三个特定非故障相的三个五相静止参考系电压命令信号。
方案7. 一种系统，包括： 
五相AC机，其具有五个相；
五相变换器模块，其联接到所述五相AC机，并被设计为产生五相静止参考系定子电流；
五相至αβ相转变模块，其被设计为基于在故障信号中被指示为故障相的特定相，执行五相至αβ相转变，其中，所述五相至αβ相转变将所述五相静止参考系定子电流中的对应于非故障相的特定电流转变为αβ相静止参考系定子电流，其中所述五相静止参考系定子电流中对应于正在经历故障状态的故障相的特定电流被排除在所述五相至αβ相转变之外；
静止至同步转变模块，其被设计为：接收αβ相静止参考系反馈定子电流和转子角度位置，产生同步参考系反馈电流信号；和
同步电流调整器，其被设计为：基于所述同步参考系反馈电流信号和同步参考系电流命令，产生同步参考系电压命令信号。
方案8. 根据方案7所述的系统，进一步包括： 
故障探测模块，其被设计为：确定关于所述五个相中的一个或多个是否存在相故障状态；和当确定关于所述五个相中的一个或多个存在相故障状态时产生故障信号，其中所述故障信号包括指示了哪些特定相当前正在经历故障状态的信息；和
其中，所述五相至αβ相转变模块被设计为：
基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个五相至两相转变公式中选择一个，所述公式用于将从所述五相AC机反馈的并对应于当前不经历故障状态的非故障相的所述五相静止参考系定子电流中的特定非故障电流进行转变；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的五相至αβ相转变公式，以产生经修改的五相至αβ相转变公式；和
基于所述经修改的五相至αβ相转变公式，将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流进行转变，以产生αβ相静止参考系定子电流。
方案9. 根据方案8所述的系统，其中，所述多个五相至αβ相转变公式包括： 
第一五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于四个非故障相的四个非故障电流进行转变；和
第二五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于三个非故障相的三个非故障电流进行转变。
方案10. 根据方案9所述的系统，进一步包括： 
同步至静止转变模块，其被设计为：基于所述同步参考系电压命令信号产生αβ相固定参考系电压命令信号；
αβ相至五相转变模块，其被设计为：
接收所述故障信号和所述αβ相静止参考系电压命令信号；基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个αβ相至五相转变公式中选择一个；基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的αβ相至五相转变公式，以产生经修改的αβ相至五相转变公式；和
基于所述经修改的αβ相至五相转变公式，将所述αβ相静止参考系电压命令信号进行转变，以产生对应于所述特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
方案11. 根据方案10所述的系统，其中，所述多个αβ相至五相转变公式包括： 
第一αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于四个特定非故障相的四个五相静止参考系电压命令信号；和
第二αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述两相静止参考系电压命令信号转变为对应于三个特定非故障相的三个五相静止参考系电压命令信号。
方案12. 一种矢量控制马达驱动系统，包括： 
五相AC机，其具有五个相；
五相变换器模块，其联接到所述五相AC机，并被设计为产生五相静止参考系定子电流；
电流测量模块，其被设计为测量从所述五相AC机反馈的所述五相静止参考系定子电流；
故障探测模块，其被设计为：基于测量到的五相静止参考系定子电流，确定关于所述五个相中的一个或多个是否存在相故障状态；当确定关于所述五个相中的一个或多个存在相故障状态时，产生故障信号，其中，所述故障信号指示了关于一个或多个相已经探测到的故障状态，并包括指示了哪些特定相当前正在经历故障状态的信息；和
五相至αβ相转变模块，其被设计为：接收所述故障信号和从所述五相AC机反馈的所述五相静止参考系定子电流；基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个五相至αβ相转变公式中选择一个，所述选择的公式用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流进行转变；基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的五相至αβ相转变公式，以产生经修改的五相至αβ相转变公式；基于所述经修改的五相至αβ相转变公式，将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流转变为αβ相静止参考系定子电流；
静止至同步转变模块，其被设计为：接收所述αβ相静止参考系反馈定子电流和转子角度位置，产生同步参考系d轴电流信号和同步参考系q轴电流信号；和
同步电流调整器，其被设计为调整同步参考系中的电流，其中，所述同步电流调整器被设计为：基于所述同步参考系d轴反馈电流信号、所述同步参考系q轴反馈电流信号、d轴电流命令和q轴电流命令，产生同步参考系d轴电压命令信号和同步参考系q轴电压命令信号。
方案13. 根据方案12所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个五相至αβ相转变公式包括： 
第一五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于四个非故障相的四个非故障电流进行转变，其中所述第一五相至αβ相转变公式包括：
其中，相系数δ i 对于故障相设定为等于零，而对于四个非故障相则设定为1。
方案14. 根据方案13所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个五相至αβ相转变公式进一步包括： 
第二五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于三个非故障相的三个非故障电流进行转变，其中所述第二五相至αβ相转变公式包括：
,
其中，相系数δ i 对于两个故障相设定为等于零，而对于三个非故障相则设定为1。
方案15. 根据方案12所述的矢量控制马达驱动系统，进一步包括： 
同步至静止转变模块，其被设计为：基于所述同步参考系d轴电压命令信号、所述同步参考系q轴电压命令信号，产生α轴静止参考系电压命令信号和β轴静止参考系电压命令信号；和
αβ相至五相转变模块，其被设计为：
接收所述故障信号、所述α轴静止参考系电压命令信号、和所述β轴静止参考系电压命令信号；
基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个αβ相至五相转变公式中选择一个，以用于将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号进行转变；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的αβ相至五相转变公式，以产生经修改的αβ相至五相转变公式；和
基于所述修改的αβ相至五相转变公式，将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号进行转变，以产生对应于所述特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
