CN102957334B - 用于控制多相逆变器的方法、系统和设备 - Google Patents

用于控制多相逆变器的方法、系统和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制多相逆变器的方法、系统和设备。本发明的实施例涉及用于控制驱动多相电机的多相逆变器的方法、系统、可在控制器中操作的机器可读介质、和设备。当检测到传感器故障时，基于反馈定子电流计算相位电流角，用于估计多相电机的转子的角速度和角位置。当多相电机的估计角速度小于过渡角速度阈值时，通过控制多相逆变器驱动中的所有开关被打开而在多相逆变器应用开路响应。相反，当多相电机的估计角速度大于过渡角速度阈值时，可通过控制多相逆变器驱动中的所选择开关将多相逆变器的所有相位连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线）而在多相逆变器应用短路响应。

Description

用于控制多相逆变器的方法、系统和设备
技术领域
本发明的实施例总地涉及多相系统，更特别地，涉及在传感器经历故障情形时控制多相逆变器。
背景技术
多相电机在许多应用中都被使用。如本文所使用的，术语“多相”指的是三个或更多的相位，且可用于指代具有三个或更多相位的电机。
例如，许多混合动力/电动车辆（HEV）包括电力牵引驱动系统，该系统包括由逆变器模块驱动的三相永磁交流（AC）电机。逆变器模块由直流（DC）电源（例如存储电池）供电。三相AC电机的绕阻可联接至逆变器模块的逆变器子模块。每个逆变器子模块都包括一对开关。脉宽调制（PWM）模块接收电压指令信号，并向电压指令信号应用PWM波形，以控制电压指令信号的脉宽调制，并产生提供给逆变器模块的逆变器子模块的开关矢量信号。当应用开关矢量信号时，各逆变器子模块中的各对开关以互补的方式开关，以执行将DC功率转换为AC功率的快速转换功能。该AC功率驱动AC电机，进而驱动HEV传动系的轴。
许多现代AC电机驱动使用矢量控制，通过控制供至AC电机的电流来控制应用于AC电机的转子的轴的转矩（且因此控制角速度或“速度”）。简言之，测量定子相位电流，并将其转换为相对应的复杂空间矢量，然后将该矢量转换至随AC电机的转子旋转的坐标系统。
在故障情况下，期望偏离正常操作，在逆变器模块应用开路故障响应或短路故障响应，以最小化电机的转矩响应。在逆变器模块应用开路或短路故障响应依据电机角速度（或“速度”）。转让给本发明受让人的题为“Fault Handling of Inverter Driven PM Motor Drives”的美国专利7,279,862B1和再公告专利42,200中公开了一种用于确定是应用开路还是短路故障响应的方法，其内容通过引用包含于本文。
在大多数系统中，电机转子的瞬时角速度可基于位置传感器的输出来确定，或者直接从速度传感器读取。然而，在某些情形下，这些传感器本身会出现故障，因此，无法容易地确定特定瞬时角速度（即，从角速度传感器读取或从位置传感器确定）。因此，当速度/位置传感器故障时，电机的角速度不可用，不可用于进行有关应当在逆变器模块应用开路故障响应还是短路故障响应以最小化电机转矩响应的决定。
期望提供一种用于确定应当在逆变器模块应用开路故障响应还是短路故障响应的改进方法和设备。期望即便在速度和/或位置传感器故障、并且电机的角速度不可用于进行这种确定时，这种方法和设备也能发挥作用。结合附图及前面的技术领域和背景技术，从后面的详细描述和所附权利要求可清楚本发明的其它期望特征和特性。
发明内容
本发明的实施例涉及用于控制驱动多相电机的多相逆变器的方法、系统、可在控制器中操作的机器可读介质、和设备。
根据一些所公开的实施例，方法开始于检测到传感器故障时。所述传感器可为用于感测多相电机的转子位置和/或多相电机的转子角速度的传感器。
在一些实施例中，在检测到传感器故障之后，可通过控制所述多相逆变器驱动中的所选择开关将多相逆变器的所有相位连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线）、和控制所述多相逆变器驱动中的所有其它未选择开关被打开使得所述未选择开关不连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）而在多相逆变器应用短路响应。
当检测到传感器故障时，可基于反馈定子电流（例如，固定参照系反馈定子电流）估计多相电机的转子的角速度。例如，在一个实施例中，基于反馈定子电流计算相位电流角，基于该计算相位电流角可估计多相电机的转子的角速度和多相电机的转子的角位置。
在一些实施例中，在估计转子的角速度和角位置之后，可执行可选的步骤。例如，可在继续之前确定转子的估计角速度是否足够精确。例如，在一个实施方案中，在方法继续之前，可进行计算相位电流角与转子的估计角速度之间的角度差的大小是否小于角度阈值的确认。
然后，可确定估计角速度是否大于过渡角速度阈值。在一个实施例中，过渡角速度阈值为固定的预定角速度，基于多相电机的参数特性来限定。在另一实施例中，过渡角速度阈值为调节后预定角速度，并基于根据多相电机的温度和电压源的电压中的至少一项调节的多相电机的参数特性来限定。
当多相电机的估计角速度小于过渡角速度阈值时，可通过控制多相逆变器驱动中的所有开关被打开来在多相逆变器应用开路响应。
相反，当多相电机的估计角速度大于过渡角速度阈值时，通过控制所述多相逆变器驱动中的所选择开关将多相逆变器的所有相位连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线）、和控制所述多相逆变器驱动中的所有其它未选择开关被打开使得所述未选择开关不连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）来在多相逆变器应用短路响应。
根据其它实施例，提供了一种用于与多相电机一起使用的设备。该设备包括多相逆变器、故障检测器和控制器。当正常操作时，传感器可用于感测所述多相电机的转子位置和转子角速度中的至少一项，并设计成提供表示多相电机的转子的角速度的角速度信号、和表示所述多相电机的转子的角位置的角位置信号中的至少一项。然而，当检测到传感器的故障时，向所述控制器提供故障的指示，控制器可操作，以基于反馈定子电流估计所述多相电机的转子的角速度，从而确定所述估计角速度是否大于过渡角速度阈值，并依据所述估计角速度在所述多相逆变器应用开路响应或短路响应。
根据其它实施例，提供了一种机器可读介质，包括可在控制器中操作以引起该控制器执行包括下列操作的指令集：基于反馈定子电流估计多相电机的转子的角速度；确定所述估计的角速度是否大于过渡角速度阈值；以及产生控制信号，以引起：或者在所述多相电机的所述估计角速度小于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用开路响应；或者在所述估计角速度大于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用短路响应。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1：一种用于控制驱动多相电机的多相逆变器的方法，该方法包括：
检测传感器故障，其中所述传感器用于感测所述多相电机的转子位置和转子角速度中的至少一个；
基于反馈定子电流估计所述多相电机的转子的角速度；
确定所述估计的角速度是否大于过渡角速度阈值；以及
在检测到所述传感器故障时：
     或者在所述多相电机的所述估计角速度小于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用开路响应；
     或者在所述估计角速度大于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用短路响应。
技术方案2：根据技术方案1的方法，其中应用所述开路响应包括：
将所述多相逆变器驱动中的全部开关控制为打开。
技术方案3：根据技术方案1的方法，其中应用所述短路响应包括：