方案16. 根据方案15所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个αβ相至五相转变公式包括： 
第一αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号转变为对应于四个特定非故障相的四个五相静止参考系电压命令信号，其中所述第二五相至αβ相转变公式包括：
其中，相系数δ i 对于故障相设定为等于零，而对于非故障相则设定为1，Vα是所述α轴静止参考系电压命令信号，Vβ是所述β轴静止参考系电压命令信号。
方案17. 根据方案16所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个αβ相至五相转变公式进一步包括： 
第二αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号转变为对应于三个特定非故障相的三个五相静止参考系电压命令信号，其中所述第二αβ相至五相转变公式包括：
,
其中，相系数k i 对于故障相设定为等于零，而对于非故障相则设定为1，Vα是所述α轴静止参考系电压命令信号，Vβ是所述β轴静止参考系电压命令信号。
方案18. 根据方案15所述的矢量控制马达驱动系统，进一步包括： 
空间矢量脉宽调制SVPWM模块，其被设计为：基于从所述αβ相至五相转变模块接收的三个或四个五相静止参考系电压命令信号，产生开关矢量信号。
附图说明
在下文中，将结合附图描述本发明的实施例，其中，相同的附图标记表示相同的元件。 
图1是根据一些所公开实施例的矢量控制马达驱动系统的一个示例的框图； 
图2是马达驱动系统的一部分的框图，其中马达驱动系统包括连接到五相AC马达的五相电压源变换器模块；
图3A是显示出当不出现故障或失效状态时所测量到的五相静止参考系反馈定子电流（Ia …Ie）的图线；
图3B是显示出两相静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）的图线；
图3C是显示出当在相A中出现故障或失效状态时所测量到的五相反馈定子电流（Ia …Ie）的图线；
图4是例示出根据一些所公开实施例的方法的流程图；
图5是显示出根据一些所公开实施例的可在各种故障/失效情况下用于公式（4）以将两相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）转变为非故障五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）的相系数（）和相移差（φi）的各种组合的值的表；和
图6是显示出根据一些其它所公开实施例的可在各种故障/失效情况下用于公式（5）以将两相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）转变为非故障五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）的相系数（ki）和相移差（φi）的各种组合的值的表。
具体实施方式
在此用的措辞“示例性”是指“用作示例、例子或例示”。以下详细描述实际上仅为示例性的，而不是用于限制本发明或本发明的应用和使用。在此作为“示例性”而描述的任何实施例不必被认为对于其它实施例而言是优选的或有利的。在“具体实施方式”中描述的所有实施例均为示例性的实施例，用于使本领域技术人员能够实施或使用本发明，而不是限制由权利要求书限定的本发明的范围。而且，本发明不受限于在前述的技术领域、背景技术、发明内容或在以下的详细描述中呈现的任何明示或暗示的原理（或理论）。 
本发明的实施例所涉及用于当五相系统中的一个或多个相经历故障或失效时调整五相系统中的电流的方法和设备。所公开的用于控制五相系统操作和调整被供应到五相机的电流的方法、系统和设备可在例如混合动力/电动车辆（HEV）之类的操作环境中实施。不过本领域技术人员应认识到，相同或相似的技术或工艺可应用于其它系统的应用环境中，在这些系统中，当一个或多个相经历故障或失效时，希望控制五相系统的操作和调整在此系统中被供应到五相机的电流。由此，在此公开的任何概念一般可应用于“五相交流（AC）机”，在此使用的术语“AC机”一般是指“将电能转换为机械能或将机械能转换为电能的装置或设备”。AC机一般可分为同步AC机和异步AC机。同步AC机可包括永磁机和磁阻机。永磁机包括表面安装永磁机（SMPMMs）和内部永磁机（IPMMs）。 
图1是矢量控制马达驱动系统的一个示例的框图。所述矢量控制马达驱动系统经由联接到五相AC机120的五相脉宽调制（PWM）变换器模块110来控制五相AC机120，从而通过调节用于控制五相AC机120的电流命令，使得五相AC机120可有效使用被提供到五相PWM变换器模块110的DC输入电压（Vdc）。在一个具体实施方案中，所述矢量控制马达驱动系统可用于控制HEV中的扭矩。 
在以下对一个具体的非限制性实施方案的描述中，五相AC机120被描述为五相AC供能的马达120，特别是五相内部永磁体同步AC供能的马达（或更广义地为马达120）；不过，应认识到，所示实施例仅为使所公开实施例可以被应用的AC机类型的一个非限制性示例，而进一步地，所公开的实施例可应用于包括五相或更多相的任何类型的多相AC机。 
五相AC马达120经由五个变换器电极联接到五相PWM变换器模块110，并基于从PWM变换器模块110接收到的五相正弦电压信号产生机械动力（扭矩×速度）。在一些实施方案中，第一五相AC马达120的转子角度位置（θr）或者“轴位置”使用位置传感器（未示出）进行测量；在其它实施方案中，第一五相AC马达120的转子角度位置（θr）可使用无传感器的位置估计技术进行估计，而不使用位置传感器。 
在描述所述矢量控制马达驱动系统的操作细节之前，将参照图2提供五相电压源变换器110的一个示例性实施方案的更详细描述（包括其如何连接到五相AC马达120）。图2是马达驱动系统的一部分的框图，其中马达驱动系统包括被连接到五相AC马达120的五相电压源变换器110。应注意，图1中的五相电压源变换器110和五相马达120不限于这种实施方案；而是，图2仅为图1中的五相电压源变换器110和五相马达120如何在一个具体实施例中加以实施的一个示例。 
如图2中所示，五相AC马达120具有连接到马达端子A、B、C、D、E的五个定子或马达绕组120a、120b、120c、120d、120e，五相PWM变换器模块110包括电容器180和五个变换器子模块115-119。在此实施例中，在相A中，变换器子模块115联接到马达绕组120a；在相B中，变换器子模块116联接到马达绕组120b；在相C中，变换器子模块117联接到马达绕组120c；在相D中，变换器子模块118联接到马达绕组120d；在相E中，变换器子模块119联接到马达绕组120e。马达绕组A、B、C、D、E（120a、120b、120c、120d、120e）在中性点（N）处联接到一起。进入马达绕组A 120a的电流流出马达绕组B-E、120b-120e；进入马达绕组B 120b的电流流出马达绕组A、C、D、E、120a、120c-e；进入马达绕组C 120c的电流流出马达绕组A、B、D、E、120a、120b、120d、120e；进入马达绕组D 120d的电流流出马达绕组A、B、C、E、120a-c、120e；进入马达绕组E 120e的电流流出马达绕组A-D、120a-d。 
作为结果而形成的相电流或定子电流（Ia-Ie）122、123、124、125、126流动通过相应定子绕组120a-e。在每个定子绕组120a-120e两端上的相至中性的电压分别表示为Van、Vbn、Vcn、Vdn、Ven，其中在每个定子绕组120a-120e中产生的反电磁力（BEMF）电压分别显示为由理想电压源产生的电压Ea、Eb、Ec、Ed、Ee，每个电压分别显示为与定子绕组120a-120e串联连接。公知的是，这些反EMF电压Ea、Eb、Ec、Ed、Ee是通过永磁体转子旋转而在相应定子绕组120a-120e中所感生的电压。虽然未示出，不过马达12联接到驱动轴。 