控制所述多相逆变器驱动中所选择的开关，以将所述多相逆变器的所有相位都连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线）；以及
将所述多相逆变器驱动中的所有其它未选择开关控制为打开，使得所述未选择开关不连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）。
技术方案4：根据技术方案1的方法，还包括：
在检测所述传感器故障之后且在估计之前，在所述多相逆变器应用所述短路响应。
技术方案5：根据技术方案1的方法，其中估计包括：
基于所述反馈定子电流计算相位电流角，并基于所述相位电流角估计所述多相电机的转子的角速度和所述多相电机的转子的角位置。
技术方案6：根据技术方案5的方法，还包括：
在计算所述相位电流角之前，确定所述反馈定子电流的大小是有资格还是没资格来计算所述相位电流角，其中当所述反馈定子电流的大小被确定为有资格时计算所述相位电流角，而在所述反馈定子电流的大小被确定为没资格时不计算。
技术方案7：根据技术方案5的方法，还包括
在估计所述转子的角速度和角位置之后，在确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前确定所述转子的估计角位置是否足够精确。
技术方案8：根据技术方案7的方法，其中在估计所述转子的角速度和角位置之后，确定所述转子的估计角位置是否足够精确包括：
在估计所述转子的角速度和角位置之后且在确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前，确定所述计算相位电流角与所述转子的估计角位置之间的角度差的大小；以及
确定所述角度差的大小是否小于角度阈值（θthresh）；并且
其中确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值的步骤仅在所述角度差的大小小于所述角度阈值时执行。
技术方案9：根据技术方案1的方法，其中所述反馈定子电流包括：
固定参照系反馈定子电流。
技术方案10：根据技术方案1的方法，其中所述过渡角速度阈值为下列之一：
固定的预定角速度，基于所述多相电机的参数特性来限定；和
调节后的预定角速度，基于根据所述多相电机的温度和电压源的电压中的至少一项调节的所述多相电机的参数特性来限定。
技术方案11：一种设备，包括：
驱动多相电机的多相逆变器；
指示传感器故障的检测的故障检测器，其中所述传感器用于感测所述多相电机的转子位置和转子角速度中的至少一项，其中所述传感器设计成提供表示多相电机的转子的角速度的角速度信号、和表示所述多相电机的转子的角位置的角位置信号中的至少一项；以及
控制器，其可操作以基于反馈定子电流估计所述多相电机的转子的角速度，以确定所述估计角速度是否大于过渡角速度阈值，并在检测到传感器故障时：
     或者在所述多相电机的所述估计角速度小于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用开路响应；
     或者在所述估计角速度大于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用短路响应。
技术方案12：根据技术方案11的设备，其中通过将所述多相逆变器驱动中的全部开关控制为打开来应用所述开路响应。
技术方案13：根据技术方案11的设备，其中通过控制所述多相逆变器驱动中的所选择开关将所述多相逆变器的所有相位连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线）、和通过将所述多相逆变器驱动中的所有其它未选择开关控制为打开使得所述未选择开关不连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）来实施所述短路响应。
技术方案14：根据技术方案11的设备，其中所述控制器可进一步操作，以在检测所述传感器故障之后且在估计所述转子的角速度之前，在所述多相逆变器应用所述短路响应。
技术方案15：根据技术方案11的设备，其中所述控制器可进一步操作，以基于所述反馈定子电流计算相位电流角，并且
其中所述控制器可进一步操作，以基于所述相位电流角估计所述多相电机的转子的角速度和所述多相电机的转子的角位置。
技术方案16：根据技术方案15的设备，其中在所述控制器计算所述相位电流角之前，所述控制器可进一步操作，以确定所述反馈定子电流的大小是有资格还是没资格计算所述相位电流角，并且
在确定所述反馈定子电流的大小有资格时计算所述相位电流角，在确定所述反馈定子电流的大小没资格时不计算。
技术方案17：根据技术方案15的设备，其中在所述控制器估计所述转子的角速度和角位置之后且在所述控制器确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前，所述控制器可进一步操作，以确定所述转子的估计角速度是否足够精确。
技术方案18：根据技术方案17的设备，其中在所述控制器估计所述转子的角速度和角位置之后且在所述控制器确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前，所述控制器可进一步操作，以确定所述计算相位电流角与所述转子的估计角位置之间的角度差的大小，从而确定所述角度差的大小是否小于角度阈值（θthresh），并仅在所述角度差的大小小于所述角度阈值时确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值。
技术方案19：根据技术方案11的设备，其中所述反馈定子电流包括：
固定参照系反馈定子电流。
技术方案20：一种包括指令集的机器可读介质，所述指令集可在控制器中操作，以引起该控制器执行下列操作：
基于反馈定子电流估计多相电机的转子的角速度；
确定所述估计的角速度是否大于过渡角速度阈值；以及
产生控制信号，以引起：
     或者在所述多相电机的所述估计角速度小于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用开路响应；
     或者在所述估计角速度大于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用短路响应。
附图说明
下面结合附图描述本发明的实施例，其中相同的标记指代相同的元件，并且
图1为根据一些所公开实施例的电机驱动系统的一个例子的框图；
图2为根据所公开实施例的电机驱动系统的包括连接至三相AC电机的三相逆变器模块的部分的框图；
图3为图1中根据一些所公开实施例的控制器的一部分的框图；以及
图4为示出根据一些所公开实施例的方法的流程图。
具体实施方式
如本文所使用的，词语“示例性”意味着“用作例子、实例或示例”。下面的详细描述实质上仅仅是示例性的，不意欲限制本发明或本申请以及本发明的使用。本文作为“示例性”描述的任何实施例并非必需构造为超过其它实施例的优选或有利的。该具体实施方式中描述的所有实施例都是使本领域技术人员能够进行或使用本发明所提供的示例性实施例，并不限制由权利要求限定的本发明的范围。另外，不意欲通过前面技术领域、背景技术、说明书摘要或后面的具体实施方式中所存在的任何明确或暗示的理论来限定。
本发明的实施例涉及用于控制多相电机驱动系统的方法、系统和设备，该方法、系统和设备可实施在操作环境（例如混合动力/电动车（HEV））中。在现在描述的示例性实施方案中，所述控制方法和技术被描述为应用于混合动力/电动车。然而，本领域的技术人员应清楚，相同或相似的方法和设计可应用在期望控制多相系统的操作的其它系统中。
在详细描述根据本发明的实施例之前，应当注意，一些实施例主要体现在与控制多相系统的操作相关的方法步骤和设备部件的组合。这样，应当清楚，这里所述本发明的实施例可使用硬件、软件或其组合来实施。另外，本文所述控制电路可包括可使用模拟和/或数字电路的组合、分立或集成式模拟或数字电子电路或其组合来实施的各种部件、模块、电路和其它逻辑技术和方法。如本文所使用的，术语“模块”指的是用于执行本文中定义于方法上下文中的任务的装置、电路、电气部件、和/或基于软件的部件。
图1为根据所公开实施例的矢量控制电机驱动系统100的一个例子的框图。系统100通过联接至三相AC电机120的三相脉宽调制（PWM）逆变器模块110控制三相AC电机120，使得通过调节控制三相AC电机120的电流指令，三相AC电机120可有效使用提供给三相PWM逆变器模块110的DC输入电压（Vdc）。在一个特定实施方案中，矢量控制电机驱动系统100可用于控制HEV中的转矩。
在下面一个特定非限制性实施方案的描述中，三相AC电机120被描述为三相永磁AC电机。然而，应当清楚，所示实施例仅为所公开实施例可应用的AC电机类型的一个非限制性实例，进一步地，所公开实施例不限于三相系统，在其它实施例中，电机120可具有其它数量的相位，进一步地，所公开实施例可应用于包括更少或更多相位的任意类型的多相AC电机。在一个特定实施例中，电机120包括三相永磁同步电机（PMSM）120。
三相AC电动机120通过三个逆变器极点联接至三相逆变器模块110，并基于从逆变器模块110接收的三相电流信号产生机械动力（转矩X速度）。在一些实施方案中，转子的角度位置（θr）121或“轴位置”使用位置传感器182（图1中未示出，但图2中示出）测量。转子角度位置（θr）121相对于时间的导数可用于产生三相AC电机120的角速度（ωr）138。
现在参考图2提供三相电压源逆变器110的一种可能实施方案的更加详细的描述，包括其如何连接至三相电机120。
图2为包括连接至三相AC电机120的三相电压源逆变器110的电机驱动系统的一部分的框图。应当注意，图1中的三相电压源逆变器110和三相电机120不限于该实施方案；相反，图2仅仅是图1中三相电压源逆变器110和三相电机120在一个特定实施使中可如何实施。
如图2中所示，三相AC电机120具有连接至电机终端A、B、C的三个定子或电机绕阻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和119。在该特定实施例中，相位A中逆变器子模块115联接至电机绕阻120A，相位B中逆变器子模块117连接至电机绕阻120B，相位C中逆变器子模块119联接至电机绕阻120C。电机绕阻A、B、C（120A、120B、120C）一起联接在中性点（N）120D。进入电机绕阻A 120A的电流流出电机绕阻B、C 120B-120C，进入电机绕阻B 120B的电流流出电机绕阻A和C 120A、120C，进入电机绕阻C 120C的电流流出电机绕阻A和B 120A、120B。
产生的相位或定子电流（Ia-Ic）122、123、124流过各自的定子绕阻120A-C。跨越各定子绕阻120A-120C的相位至中性的电压分别标记为Van、Vbn、Vcn，各定子绕阻120A-120C中产生的反电动势（EMF）电压分别图示为电压Ea、Eb、Ec，均分别图示为与定子绕阻120A-120C串联。众所周知，这些反EMF电压Ea、Eb、Ec为由永磁转子的旋转在相应的定子绕阻120A-120C中引起的电压。尽管未示出，但是电机120联接至驱动轴。
逆变器110包括电容180，包括双开关182/183、184/185的第一逆变器子模块115，包括双开关186/187、188/189的第二逆变器子模块117，和包括双开关190/191、192/193的第三逆变器子模块119。这样，逆变器110具有六个固态可按开关装置182、184、186、188、190、192和六个二极管183、185、187、189、191、193，以恰当地开关复合电压（VDC）并提供三相AC电机120的定子绕阻120A、120B、120C的三相通电。在正常操作期间，通过向各逆变器子模块115、117、119提供适当的控制信号，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的开关，从而控制逆变器子模块115、117、119分别提供给电机绕阻120A-120C的输出。三相逆变器模块110的逆变器子模块115、117、119产生的合成定子电流（Ia…Ic）122-124被提供给电机绕阻120A、120B、120C。如Van、Vbn、Vcn的电压和在节点N的电压依赖于逆变器模块110的逆变器子模块115、117、119中开关182、184、186、188、190、192的开/闭状态而随时间波动。反电动势（EMF）电压Ea、Eb、Ec不受逆变器开关而仅受电动机速度影响。
再参考图1，矢量控制电机驱动系统100包括转矩-电流映射模块140、同步框架电流调节器模块170、同步-固定转换模块102、αβ参照系-abc参照系转换模块106、脉宽调制（PWM）模块108、三相PWM逆变器110、abc参照系-αβ参照系转换模块127、固定-同步转换模块130、及控制器200，该控制器200包括电流质量检查模块148、故障检测和确认模块150、角度计算模块152、角速度观察模块154、角度差确认模块158和开路/短路控制器模块164。
转矩-电流映射模块140接收作为输入的转矩指令信号（Te*）136、基于转子/轴位置输出（θr）121的导数产生的轴的角旋转角速度（ωr）138和DC输入电压（VDC）139、以及依赖于实施方案的可能大量其它系统参数。转矩-电流映射模块140使用这些输入产生会引起电机120在角速度（ωr）138产生指令转矩（Te*）的 d轴电流指令信号（Id*）142和q轴电流指令信号（Iq*）144。特别地，转矩-电流映射模块140使用这些输入将转矩指令信号（Te*）136映射至d轴电流指令（Id*）142和q轴电流指令（Iq*）144。同步参照系d轴和q轴电流指令信号（Id*，Iq*）142、144为具有随时间变化的恒定值的DC指令。
abc-αβ转换模块127接收从电动机120反馈的测量的三相固定参照系反馈定子电流（Ia…Ic）122-124。abc-αβ转换模块127使用这些三相固定参照系反馈定子电流122-124来执行abc参照系至αβ参照系转换，以将三相固定参照系反馈定子电流122-124转换为固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129。abc-αβ转换可使用任何已知的转换方法来执行，包括使用下面公式（1）定义的矩阵。
公式（1）中，表示三相固定参照系反馈定子电流122-124的列向量乘以转换矩阵和比例因子，产生表示固定参照系反馈定子电流（Iα, Iβ）128、129的列向量。
固定-同步转换模块130接收固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129和转子角位置（θr）121，并产生（例如，处理或转换）这些固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129，以产生同步参照系d轴电流信号（Id）132和同步参照系q轴电流信号（Iq）134。固定-同步转换的过程是本领域公知的，为简洁起见不再详细描述。
同步框架电流调节器模块170接收同步参照系d轴电流信号（Id）132、同步参照系q轴电流信号（Iq）134、d轴电流指令（Id*）142和q轴电流指令（Iq*）144，并使用这些信号产生同步参照系d轴电压指令信号（Vd*）172和同步参照系q轴电压指令信号（Vq*）174。同步参照系电压指令信号（Vd*, Vq*）172、174为具有稳定状态操作的随时间变化的恒定值。因为电流指令是同步参照系中的DC信号，所以与AC固定参照系电流指令相比，它们更容易调节。电流至电压转换的过程可实施为比例-积分（PI）控制器，其是本领域内公知的，为简洁起见不再详细描述。
同步-固定转换模块102接收同步参照系d轴电压指令信号（Vd*）172和同步参照系q轴电压指令信号（Vq*）174连同转子位置输出（θr）121。响应于这些输入，同步-固定转换模块102执行dq-αβ转换，以产生α轴固定参照系指令信号（Vα*）104和β轴固定参照系电压指令信号（Vβ*）105。固定参照系α轴和β轴电压指令信号（Vα*，Vβ*）104、105在固定参照系中，因此具有作为时间函数的以正弦波（相隔90度）变化的值。同步-固定转换的过程是本领域公知的，为简洁起见，不再详细描述。