变换器110包括：电容器180，包括双开关182/183、184/185的第一变换器子模块115，包括双开关186/187、188/189的第二变换器子模块116，包括双开关190/191、192/193的第三变换器子模块117，包括双开关194/195、196/197的第四变换器子模块118，包括双开关198/199、200/201的第五变换器子模块119。这样，变换器110具有十个固态可控开关装置182、184、186、188、190、192、194、196、198、200和十个二极管183、185、187、189、191、193、195、197、199、201，以适合地开关复合电压（VDC），从而提供对五相AC马达120的定子绕组120a、120b、120c、120d、120e的五相供能。 
虽然未示出，不过，闭环马达控制器可从马达120接收马达命令信号和马达操作信号，从而产生控制信号以控制变换器子模块115-119内的固态开关装置182、184、186、188、190、192、194、196、198、200的开关。用于构建这些控制信号的这些开关矢量的示例将在下文中描述。通过将适合控制信号提供到各独立的变换器子模块115-119，闭环马达控制器控制变换器子模块115-119内的固态可控开关装置182、184、186、188、190、192、194、196、198、200的开关，并由此分别控制被提供到马达绕组120a-120e的变换器子模块115-119的输出。作为结果形成的由五相变换器模块110的变换器子模块115-119产生的定子电流（Ia…Ie）122-126被提供到马达绕组120a、120b、120c、120d、120e。电压Van、Vbn、Vcn、Vdn、Ven、Ea、Eb、Ec、Ed、Ee和在节点N处的电压根据变换器模块110的变换器子模块115-119中的开关182、184、186、188、190、192、194、196、198、200的断开/闭合状态而随时间波动。 
再次参见图1，所述矢量控制马达驱动系统包括：扭矩至电流映射模块140，同步（SYNC.）参考系电流调整器模块170，同步至静止（SYNC-TO-STAT.）转变模块102，两相至五相转变模块106，空间矢量（SV）PWM模块108，五相PWM变换器110，五相至两相转变模块127，静止至同步（STAT-TO-SYNC.）转变模块130，电流测量和故障探测模块210，和可任选的输出模块216。 
扭矩至电流映射模块140接收扭矩命令（Te*）136、轴的角旋转速度（ωr）138和DC输入（或“环节”）电压（Vdc）139作为输入。在一个实施方案中，轴的角旋转速度（ωr）138可基于转子/轴位置输出（θr）121的导数而产生。根据实施方案，扭矩至电流映射模块140也可接收各种其它系统参数。扭矩至电流映射模块140使用这些输入以将扭矩命令（Te*）136映射为基本d轴电流命令信号（Id1*）142、三次谐波d轴电流命令信号（Id3*）143、基本q轴电流命令信号（Iq1*）144、三次谐波q轴电流命令信号（Iq3*）145、和零序电流命令信号（I0*）146。这些电流命令信号将使马达120产生以速度（ωr）138的命令扭矩（Te*）。同步参考系（reference frame）电流命令信号142-146是具有恒定值的DC命令，所述恒定值与稳态操作期间的时间相关。由于电流命令是同步参考系中的DC信号，因而更易于调整电流命令。 
五相至αβ相转变模块127接收所测量到的从马达120反馈的五相静止参考系反馈定子电流（Ia…Ie）122-126。图3A的图线显示出当五相PWM变换器110和五相马达120正确操作且不出现故障或失效状态时所测量到的五相静止参考系反馈定子电流（Ia …Ie）122-126。 
五相至αβ相转变模块127使用这些五相静止参考系反馈定子电流122-126，并执行abcde参考系至αβ参考系的转变，以将五相静止参考系反馈定子电流122-126转变为αβ静止参考系反馈定子电流128、129。在正常操作过程中，可使用下文中的公式（1）中限定的矩阵执行五至五的相转变。在公式（1）中，表示五相静止参考系反馈定子电流122-126的列矢量乘以转变矩阵和缩放因子以生成表示αβ静止参考系反馈定子电流的列矢量。对于公式（1），应注意，αβ静止参考系定子电流（Iα3, Iβ3）128-2、129-2可例如为三次（或其它）谐波电流。在当所有五相操作正确（例如没有故障或失效）时功能正常的系统中，这些静止参考系反馈定子电流Iα3、Iβ3、I0可被调整和控制，这是因为五相机与三相机相比具有额外自由度。不过，当一个或多个相失效/故障时，额外自由度丧失，静止参考系反馈定子电流Iα3、Iβ3、I0不再能被控制/调整。这样，当一个或多个相由于某些原因发生故障/失效时，供五相至五相转变模块127正常实施以产生静止参考系反馈定子电流的公式（1）将不准确，如将在下文中更详细所述。 
图3B的图线显示出两相静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）128-1、129-1，其通过五相至αβ相的相转变模块127基于测量到的五相静止参考系反馈定子电流（Ia …Ie）122-126而计算出。 
静止至同步转变模块130接收两相静止参考系反馈定子电流128、129和转子角位置（θr）121。转子角位置（θr）121可基于来自马达120的信息而进行测量或估计。静止至同步转变模块130产生（例如处理或转换）这些两相静止参考系反馈定子电流128、129，以产生基本同步参考系d轴电流信号（Id1）132、三次谐波同步参考系d轴电流信号（Id3）133、基本同步参考系q轴电流信号（Iq1）134、三次谐波同步参考系q轴电流信号（Iq3）135、和同步参考系零序电流信号（I0）136。静止至同步转换过程在本领域中是公知的，并为了简要起见将不进行详细描述。 
同步参考系电流调整器模块170接收：基本同步参考系d轴电流信号（Id1）132、三次谐波同步参考系d轴电流信号（Id3）133、基本同步参考系q轴电流信号（Iq1）134、三次谐波同步参考系q轴电流信号（Iq3）135、同步参考系零序电流信号（I0）136、基本d轴电流命令信号（Id1*）142、三次谐波d轴电流命令信号（Id3*）143、基本q轴电流命令信号（Iq1*）144、三次谐波q轴电流命令信号（Iq3*）145、零序电流命令信号（I0*）146，并使用这些信号产生基本d轴电压命令信号（Vd1*）172、三次谐波d轴电压命令信号（Vd3*）173、基本q轴电压命令信号（Vq1*）174、三次谐波q轴电压命令信号（Vq3*）175、和零序电压命令信号（V0*）176。电压命令信号172-176也是同步参考系信号，并因而是具有恒定值的DC命令，所述恒定值作为时间的函数。电流至电压的转换过程可由比例积分（PI）控制器实现，这在本领域中是公知的，并为了简要起见将不进行详细描述。 
调整同步参考系中的d轴和q轴电流命令（Id1*、Iq1*）142、144具有多种优点，特别是在马达相A、B、C、D、E之一经历故障/失效状态的情况下。例如，由于电流命令在同步参考系中（而不在静止参考系中）被调整，因而仅两个DC电流命令需要调整。由于电流命令是同步参考系中的DC信号，因而更易于调整同步电流命令。而且，系统设计者不需要开发单独的扭矩至电流映射表以处理相故障/失效情况。而是，无论何种故障/失效情况，均可使用相同的扭矩至电流映射表，而且仍可保持电流调整。例如，相同的扭矩至电流映射表可在没有相失效时、或当一个相失效时、或当两个相失效时使用。这样使得系统设计者不需要对于每个具体失效/故障情况来表征五相机的行为，也不需要开发出将在这种情况下工作的单独的扭矩至电流映射表。如将在下文中更详细所述，通过调整同步参考系中的d轴和q轴电流命令（Id1*、Iq1*）142、144，系统设计者仅需要改变用于αβ相至五相的相转变模块106和五相至αβ相的相转变模块127的公式以处理相故障/失效情况，而仍保持对电流的调整。不需要改变图1中的其它块或模块来处理相故障/失效情况。 