αβ-abc转换模块106接收固定参照系电压指令信号（Vα*，Vβ*）104、105，并基于这些信号产生发送至PWM模块108的固定参照系电压指令信号（Vas* …Vcs*）107（也称为“相位电压信号”或“相位电压指令信号”）。 αβ-abc转换可使用任何已知的转换方法来执行，包括使用下面公式（2）定义的矩阵。
公式（2）中，表示固定参照系电压指令信号（Vα*，Vβ*）104、105的列向量乘以转换矩阵和比例因子，产生表示固定参照系电压指令信号（Vas* …Vcs*）107（或“相位电压指令信号”）的列向量。
三相PWM逆变器模块110联接至PWM模块108。PWM模块108用于相位电压指令信号（Vas* …Vcs*）107的脉宽调制（PWM）的控制。开关矢量信号（Sa…Sc）109基于图1中未示出的工作循环波形产生，而不是在PWM模块108内部产生，以在每个PWM期间都具有特定的工作循环。PWM模块108基于工作循环波形（图1中未示出）修改相位电压指令信号（Vas* …Vcs*）107，以产生提供给三相PWM逆变器模块110的开关矢量信号（Sa…Sc）109。PWM模块108中执行的特定调制算法可为任意已知的调制算法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，以控制脉宽调制（PWM）产生基于DC输入139以变化的角速度驱动三相AC供能的电机120的交流（AC）波形。
开关矢量信号（Sa…Sc）109控制PWM逆变器110中开关的开关状态，以在各相位A、B、C产生三相电压指令。开关矢量信号（Sa…Sc）109为在各PWM期间具有特定工作循环的PWM波形，PWM周期由在PWM模块108内部产生的工作循环波形确定。
如上所述，逆变器模块110中开关的开关状态使用开关矢量信号（Sa…Sc）109来控制以产生三相固定参照系反馈定子电流122-124。在正常操作期间，三相逆变器模块110控制成使得在相同逆变器子模块115-117或“腿”中的两个开关不都接通，以防止DC电源被短路。这样，相同逆变器子模块115-117中的开关以互补的方式（在正常操作期间）操作，使得当一个断开时，另一个接通，反之亦然。为进一步解释，在任意特定时间的给定相位（A…C）中，一个开关断开，另一个开关接通（即，特定逆变器子模块中的两个开关必须具有相反的接通/断开状态）。这样，对于特定逆变器子模块，该逆变器子模块中两个开关的接通/断开状态可表示为二进制的1或二进制的0。例如，当给定相位中的上面开关接通（下面开关断开）时，比特值为一（1），当给定相位中下面开关接通（上面开关断开）时，比特值为零（0）。
三相PWM逆变器模块110接收DC输入电压（Vdc）和开关矢量信号（Sa…Sc）109，并使用它们在以变化的角速度（ωr）驱动三相AC电机120的逆变器极点产生三相交流（AC）电压信号波形。
三相电机120接收PWM逆变器110产生的三相电压信号，并以指令扭矩Te* 136产生电机输出。
尽管图1中未示出，系统100也可包括联接至三相AC电机120的轴并由该轴驱动的齿轮。测量的反馈定子电流（Ia-Ic）122-124被感测、取样和提供给上述abc-αβ转换模块127。
三相打开和短路状态
当出现传感器故障时，AC电机120应当以可控的方式关闭。为此，可采用两种故障响应之一：开路故障响应或短路故障响应。应当采用哪种响应依赖于AC电机120的角速度，其是否超过过渡角速度（例如，约7000 rpm）。
当AC电机120以低于过渡角速度的角速度旋转时，控制器应该采用开路故障响应，以强制逆变器模块的所有开关都断开（即，开路）。这引起AC电机120被置为不受控发电机模式（UCG模式），使得AC电机120不产生电流，不产生制动扭矩。
另一方面，如果AC电机120以超过过渡角速度的角速度旋转，那么UCG模式随着升高的角速度逐渐产生更大的电流，这逐渐产生更大的制动扭矩。因此，当AC电机120以超过过渡角速度的角速度旋转时，控制器试图避免转换至开路故障响应。
在低于过渡角速度的角速度时，短路响应从AC电机120逐渐产生更大的电流（当角速度从零rpm升高时），且起初在低rpm产生逐渐更大的制动扭矩，但是当rpm达到过渡角速度时减弱扭矩。
根据所公开实施例，当角位置传感器和/或角速度传感器（或“速度传感器”）经历故障时，检测该故障，并将故障指示提供给控制器200。控制器200可接收固定参照系反馈定子电流（Iα, Iβ）128、129。基于这些固定参照系反馈定子电流（Iα, Iβ）128、129，控制器200可估计转子的角速度，然后产生提供给PWM模块108的控制信号202-1…201-3，以引起应用在逆变器模块110的开路故障响应或短路故障响应。控制信号201会或者（1）引起逆变器模块110内的全部开关打开，或者（2）引起逆变器模块110内所选择的开关（例如，182、186、190或184、188、192）关闭，使得逆变器模块110的全部相位都连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线），而逆变器模块110中其它未选择的开关（184、188、192或182、186、190）保留打开，使得未选择的开关未连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）。
为进一步说明，当在逆变器模块110应用开路故障响应时，开路故障响应控制信号201设计成引起PWM模块108的输出信号109打开逆变器模块110内的所有开关182、184、186、188、190、192，从而将逆变器模块110中的开关182、184、186、188、190、192有效地置于打开状态（也称为三相开路故障响应）。通过打开逆变器模块110中的全部开关182、184、186、188、190、192，这强制逆变器模块的所有开关断开（即，开路），引起AC电机120被置于不受控制的发动机模式（UCG模式），使得AC电机120不产生电流。
相反，当在逆变器模块110应用短路故障响应时，关闭响应控制信号201设计成引起PWM模块108的输出信号109关闭逆变器模块110中所选择的开关（例如，182、186、190或184、188、192），以将逆变器模块110的全部相位都连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线），并引起逆变器模块110中所有其它未选择的开关（184、188、192或182、186、190）被打开，使得未选择的开关未连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）。总起来说，这称为短路故障响应，其中逆变器模块110的一半开关处于短路状态。当逆变器模块110中所选择的开关（例如，182、186、190或184、188、192）将逆变器模块110的全部相位都连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线）时，未选择的开关（184、188、192或182、186、190）打开（未连接至所述一个总线）。应用该短路故障响应从AC电机120逐渐产生更大的电流（当角速度从零rpm升高时），且起初在低rpm产生逐渐更大的制动扭矩，但是当rpm达到过渡角速度时减弱扭矩。
如图1中所示，控制器200包括电流质量检查模块148、故障检测和确认模块150、角度计算模块152、角速度观察模块154、角度差确认模块158和开路/短路控制器模块164。
故障检测和确认模块150从角速度/位置传感器121接收电动机120输出的角速度/位置输出信号125。基于角速度/位置传感器121的角速度/位置输出信号125，故障检测和确认模块150产生提供给控制器200的启用/禁用信号151。控制器200由来自故障检测和确认模块150的启用禁用信号151控制，使得该启用/禁用信号151用于启用或禁用控制器200。控制器200仅在其从故障检测和确认模块150接收到启用信号151时才被启用。否则，控制器200接收禁用信号151，不操作。换句话说，控制器200仅在故障检测和确认模块150确定已经检测到并确认传感器故障时才被启用激活。本领域已知故障检测和确认模块150的多种不同实施方案，依据实施方案可使用任意已知的故障检测和确认模块150。在其它实施例中，速度观察模块在连续的基础上运行，使得恰当的可选速度估计总是存在，并可立即准备被模块150用在故障检测上。