同步至静止转变模块102接收来自同步参考系电流调整器模块170的同步参考系电压命令信号172-176和转子位置输出（θr）121来作为输入。响应于这些输入，同步至静止转变模块102基于这些信号而执行dq至αβ转变，以产生基本α轴静止参考系电压命令信号（Vα1*）104-1、基本β轴静止参考系电压命令信号（Vβ1*）105-1、三次谐波α轴静止参考系电压命令信号（Vα3*）104-2、三次谐波β轴静止参考系电压命令信号（Vβ3*）105-2、和零序电压命令信号（V0*）103。这些电压命令信号处于静止参考系中，并因而具有作为时间的函数以正弦波变化的值。同步至静止转变过程在本领域中是公知的，并为了简要起见将不进行详细描述。 
αβ相至五相的相转变模块106接收由同步至静止转变模块102所产生的静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*, Vα3*, Vβ3*, V0*）103-105，并基于这些信号产生五相静止参考系电压命令信号（Vas*…Ves*）107，五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107被发送到空间矢量脉宽调制（SVPWM）模块108。五至五相转变可使用在下文中的公式（2）中限定的矩阵。应注意，假定V0等于零。 
在公式（2）中，表示静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*, Vα3*, Vβ3*, V0*）103-105的列矢量乘以转变矩阵和缩放因子，从而生成表示五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107的列矢量。 
SVPWM模块108用于脉宽调制（PWM）控制。五相PWM变换器模块110联接到SVPWM模块108。SVPWM模块108接收五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107作为输入，并使用这些信号产生开关矢量信号（Sa…Se）109，以提供到五相PWM变换器模块110。在SVPWM模块108中实施的具体SV调制算法可以是任何已知的调制算法。开关矢量信号（Sa…Se）109控制PWM变换器110中各开关的开关状态，以产生五相电压命令。五相PWM变换器模块110接收DC输入电压（Vdc）和开关矢量信号（Sa…Se）109，并使用它们在变换器电极处产生五相交流（AC）电压信号波形，从而以不同速度驱动五相AC机/马达120。 
五相内部永磁体同步马达120接收由PWM变换器110产生的五相电压信号，并产生以所命令扭矩Te* 136的马达输出。在这一个具体实施方案中，马达120包括五相内部永磁体同步马达（IPMSM）120。被测量的反馈定子电流（Ia-Ie）被传感、采样并提供到五相至两相的相转变模块127，如前所述。 
虽然未在图1中示出，不过所述矢量控制马达驱动系统还可包括联接到五相AC机120的轴并由该轴驱动的齿轮。 
在具有至少一个故障/失效相时五相机的同步电流调整： 
图3C的图线显示出当五相PWM变换器110或五相马达120不正确操作且在相A中出现故障或失效状态（例如，电流Ia 122不存在）时测量到的五相反馈定子电流（Ia …Ie）122-126。
在相故障或失效的情况下（即，当一个或多个相失效时），正常情况下用于进行五相至αβ相的相转变的标准公式（1）不再适用，并且会产生不准确的结果。同样地，正常情况下用于进行αβ相至五相的相转变的标准公式（2）也不再适用，并且会产生不准确的结果。根据一个实施例，这些公式不用于调整同步参考系中的电流。 
根据所公开的实施例，提供了当一个或多个相经历故障/失效状态时用于五相机的同步电流调整的方法、系统和设备。如将在下文中参照图1至6所述，当电流测量和故障探测模块210探测到相故障（或相失效）时，所公开的实施例被设计为解决在前述的αβ相至五相的相转变模块106和五相至αβ相的相转变模块127中可能出现的性能问题。 
图4是例示出根据一些所公开实施例的方法400的流程图，并将在下文中参照图1描述。方法400始于步骤405，此时电流测量和故障探测模块及输出模块210接收从五相AC马达120反馈的电流（Ia…Ie）。 
在此具体实施例中，电流测量和故障探测模块210包括电流测量模块212，其测量由变换器子模块115-119产生的五相静止参考系定子电流（Ia…Ie）122-126的振幅（步骤410）。在其它实施例中，电流测量模块212可测量五相静止参考系定子电流（Ia…Ie）122-126的可用于确定是否存在故障的其它特征。示例将例如包括：RMS测量值，FFT，来自栅极驱动器的信号故障，等等。电流测量和故障探测模块210还包括故障探测模块214，其接收来自电流测量模块212的电流测量值并对其进行处理，以确定是否关于一个或多个相存在故障状态或失效状态（步骤420）。 
对此，故障探测模块214可用于探测五相PWM变换器模块例如由于以下情况所致的异常操作：（1）功率电子系统错误动作，例如，当五相PWM变换器模块的一个或多个开关装置由于功率电子电路问题而关断时；（2）涉及五相PWM变换器模块的物理连接中断（例如，当将五相PWM变换器模块的电极连接到马达的马达绕组的导线/线路/电缆之间发生物理连接中断时）；（3）关于变换器连接器的问题；（4）对于马达定子绕组的损害；或者（5）关于连接到转换器应用电网的问题，等等。例如，在一个实施方案中，故障探测模块214可探测涉及五相PWM变换器模块110的实际物理开路状态。在一些实施方案中，故障探测模块214也可探测五相PWM变换器模块110的“误动作”或“异常操作”（例如，当五相PWM变换器模块110中的一个或多个开关断开或不正确操作时）。通常，如在此使用的“正确操作”可以是指：变换器子模块正确工作（例如，产生五相静止参考系定子电流（Ia）122的开关正常地产生电流和操作，以及关于相A在变换器子模块115与相A的马达绕组之间存在电缆连接）。 
当故障探测模块214基于测量到的五相静止参考系电流（Ia…Ie）122-126而探测到相故障或相失效时，故障探测模块214产生故障信号220（步骤430）并将其发送到五相至αβ相的相转变模块127，以指示有关一个（或多个）相的已经探测到故障/失效状态。故障信号220包括：指示了哪些特定相当前正经历故障状态或已经失效的信息。在一些实施方案中，当电流测量和故障探测模块210探测到相故障或相失效时，其将故障指示信号215提供到输出模块216，输出模块216可例如包括显示器、指示灯和/或扬声器，用于向观察者（例如，车辆操作者）指示所探测到的故障。 
根据所公开实施例的五相至αβ相的相转变模块127被设计为：当在五相机中一个（或多个）相失效时，对在同步参考系中调整电流所必需的公式（1）和（2）（如前所述）进行识别、选择和修改。响应于故障信号220，五相至αβ相的相转变模块127基于被识别为故障或者失效的特定相而选择（步骤440）适合的经修改的公式的变型（3）（如下所述），用于通过将所述故障/失效相的相系数（δ i ）设为等于零（0）而将对应于故障/失效相的列归零，从而将五相静止参考系电流（Ia…Ie）122-126中的非故障电流转变为两相静止参考系反馈定子电流128-1、129-1。然后，五相至αβ相的相转变模块127使用适合公式将五相静止参考系电流（Ia…Ie）122-126中的非故障电流转变为αβ相的静止参考系反馈定子电流128-1、129-1（步骤450）。 
这样，根据所公开实施例的五相至αβ相的相转变模块127使用故障信号220以便对用于同步参考系中的电流调整所必需的公式（3）进行修改，从而使得“健康”或非故障的静止参考系电流可转变为α和β的静止参考系电流。 