另外，电流质量检查模块148还控制是否向控制器200提供任意输入信号（即，固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129），从而有效控制控制器200是否操作。电流质量检查模块148监测固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129，并按照下面的公式（2）计算固定参照系反馈定子电流的大小（Is），其与高电流阈值（Isthhigh）和低电流阈值（Isthlow）作比较，以确定固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129是否足够或有资格被提供给控制器200，从而启用控制器200。特别地，电流质量检查模块148按照如下公式（2）计算固定参照系反馈定子电流的大小（Is）：
低电流阈值（Isthlow）和高电流阈值（Isthhigh）是噪声去抖的磁滞带的下边界和上边界。当固定参照系反馈定子流的大小（Is）小于低电流阈值（Isthlow）时，固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129不足且不够格被提供给控制器200，且由于固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129未被提供给控制器200，所以控制器200被禁用，从而控制器200未接收到固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129。
当固定参照系反馈定子电流的大小（Is）大于低电流阈值（Isthlow）并小于高电流阈值（Isthhigh）时，Is的资格状态不变，电流质量检查模块148继续监测固定参照系反馈定子电流的大小（Is），直到出现上面情形之一，固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129可被确定为充足或者不足，从而有资格或无资格。
当固定参照系反馈定子电流的大小（Is）大于高电流阈值（Isthhigh）时，固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129足够且有资格提供给控制器200从而启用控制器200，控制器200的角度计算模块152接收固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129。基于这些输入，角度计算模块152计算并输出计算的相位电流角153。在一个实施例中，控制器200的角度计算模块152可使用固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129基于如下公式（2）计算相位电流角（θin）：
计算的相位电流角153被提供给角速度观察模块154，该模块使用该输入产生转子的估计角位置（θobs）155和转子的估计角速度（ωobs）156（例如，估计的转子角速度）。角速度观察模块154可使用任意已知的角速度观察模块来实施，例如Luenberger角速度观察器、卡尔曼滤波器、广义卡尔曼滤波器，或它们的任意变形等。在一个实施方案中，转让给本发明受让人的题为“Position Sensorless Control Algorithm For AC Machine”的美国专利6,894,454 B2中公开了可实施的角速度观察模块154，其内容通过引用包含于本文。这些例子是非限制性实施方案，应当清楚，可使用其它估计方法来估计三相AC电机120的转子的角位置（θobs）和角速度（ωobs）。
角度差确认模块158是可选的。当未使用角度差确认模块158时，转子的估计角速度（ωobs）156直接从角速度观察模块154传至开路/短路控制器模块164，而不通过可选的角度差确认模块158。
当使用角度差确认模块158时，转子的估计角位置（θobs）155和估计角速度（ωobs）156被提供给角度差确认模块158，如图1中所示。在允许转子的估计角速度（ωobs）156传至开路/短路控制器模块14之前，角度差确认模块158执行额外的检查，以确定转子的估计角位置（θobs）155是否足够精确。换句话说，在一些实施例中可包括角度差确认模块158，以在向开路/短路控制器模块164提供估计角速度（ωobs）156之前提供另外的检查（基于转子的估计角位置（θobs）155），以确定是否应当向开路/短路控制器模块164提供转子的估计角速度（ωobs）156。
当使用角度差确认模块158时，角度差确认模块158确定计算的相位电流角153与转子的估计角位置（θobs）155之间的角度差的大小（|θerror|），然后将角度差的大小（|θerror|）与角度阈值（θthresh）作比较，以确定角度差的大小（|θerror|）是否小于角度阈值（θthresh）。
当角度差确认模块158确定角度差的大小（|θerror|）小于角度阈值（θthresh）时，角度差确认模块158允许转子的估计角速度（ωobs）156传至开路/短路控制器模块164。
相反，当角度差确认模块158确定角度差的大小（|θerror|）大于或等于角度阈值（θthresh）时，角度差确认模块158阻止转子的估计角速度（ωobs）156传至开路/短路控制器模块164，从而由于开路/短路控制器模块164没有输入信号要处理从而不产生任何输出信号201而有效禁用开路/短路控制器模块164。
当开路/短路控制器模块164接收转子的估计角速度（ωobs）156时，开路/短路控制器模块164基于估计角速度（ωobs）156确定是否应当在逆变器模块110应用开路故障响应或短路故障响应，然后产生提供给PWM模块108的控制信号202-1…201-3以引起在逆变器模块110应用开路故障响应或短路故障响应。提供给PWM模块108的控制信号202-1…202-3可称为开路故障响应控制信号201或短路故障响应控制信号201。
在一个实施例中，开路/短路控制器模块164将转子的估计角速度（ωobs）156与过渡角速度阈值（ωTth）作比较。在一个实施方案中，过渡角速度阈值（ωTth）可为固定的预定角速度，且基于多相电机的参数特性来限定。在另一实施方案中，过渡角速度阈值（ωTth）可为调节后预定角速度，且基于根据多相电机的温度和电压源的电源至少之一调节的多相电机的参数特性来限定。
在任一实施方案中，当开路/短路控制器模块164确定转子的估计角速度（ωobs）156小于或等于过渡角速度阈值（ωTth）时，开路/短路控制器模块164产生会在逆变器模块110引起开路故障响应的开路故障响应控制信号201-1…201-3。当在逆变器模块110应用开路故障响应时，开路故障响应控制信号201设计成引起从PWM模块108的输出信号109打开逆变器模块110内的所有开关182、184、186、188、190、192，从而有效将逆变器模块110内的开关182、184、186、188、190、192置于打开状态（也称为三相开路故障响应）。
当开路/短路控制器模块164确定转子的估计角速度（ωobs）156大于过渡角速度阈值（ωTth）时，开路/短路控制器模块164产生会在逆变器模块110引起短路故障响应的短路故障响应控制信号201-1…201-3。当在逆变器模块110应用短路故障响应时，闭合响应控制信号201设计成引起从PWM模块108的输出信号109关闭逆变器模块110内所选择的开关（例如，182、186、190或184、188、192），以将逆变器模块110的所有相位都连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线），和引起逆变器模块110中所有其它未选择的开关（184、188、192或182、186、190）打开，使得未选择的开关未连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）。总的来说，这可称为短路故障响应，其中逆变器模块110的一半开关处于短路状态。