例如，当故障探测模块214基于测量到的五相静止参考系电流信号（Ia）122探测到相故障或相失效时，故障探测模块214产生故障信号220并将其发送到五相至αβ相的相转变模块127，以指示关于相A的五相静止参考系电流信号（Ia）122已经探测到故障/失效状态。故障信号220包括：指示相A当前经历故障状态或失效的信息。响应于故障信号220，五相至αβ相的相转变模块127如下所示那样将公式（3）修改为公式（3A），并计算当相A出现故障/失效时可在同步参考系中提供更好的电流调整的用于αβ相静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）128-1、129-1的值。 
在公式（3A）中，第二转变矩阵的第一列具有零值，使得当将五相静止参考系电流信号（Ib…Ie）123-126中的非故障电流信号转换为两相静止参考系定子电流信号（Iα, Iβ）128-1、129-1时，对应于相A的五相静止参考系电流信号（Ia）122不予以考虑。这样，五相至αβ相的相转变模块127可修改公式（3）以产生适合的公式，用于计算两相静止参考系定子电流信号（Iα, Iβ）128-1、129-1，从而使得仅有“健康”或非故障的静止参考系五相电流信号（Ib…Ie）123-126被转变为两相静止参考系定子电流信号（Iα, Iβ）128-1、129-1。这有助于确保在同步参考系中更准确的电流调整。 
考虑另一示例，此时故障探测模块214基于测量到的五相静止参考系电流信号（Ia）122和测量到的五相静止参考系电流信号（Ib）123探测到相故障或相失效。在此，故障探测模块214产生故障信号220并将其发送到五相至两相的相转变模块127，以指示关于与相A对应的五相静止参考系电流信号（Ia）122和与相B对应的五相静止参考系电流信号（Ib）123已经探测到故障/失效状态。故障信号220包括：指示相A和B当前正经历故障状态或失效的信息。响应于故障信号220，五相至两相的相转变模块127通过如下所示公式（3B）来修改公式（3），从而当相A和B出现故障/失效时在同步参考系中提供改善的电流调整。 
在公式（3B）中，第二转变矩阵的第一列和第二列具有零值，使得当将五相静止参考系电流信号（Ic…Ie）124-126中的非故障电流信号转换为αβ相静止参考系电流信号（Iα, Iβ）128-1、129-1时，对应于相A的五相静止参考系电流信号（Ia）122和对应于相B的五相静止参考系电流信号（Ib）123不予以考虑。这样，五相至两相的相转变模块127可适当修改公式（3），用于计算静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）128-1、129-1，从而使得仅有“健康”或非故障的静止参考系的五相静止参考系电流信号（Ic…Ie）124-126被转变为α和β的静止参考系电流信号（Iα, Iβ）128-1、129-1。 
应认识到，公式（3）可适当修改，以在五相至αβ相的相转变模块127中产生类似公式（未示出），其可用于当其它相B、C、D、E中任一相经历故障状态时计算静止参考系反馈定子电流信号（Iα, Iβ）128-1、129-1。在这样的情况下，第二转变矩阵的对应于非故障相的列将具有在公式（1）中的转变矩阵的对应列中所指示的值，而第二转变矩阵的对应于故障相的列将具有零值，使得当将五相电流中的非故障电流转换为静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）128-1、129-1时，对应于特定故障相的五相静止参考系电流信号（Ib…Ie）123-126不予以考虑。 
类似地，应认识到，类似公式（未示出）可用于五相至两相的相转变模块127中，从而当任何两相的组合经历故障状态时计算静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）128-1、129-1。转变矩阵的对应于故障相的两列将包括零值，使得当将五相电流中的非故障电流转换为静止参考系反馈定子电流（Iα, Iβ）128-1、129-1时，对应于特定故障相的五相电流不予以考虑，而其它列将使用前述公式（3）中所指示的值。 
类似考虑关于由αβ相至五相的相转变模块106进行的转变是适用的。如前所述，αβ相至五相的相转变模块106接收αβ相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1，并基于这些信号产生五相静止参考系电压命令信号（Vas*…Ves*）107。用于执行αβ相至五相的相转变的标准公式（2）在一个或多个相经历故障/失效状态时不应被使用。 
这样，当故障探测模块214基于测量到的五相静止参考系电流（Ia…Ie）122-126探测到（在步骤420）相故障或相失效时，故障探测模块214产生故障信号220（步骤430）并将其发送到αβ相至五相的相转变模块106，以指示：关于一个（或多个）相已经探测到故障/失效状态。故障信号220包括：指示哪些特定相当前正经历故障状态或已经失效的信息。 
根据所公开实施例的αβ相至五相的相转变模块106被设计为：当一个（或多个）相失效时，对在同步参考系中调整电流所必需的适合公式进行识别/选择和修改。响应于故障信号220，αβ相至五相的相转变模块106基于被识别别为发生故障或失效的特定相来识别/选择（步骤460）下述的公式（4）或（5），并修改所选择的公式，以产生适合公式，用于将αβ相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107。 
例如，当故障信号指示了一个相发生故障/失效时，αβ相至五相的相转变模块106识别/选择（步骤460）下述的公式（4），并且基于被识别为发生故障或失效的特定相而修改所选择的公式（4），以产生适合的修改版本的公式（4），用于将αβ相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107。特别地，αβ相至五相的相转变模块106通过以下方式来修改公式（4）：将故障/失效相的相系数（δ i ）设定为等于零（0），以归零对应于故障/失效相的行。图5的表1显示出在公式（4）可适用的各种故障情况下的相系数（δ i ）和相移差（φi）的各种组合。 
其中，图5的表1通过以下方式来指示哪个相发生故障，即：将所述相的相系数（δ i ）设定为等于零（0）。 
例如，当故障探测模块214基于测量到的五相静止参考系电流信号（Ia）122探测到相故障或相失效时，故障探测模块214产生故障信号220并将其发送到αβ相至五相的相转变模块106，以指示关于与相A对应的五相静止参考系电流信号（Ia）122已经探测到故障/失效状态。故障信号220包括指示了相A当前正在经历故障状态或失效的信息。响应于故障信号220，αβ相至五相的相转变模块106识别/选择公式（4）并如下述公式（4A）中所指示的那样对其进行修改，从而当相A出现故障/失效时在同步参考系中提供改善的电流调整。 
在公式（4A）中，转变矩阵的第一行具有零值，使得当将两相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107时，对相A不予以考虑。 
这样，αβ相至五相的相转变模块106可采用适合公式，以计算五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107，使得在转变过程中仅有“健康”或非故障相被加以考虑。这有助于确保在同步参考系中更准确的电流调整。虽然前述的公式（4A）假定相A处于故障状态，不过，应认识到，类似公式（未示出）可用于αβ相至五相的相转变模块106中，从而当其它相B、C、D、E之一经历故障状态时，计算非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107。在这样的情况下，公式（4）中的转变矩阵的对应于非故障相的列将具有与公式（4）中所指示的值相同的值，而转变矩阵的对应于故障相的任何列将被替换为零值，使得当将两相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107时，对特定故障相不予以考虑。 