图3为图1中根据一些所公开实施例的控制器的一部分的框图，具体地为速度观察模块154和在使用角度差确认模块158时的可选角度差确认模块158的一个特定实施方案。如上撰述，在允许转子的估计角位置（ωobs）156传至开路/短路控制器模块164之前，角度差确认模块158执行额外的检查，以确定转子的估计角位置（θobs）155是否足够精确。
上面描述了速度观察模块154的操作，为简洁起见不再重复。
在该特定实施方案中，角度差确认模块158包括加法模块157、数量模块159、低通滤波器（LPF）161和通过模块163。
加法模块157接收计算相位电流角（θin）153和转子的估计角位置（θobs）155，并从计算相位电流角（θin）153减去转子的估计角位置（θobs）155，以产生表示计算相位电流角（θin）153与转子的估计角位置（θobs）155之间的差的角度误差信号（θerror）。
角度误差（θerror）被提供给确定角度误差的大小（|θerror|）160的数量模块159。角度误差的大小（|θerror|）160为计算相位电流角（θin）153与转子的估计角位置（θobs）155之间的角度差的大小，且可称为角度误差大小（|θerror|）160。角度误差大小（|θerror|）160为角度误差（|θerror|）160的绝对值。
低通滤波器（LPF）161低通过滤角度误差大小（|θerror|）160，并产生控制信号162，该控制信号然后在通过模块163与阈值作比较以确定是否应当允许估计角速度（ωobs）156通过至开路/短路控制器模块164（图1）。控制信号162控制通过模块163是允许估计角速度（ωobs）156通过至开路/短路控制器模块164（图1）还是阻止转子的估计角速度（ωobs）156通过至开路/短路控制器模块164（图1）。当角度差确认模块158阻止估计角速度（ωobs）156通过至开路/短路控制器模块164时，由于其没有输入信号要处理因而不产生任何输出信号201，所以有效地禁用开路/短路控制器模块164。
图4为示出根据一些所公开实施例的方法400的流程图。图4的方法400可应用于例如电机驱动系统，该系统包括联接于永磁电机120和逆变器模块110的控制器200，逆变器模块110也联接于永磁电机120。
在410，控制器200确定是否发生速度/位置传感器故障，并在逆变器模块110应用三相短路故障响应。这样，永磁电机120的角速度（ωr）不可用于进行有关是在逆变器模块110应用三相开路故障响应还是三相短路故障响应以最小化电机120的扭矩响应的决定。
在415，控制器200监测固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129（由于在逆变器模块110应用三相短路故障响应而产生），并使用固定参照系反馈定子电流（Iα，Iβ）128、129来计算和输出计算相位电流角153。
在420，控制器200使用计算相位电流角153产生转子的估计角位置（θobs）155和转子的估计角速度（ωobs）156（例如，估计转子角速度）。然后转子的估计角速度（ωobs）156可用来确定在逆变器模块110是否变为三相开路故障响应。
在430，控制器200确定转子的估计角速度（ωobs）156是否超过过渡角速度阈值（ωTth）。
当转子的估计角速度（ωobs）156大于过渡角速度阈值（ωTth）时，在440，控制器200产生在逆变器模块110引起短路故障响应的短路故障响应控制信号201-1…201-3。在短路故障响应中，逆变器模块110的一半开关处于短路状态。具体地，参考图1和图2，当在逆变器模块110应用短路故障响应时，短路故障响应控制信号201设计成引起从PWM模块108的输出信号109关闭逆变器模块110中所选择的开关（例如，开关182、186、190或开关184、188、192），使得逆变器模块110的全部相位都连接至一个总线（例如，加法总线或减法总线），并引起逆变器模块110中所有其它未选择的开关（开关184、188、192或开关182、186、190）打开，使得未选择的开关未连接至所述一个总线（例如，加法总线或减法总线）。
当转子的估计角速度（ωobs）156小于或等于过渡角速度阈值（ωTth）时，在450，控制器200产生开路故障响应控制信号201-1…201-3，将使得在逆变器模块110应用开路故障响应。在短路故障响应叶，逆变器模块110的一半开关处于短路状态。具体地，参考图1和图2，当在逆变器模块110应用开路故障响应时，开路故障响应控制信号201设计成引起从PWM模块108的输出信号109打开逆变器模块110中所有开关182、184、186、188、190、192，从而有效将逆变器模块110中的开关182、184、186、188、190、192置于打开状态。
在440或450之后，那么方法400循环回410，这里，方法400重复。
本领域的技术人员会进一步清楚，结合本文所公开实施例描述的各种示例性逻辑框、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。上面根据功能和/或逻辑框组件（或模块）及各种处理步骤描述了一些实施例和实施方案。然而应当清楚，这种框组件（或模块）可通过构造成执行规定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件组件来实现。
为了清楚示出硬件和软件的这种可交换性，上面总地根据它们的功能性描述了各种示例性组件、框、模块、电路和步骤。依据强加在整个系统上的特定应用和设计限制而将这种功能实施为硬件还是软件。本领域的技术人员都可为各种特定应用以多种方式实施所述的功能，但是这种实施决定不应当解释为引起脱离本发明的范围。例如，系统或组件的实施例可利用各种集成电路组件，例如内存元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查寻表等，其可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下实施各种各样的功能。另外，本领域的技术人员会清楚本文所述实施例仅仅是示例性的实施方案。
本文所述实施例可包括一个或多个传统处理器及唯一存储的程序指令，该程序指令控制所述一个或多个处理器联合特定非处理器电路实施用于控制多相系统的操作的功能的一部分、大部分或全部，如本文所述。这样，这些功能可解释为用于控制多相系统操作的方法的步骤。
结合本文所公开实施例描述的各种示例性逻辑框、模块和电路可以使用设计成执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或它们的任意组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器，但可选地，所述处理器可为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核心、或任何其它这种构造的组合。
同样，当在该电路中实施部分或全部控制逻辑时，本文所述控制电路可使用一个或多个专用集成电路（ASIC）、一个或多个微处理器、和/或一个或多个基于数字信号处理器（DSP）的电路。
结合本文所公开实施例描述的方法或算法的步骤可直接嵌入硬件、由处理器执行的软件模块、或两者的组合中。软件模块可驻在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、暂存器、硬盘、可移动硬盘、CD-ROM或本领域已知的任意其它类型存储介质中。示例性存储介质联接至处理器，使得处理器可从存储介质读取信息和向其写入信息。可选地，存储介质可集成至处理器。处理器和存储介质可存在于ASIC中。