然后，αβ相至五相的相转变模块106基于修改后的公式将αβ相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107（步骤460）。这样，根据所公开的实施例，αβ相至五相的相转变模块106使用故障信号220选择适合的公式，以在同步参考系中可更好地提供电流调整。 
通用公式（2）也可当两相经历故障/失效状态时进行修改。例如，当故障信号指示例如相D健康而其它相中的两相发生故障/失效时，αβ相至五相的相转变模块106识别/选择（步骤460）下述公式（5），并且基于被识别为故障或失效的特定相和图6的表2中的对应项目来修改所选择的公式（5），以产生适合的修改版本的公式（5），用于将αβ相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号107。图6的表2显示出其中可应用公式（5）的各种故障情况下的相缩放系数（k i ）和相移差（φi）的各种组合。 
其中，图6的表2通过以下方式指示哪个相发生故障，即：对于所述相将相系数（k i ）设定为等于零（0）。 
应注意，公式（5）适用于当相D以及任意两个其它相无故障时的特定示例。对于其它相A、B、C、E，当该相以及任意两个其它相无故障时，可形成类似公式。为了简要起见，这些公式的示例将不再描述。通常，公式（5）可通过将转变矩阵旋转正/负72度（72°）或正/负144度（144°）被修改，从而使其适用于当相A、B、C或E以及任意两个其它相总是健康（即，无故障/失效）时的其它特定示例。例如，如果相E以及任意两个其它相总是健康（即，无故障/失效），则转变矩阵旋转72度（72°），这是因为在相D和E之间具有72度。类似地，如果相C以及任意两个其它相总是健康（即，无故障/失效），则转变矩阵旋转负72度（-72°），这是因为在相C和D之间具有72度。与此不同的是，如果相A以及任意两个其它相总是健康（即，无故障/失效），则转变矩阵旋转144度（144°），这是因为在相A和D之间具有144度。同样地，如果相B以及任意两个其它相总是健康（即，无故障/失效），则转变矩阵旋转负144度（-144°），这是因为在相B和D之间具有144度。 
考虑一个示例，其中故障探测模块214基于测量到的五相静止参考系电流信号（Ia）122和测量到的五相静止参考系电流信号（Ib）123探测到相故障或相失效。在此，故障探测模块214产生故障信号220并将其发送到αβ相至五相的相转变模块106，以指示关于相A和相B已经探测到故障/失效状态。故障信号220包括：指示相A和B当前正经历故障状态或失效的信息。响应于故障信号220，两相至五相的相转变模块106识别/选择上述公式（5），并将其修改以产生下述的公式（5A）。 
在公式（5A）中，转变矩阵的第一和第二行具有零值，使得当将两相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转换为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vcs* …Ves*）107时，对相A和相B不予以考虑。当相A和B均发生故障/失效时使用公式（5A）计算非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vcs* …Ves*）107，可在同步参考系中提供更好的电流调整。这样，αβ相至五相的相转变模块106可选择适合的公式并对其进行修改，从而使得仅有“健康”或非故障的相被转变为五相静止参考系电压命令信号（Vcs* …Ves*）107。 
虽然前述的公式（5A）假定相C、D、E健康而相A和B处于故障状态，不过应认识到，类似公式（未示出）可用于αβ相至五相的相转变模块106中，从而当任意两相的组合经历故障状态时计算非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107。为了简要起见，这些均未示出。不过，在所有这样的情况下，转变矩阵的对应于故障相的两列将包括零值，使得当将两相静止参考系电压命令信号（Vα*, Vβ*）104-1、105-1转变为非故障的五相静止参考系电压命令信号（Vas* …Ves*）107时，对特定故障相不予以考虑。 
这样，所公开的实施例可当其一个（或多个）相发生故障时提供五相机的故障容差同步电流调整。通过在同步参考系中调整电流，可实现更准确的电流调整。例如，与静止相中的电流调整不同，所公开的同步参考系电流调整技术不需忍受相位滞后，因而可具有更快的瞬时响应。由此，电流调整可更稳健。此外，将扭矩命令转换为电流命令（图1中的块140）的控制表不需要对于每个相失效情况进行改变。所公开的实施例还可当马达在场弱化区域中高速操作时有助于保持最优的扭矩和动力控制。在HEV应用环境中，如果五相系统的其中一相失效，则系统在相故障过程中仍可在较低的额定功率下操作，所公开的技术允许保持电流调整以提供扭矩和动力并允许车辆操作者继续驾驶，以例如到达其目的地或到达用于故障诊断的车间。 
本领域技术人员将进一步认识到，结合在此公开的实施例所描述的各种例示性的逻辑块、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、电脑软件、或二者的组合。一些实施例和实施方案在前文中根据功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种处理步骤而描述。不过，应认识到，这样的块部件（或模块）可通过被构造以执行专门功能的任意数量的硬件、软件、和/或固件部件来实现。 
为了清楚例示出这种硬件和软件的互换性，各种例示性部件、块、模块、电路和步骤已经在前文中基本按照其功能性进行了描述。这种功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和在整个系统上被施加的设计限制。本领域技术人员可将所述功能性以各种方式实施于每个具体应用，但这样的实施结果应被认为不会导致其偏离本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可采用各种集成电路部件，例如为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元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表、或类似物。此外，本领域技术人员应认识到，在此所述的实施例仅为示例性实施方案。 
结合在此公开的各实施例所描述的各种示例性的逻辑块、模块、和电路可通过被设计以执行在此所述功能的以下装置而实现或执行：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）、或其它可编程的逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑器件、分立的硬件部件、或它们的任意组合。通用目的处理器可为微处理器，但在可替代方案中，处理器可为任意传统的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器也可被实现为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP核相结合、或者任意其它这样的构造。 