本文中，关系术语（例如第一和第二等）仅用来将一个实体或动作与另一实体或动作区分开，并非必须在这类实体或动作之间要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。数值序数（例如，第一、第二、第三等）简单地表示多个中的不同一个，并不暗示任何顺序或次序，除非通过权利要求语言具体地限定。任何实施例或权利要求中文本的次序都不暗示必须根据这种次序以时间或逻辑的顺序执行程序步骤，除非通过权利要求语言具体地限定。程序步骤可以任意顺序交换，都不脱离本发明的范围，只要这种交换并不与权利要求语言相矛盾并且逻辑上并不荒谬。
如本文所使用的，术语“交流（AC）电机”通常指“将电能转换为机械能或者反之亦然的装置或设备”。AC电机为由交流电驱动的电机。AC电机通常包括同步AC电机，这包括永磁电机。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电机可为AC电动机（例如，用于将在其输入的AC电能转换为机械能或动力的设备），但是，AC电机不限于AC电动机，还包括用于将在其原动机处的机械能或动力转换为在其输出处的AC电能或动力的发电机。任一电机都可为AC电动机或AC发电机。
如本文所使用的，术语“车辆”广泛地指具有AC电机的非生物性运输机构。另外，术语“车辆”不受任意特定推进技术限制，例如汽油或柴油燃料。相反，车辆还包括混合动力车、电池电动车、氢能源汽车、及使用各种其它替代燃料的车辆。
另外，依赖于上下文，描述不同元件之间关系的词语，例如“连接”或“联接”，并不暗示在这些元件之间必须有直接的物理连接。例如，两个元件可通过一个或多个另外的元件，物理地、电地、逻辑地、或以任何其它方式彼此连接。
尽管在前面的详细描述中已经展现了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变形。还应当清楚，所述示例性实施例仅仅是例子，并不意欲以任何方式限制本发明的范围、应用或构造。相反，前面的详细描述会给本领域的技术人员提供实施所述示例性实施例的方便路图。应当理解，在不脱离由所附权利要求及其合法等效物表述的本发明范围的情形下，可对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (18)

1.一种用于控制驱动多相电机的多相逆变器的方法，该方法包括：
检测传感器的传感器故障，其中所述传感器用于感测所述多相电机的转子位置和转子角速度中的至少一个；
在检测所述传感器故障之后，
基于反馈定子电流估计所述多相电机的转子的角速度；
确定所述估计的角速度是否大于过渡角速度阈值；
在所述多相电机的所述估计角速度小于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用开路响应；以及
在所述估计角速度大于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用短路响应。
2.根据权利要求1的方法，其中应用所述开路响应包括：
将所述多相逆变器驱动中的全部开关控制为打开。
3.根据权利要求1的方法，其中应用所述短路响应包括：
控制所述多相逆变器驱动中所选择的开关，以将所述多相逆变器的所有相位都连接至一个总线；以及
将所述多相逆变器驱动中的所有其它未选择开关控制为打开，使得所述未选择开关不连接至所述一个总线。
4.根据权利要求1的方法，还包括：
基于所述反馈定子电流计算相位电流角，且
其中估计包括：基于所述相位电流角估计所述多相电机的转子的角速度和所述多相电机的转子的角位置。
5.根据权利要求4的方法，还包括：
在计算所述相位电流角之前，确定所述反馈定子电流的大小是有资格还是没资格来计算所述相位电流角，其中当所述反馈定子电流的大小被确定为有资格时计算所述相位电流角，而在所述反馈定子电流的大小被确定为没资格时不计算。
6.根据权利要求4的方法，还包括
在估计所述转子的角速度和角位置之后，在确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前确定所述转子的估计角位置是否足够精确。
7.根据权利要求6的方法，其中在估计所述转子的角速度和角位置之后，确定所述转子的估计角位置是否足够精确包括：
在估计所述转子的角速度和角位置之后且在确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前，确定所述计算相位电流角与所述转子的估计角位置之间的角度差的大小；以及
确定所述角度差的大小是否小于角度阈值（θthresh）；并且
其中确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值的步骤仅在所述角度差的大小小于所述角度阈值时执行。
8.根据权利要求1的方法，其中所述反馈定子电流包括：
固定参照系反馈定子电流。
9.根据权利要求1的方法，其中所述过渡角速度阈值为下列之一：
固定的预定角速度，基于所述多相电机的参数特性来限定；和
调节后的预定角速度，基于根据所述多相电机的温度和电压源的电压中的至少一项调节的所述多相电机的参数特性来限定。
10.一种用于控制驱动多相电机的多相逆变器的设备，包括：
驱动多相电机的多相逆变器；
指示传感器的传感器故障的检测的故障检测器，其中所述传感器用于感测所述多相电机的转子位置和转子角速度中的至少一项，其中所述传感器设计成提供表示多相电机的转子的角速度的角速度信号、和表示所述多相电机的转子的角位置的角位置信号中的至少一项；以及
控制器，响应于接收来自所述故障检测器的已经检测到所述传感器故障的指示，其可操作以基于反馈定子电流估计所述多相电机的转子的角速度，以确定所述估计角速度是否大于过渡角速度阈值，并：
在所述多相电机的所述估计角速度小于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用开路响应；或
在所述估计角速度大于所述过渡角速度阈值时，在所述多相逆变器应用短路响应。
11.根据权利要求10的设备，其中通过将所述多相逆变器驱动中的全部开关控制为打开来应用所述开路响应。
12.根据权利要求10的设备，其中通过控制所述多相逆变器驱动中的所选择开关将所述多相逆变器的所有相位连接至一个总线、和通过将所述多相逆变器驱动中的所有其它未选择开关控制为打开使得所述未选择开关不连接至所述一个总线来实施所述短路响应。
13.根据权利要求10的设备，其中所述控制器可进一步操作，以在检测所述传感器故障之后且在估计所述转子的角速度之前，在所述多相逆变器应用所述短路响应。
14.根据权利要求10的设备，其中所述控制器可进一步操作，以基于所述反馈定子电流计算相位电流角，并且
其中所述控制器可进一步操作，以基于所述相位电流角估计所述多相电机的转子的角速度和所述多相电机的转子的角位置。
15.根据权利要求14的设备，其中在所述控制器计算所述相位电流角之前，所述控制器可进一步操作，以确定所述反馈定子电流的大小是有资格还是没资格计算所述相位电流角，并且
在确定所述反馈定子电流的大小有资格时计算所述相位电流角，在确定所述反馈定子电流的大小没资格时不计算。
16.根据权利要求14的设备，其中在所述控制器估计所述转子的角速度和角位置之后且在所述控制器确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前，所述控制器可进一步操作，以确定所述转子的估计角位置是否足够精确。
17.根据权利要求16的设备，其中在所述控制器估计所述转子的角速度和角位置之后且在所述控制器确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值之前，所述控制器可进一步操作，以确定所述计算相位电流角与所述转子的估计角位置之间的角度差的大小，从而确定所述角度差的大小是否小于角度阈值（θthresh），并仅在所述角度差的大小小于所述角度阈值时确定所述估计角速度是否大于所述过渡角速度阈值。
18.根据权利要求10的设备，其中所述反馈定子电流包括：
固定参照系反馈定子电流。
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201114868D0 (en) * 2011-08-30 2011-10-12 Rolls Royce Plc Method of controlling an inverter and a controller for controlling an inverter