结合在此公开的实施例所描述的方法或算法的各步骤可直接具体实现在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或二者的组合中。软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可擦除盘、CD-ROM、或在现有技术中已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质联接到处理器，使得处理器可从存储介质中读取信息并可将信息写到存储介质中。在可替代方案中，存储介质可集成到处理器。处理器和存储介质可安置在ASIC中。ASIC可安置在用户终端中。在可替代方案中，处理器和存储介质可作为分立的部件安置在用户终端中。 
在此文献中，相关术语（例如第一和第二以及类似物）可仅用于使一个实体或动作区别于另一实体或动作，而不必要求或暗示在这样的实体或动作之间实际存在任何这样的关系。数字顺序，例如“第一”、“第二”、“第三”，等等，仅表示多个中的不同个体，而不暗示任何顺序或次序，除非由权利要求在表述上专门限定。任意权利要求中的文字的次序不暗示处理步骤必须根据这样的次序以时间的或逻辑的顺序执行，除非由权利要求在表述上专门限定。在不背离本发明的范围的情况下，各处理步骤可按照任意顺序互换，只要这样的互换不与权利要求表述相冲突而且没有逻辑错误即可。 
而且，根据应用环境，在描述不同元件之间关系时所用的措辞，例如“连接”或“联接到”，不暗示在这些元件之间必须实现直接的物理连接。例如，两个元件可通过物理方式、电子方式、逻辑方式、或以任何其它方式通过一个或多个额外元件而相互连接。 
虽然在前文中的详细描述中已经表示出至少一个示例性实施例，不过应认识到，存在大量的变例。还应认识到，一个或多个示例性实施例仅为示例，而不是用于以任何方式限制本发明的范围、应用性、或构造。而实际上，前文中的详细描述将为本领域技术人员提供便利途径以实施一个或多个示例性实施例。应理解，在不背离由所附权利要求书及其法律等同物所限定的本发明范围的情况下，可对各元件的功能和布置进行各种改变。 

Claims (16)

1.一种用于同步调整矢量控制马达驱动系统中的电流的方法，其中，所述矢量控制马达驱动系统包括：具有五个相的五相AC机，和为所述五相AC机产生五相静止参考系定子电流的五相变换器模块，所述方法包括：
基于在故障信号中被指示为故障相的特定相，执行五相至αβ相转变，以将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流转变为αβ相静止参考系定子电流，其中所述五相静止参考系定子电流中对应于正在经历故障状态的故障相的特定电流被排除在所述五相至αβ相转变之外；
基于所述αβ相静止参考系定子电流和转子角度位置，产生同步参考系反馈电流信号；基于所述同步参考系反馈电流信号和同步参考系电流命令，产生同步参考系电压命令信号；
基于所述同步参考系电压命令信号和转子角度位置，产生αβ相静止参考系电压命令信号；和
基于所述故障信号中所指示的特定相，执行αβ相至五相转变，以将所述αβ相静止参考系电压命令信号进行转变，从而产生对应于特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于测量到的五相静止参考系定子电流，确定关于所述五个相中的一个或多个是否存在相故障状态；
当确定一个或多个相正在经历故障状态时，产生故障信号，所述故障信号包括有指示哪些特定相当前正在经历故障状态的信息；
其中，所述执行五相至αβ相转变的步骤包括以下步骤：
基于所述故障信号中所指示的特定相，从多个五相至αβ相转变公式中选择对应于特定非故障相组合的一个；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的五相至αβ相转变公式，以产生经修改的五相至αβ相转变公式；和
基于所述经修改的五相至αβ相转变公式，将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流进行转变，以产生两相静止参考系定子电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多个五相至αβ相转变公式包括：
第一五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于四个非故障相的四个非故障的电流进行转变；和
第二五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于三个非故障相的三个非故障的电流进行转变。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述执行αβ相至五相转变的步骤包括以下步骤：
基于所述故障信号中所指示的特定相，从多个αβ相至五相转变公式中选择一个；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的αβ相至五相转变公式，以产生经修改的αβ相至五相转变公式；和
基于所述经修改的αβ相至五相转变公式，将所述αβ相静止参考系电压命令信号进行转变，以产生对应于所述特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个αβ相至五相转变公式包括：
第一αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于四个特定非故障相的四个五相静止参考系电压命令信号；和
第二αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于三个特定非故障相的三个五相静止参考系电压命令信号。
6.一种矢量控制马达驱动系统，包括：
五相AC机，其具有五个相；
五相变换器模块，其联接到所述五相AC机，并被设计为产生五相静止参考系定子电流；
五相至αβ相转变模块，其被设计为基于在故障信号中被指示为故障相的特定相，执行五相至αβ相转变，其中，所述五相至αβ相转变将所述五相静止参考系定子电流中的对应于非故障相的特定电流转变为αβ相静止参考系定子电流，其中所述五相静止参考系定子电流中对应于正在经历故障状态的故障相的特定电流被排除在所述五相至αβ相转变之外；
静止至同步转变模块，其被设计为：接收αβ相静止参考系定子电流和转子角度位置，产生同步参考系反馈电流信号；
同步电流调整器，其被设计为：基于所述同步参考系反馈电流信号和同步参考系电流命令，产生同步参考系电压命令信号；
故障探测模块，其被设计为：确定关于所述五个相中的一个或多个是否存在相故障状态；和当确定关于所述五个相中的一个或多个存在相故障状态时产生故障信号，其中所述故障信号包括指示了哪些特定相当前正在经历故障状态的信息；
同步至静止转变模块，其被设计为：基于所述同步参考系电压命令信号产生αβ相静止参考系电压命令信号；和
αβ相至五相转变模块，其被设计为：接收所述故障信号和所述αβ相静止参考系电压命令信号；基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个αβ相至五相转变公式中选择一个；基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的αβ相至五相转变公式，以产生经修改的αβ相至五相转变公式，和基于所述经修改的αβ相至五相转变公式，将所述αβ相静止参考系电压命令信号进行转变，以产生对应于特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括所述五相至αβ相转变模块被设计为：
基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个五相至两相转变公式中选择一个，所述公式用于将从所述五相AC机反馈的并对应于当前不经历故障状态的非故障相的所述五相静止参考系定子电流中的特定非故障电流进行转变；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的五相至αβ相转变公式，以产生经修改的五相至αβ相转变公式；和
基于所述经修改的五相至αβ相转变公式，将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流进行转变，以产生αβ相静止参考系定子电流。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述多个五相至αβ相转变公式包括：
第一五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于四个非故障相的四个非故障电流进行转变；和
第二五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于三个非故障相的三个非故障电流进行转变。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述多个αβ相至五相转变公式包括：
第一αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于四个特定非故障相的四个五相静止参考系电压命令信号；和
第二αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述αβ相静止参考系电压命令信号转变为对应于三个特定非故障相的三个五相静止参考系电压命令信号。
10.一种矢量控制马达驱动系统，包括：
五相AC机，其具有五个相；
五相变换器模块，其联接到所述五相AC机，并被设计为产生五相静止参考系定子电流；
电流测量模块，其被设计为测量从所述五相AC机反馈的所述五相静止参考系定子电流；
故障探测模块，其被设计为：基于测量到的五相静止参考系定子电流，确定关于所述五个相中的一个或多个是否存在相故障状态；当确定关于所述五个相中的一个或多个存在相故障状态时，产生故障信号，其中，所述故障信号指示了关于一个或多个相已经探测到的故障状态，并包括指示了哪些特定相当前正在经历故障状态的信息；和
五相至αβ相转变模块，其被设计为：接收所述故障信号和从所述五相AC机反馈的所述五相静止参考系定子电流；基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个五相至αβ相转变公式中选择一个，所述选择的公式用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流进行转变；基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的五相至αβ相转变公式，以产生经修改的五相至αβ相转变公式；基于所述经修改的五相至αβ相转变公式，将所述五相静止参考系定子电流中对应于非故障相的特定电流转变为αβ相静止参考系定子电流；
静止至同步转变模块，其被设计为：接收所述αβ相静止参考系定子电流和转子角度位置，产生同步参考系d轴电流信号和同步参考系q轴电流信号；和
同步电流调整器，其被设计为调整同步参考系中的电流，其中，所述同步电流调整器被设计为：基于所述同步参考系d轴电流信号、所述同步参考系q轴电流信号、d轴电流命令和q轴电流命令，产生同步参考系d轴电压命令信号和同步参考系q轴电压命令信号。
11.根据权利要求10所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个五相至αβ相转变公式包括：
第一五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于四个非故障相的四个非故障电流进行转变，其中所述第一五相至αβ相转变公式包括：
I α I β = 2 5 δ a cos ( 0 ) δ b cos ( - 2 π 5 ) δ c cos ( - 4 π 5 ) δ d cos ( 4 π 5 ) δ e cos ( 2 π 5 ) δ a sin ( 0 ) δ b sin ( - 2 π 5 ) δ c sin ( - 4 π 5 ) δ d sin ( 4 π 5 ) δ e sin ( 2 π 5 ) × I a I b I c I d I e
其中，相系数δi对于故障相设定为等于零，而对于四个非故障相则设定为1；
其中，Iα和Iβ是αβ相静止参考系定子电流；以及
其中，Ia、Ib、Ic、Id和Ie是五相静止参考系电流。
12.根据权利要求11所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个五相至αβ相转变公式进一步包括：
第二五相至αβ相转变公式，其能够用于将所述五相静止参考系定子电流中对应于三个非故障相的三个非故障电流进行转变，其中所述第二五相至αβ相转变公式包括：
I α I β = 2 5 δ a cos ( 0 ) δ b cos ( - 2 π 5 ) δ c cos ( - 4 π 5 ) δ d cos ( 4 π 5 ) δ e cos ( 2 π 5 ) δ a sin ( 0 ) δ b sin ( - 2 π 5 ) δ c sin ( - 4 π 5 ) δ d sin ( 4 π 5 ) δ e sin ( 2 π 5 ) × I a I b I c I d I e
其中，相系数δi对于两个故障相设定为等于零，而对于三个非故障相则设定为1；
其中，Iα和Iβ是αβ相静止参考系定子电流；以及
其中，Ia、Ib、Ic、Id和Ie是五相静止参考系电流。
13.根据权利要求10所述的矢量控制马达驱动系统，进一步包括：
同步至静止转变模块，其被设计为：基于所述同步参考系d轴电压命令信号、所述同步参考系q轴电压命令信号，产生α轴静止参考系电压命令信号和β轴静止参考系电压命令信号；和
αβ相至五相转变模块，其被设计为：
接收所述故障信号、所述α轴静止参考系电压命令信号、和所述β轴静止参考系电压命令信号；
基于所述故障信号中被识别为当前正在经历故障状态的特定相，从多个αβ相至五相转变公式中选择一个，以用于将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号进行转变；
基于所述故障信号中所指示的对应于非故障相的特定相，修改所选择的αβ相至五相转变公式，以产生经修改的αβ相至五相转变公式；和
基于所述修改的αβ相至五相转变公式，将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号进行转变，以产生对应于特定非故障相的三个或四个五相静止参考系电压命令信号。
14.根据权利要求13所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个αβ相至五相转变公式包括：
第一αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号转变为对应于四个特定非故障相的四个五相静止参考系电压命令信号，其中所述第一αβ相至五相转变公式包括：
其中，相系数δi对于故障相设定为等于零，而对于非故障相则设定为1，是所述α轴静止参考系电压命令信号，是所述β轴静止参考系电压命令信号；
其中，和是非故障的五相静止参考系电压命令信号；以及
其中，是相移差，其中i是a、b、c、d或者e。
15.根据权利要求14所述的矢量控制马达驱动系统，其中，所述多个αβ相至五相转变公式进一步包括：
第二αβ相至五相转变公式，其能够用于将所述α轴静止参考系电压命令信号和所述β轴静止参考系电压命令信号转变为对应于三个特定非故障相的三个五相静止参考系电压命令信号，其中所述第二αβ相至五相转变公式包括：
其中，相系数ki对于故障相设定为等于零，而对于非故障相则设定为1，是所述α轴静止参考系电压命令信号，是所述β轴静止参考系电压命令信号；
其中，和是非故障的五相静止参考系电压命令信号；以及
其中，是相移差，其中i是a、b、c、d或者e。
16.根据权利要求13所述的矢量控制马达驱动系统，进一步包括：
空间矢量脉宽调制SVPWM模块，其被设计为：基于从所述αβ相至五相转变模块接收的三个或四个五相静止参考系电压命令信号，产生开关矢量信号。
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