FR2980059B1 (fr) * 2011-09-12 2013-08-23 Renault Sa Procede et dispositif de commande d'un groupe motopropulseur
US8664901B2 (en) * 2012-02-15 2014-03-04 GM Global Technology Operations LLC Method and system for estimating electrical angular speed of a permanent magnet machine
DE102013220727A1 (de) * 2013-10-14 2015-04-16 Schmidhauser Ag Steuergerät
CN104767450B (zh) * 2014-01-03 2017-12-01 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 马达控制系统及方法
US9481262B2 (en) 2014-04-02 2016-11-01 GM Global Technology Operations LLC Electric vehicle and method
JP6153493B2 (ja) * 2014-04-25 2017-06-28 ヤマハ発動機株式会社 ロール角推定装置および輸送機器
US9407178B2 (en) * 2014-11-14 2016-08-02 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for controlling an electric machine in a six-step mode
FR3031844B1 (fr) * 2015-01-20 2016-12-30 Renault Sa Procede de commande d'une machine electrique synchrone a aimants permanents
US9705438B2 (en) * 2015-07-14 2017-07-11 Infineon Technologies Austria Ag Controller for a free-running motor
GB2540602A (en) * 2015-07-23 2017-01-25 Protean Electric Ltd A controller for an electric machine
US10075107B2 (en) * 2015-11-03 2018-09-11 Nxp Usa, Inc. Method and apparatus for motor lock or stall detection
DE102016203273A1 (de) 2016-02-29 2017-08-31 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Anordnung zur Überwachung eines Rotorpositionssensors einer PSM-Maschine
CN105763128B (zh) * 2016-04-01 2018-09-11 北京新能源汽车股份有限公司 旋转变压器解码芯片的故障信息处理方法和系统
FR3059491A1 (fr) * 2016-11-25 2018-06-01 Renault S.A.S Procede de declenchement d'un mode de court-circuit pilote pour la protection d'une machine electrique et dispositif de protection correspondant.
GB2563028B (en) * 2017-05-30 2020-06-24 Protean Electric Ltd A controller for an electric machine
JP6946758B2 (ja) * 2017-06-08 2021-10-06 株式会社デンソー 電動機制御装置
JP7137768B2 (ja) * 2017-07-19 2022-09-15 株式会社ジェイテクト モータ制御装置
CN109951118A (zh) * 2017-12-20 2019-06-28 广州汽车集团股份有限公司 控制直流母线放电方法、装置、设备及存储介质
US10355631B1 (en) * 2018-02-21 2019-07-16 GM Global Technology Operations LLC Methods, systems and apparatus for controlling current supplied to control a machine
AU2019277274A1 (en) * 2018-05-31 2020-12-03 Newsouth Innovations Pty Limited A method and system for facilitating control of electric machines
US11095237B2 (en) * 2018-12-06 2021-08-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Vehicle driving apparatus
TWI695575B (zh) * 2019-06-27 2020-06-01 國立成功大學 儲能系統之動力匹配控制裝置
KR20210041712A (ko) * 2019-10-08 2021-04-16 현대자동차주식회사 공기압축기용 센서리스 모터 제어 방법
EP3829053B1 (en) * 2019-11-26 2023-07-19 ABB Schweiz AG Electrical drive system with independent diagnostics
DE102020109481A1 (de) * 2020-04-06 2021-10-07 Audi Aktiengesellschaft Steuergerät, Steuerschaltung und Kraftfahrzeug
CN114070146B (zh) * 2020-07-30 2023-09-05 中移(苏州)软件技术有限公司 一种故障检测方法、装置、设备及存储介质
CN112230080B (zh) * 2020-09-17 2023-06-13 北京自动化控制设备研究所 一种三相全桥逆变器故障检测方法
CN112787554A (zh) * 2020-12-29 2021-05-11 深圳市大地和电气股份有限公司 基于三相交流永磁同步电机安全状态的执行方法和系统
US20240113645A1 (en) * 2021-02-05 2024-04-04 Cummins Inc. Symmetrical components domain control in a multiphase machine system
CN113030722B (zh) * 2021-03-05 2023-08-29 青岛大学 一种多相电机驱动系统开路故障在线检测方法
US12100943B2 (en) * 2022-06-01 2024-09-24 Caterpillar Inc. Current protection to prevent overcurrent in electrical grids and motors

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101188392A (zh) * 2006-08-04 2008-05-28 通用汽车环球科技运作公司 逆变器驱动的永磁电动机驱动器的故障处理
CN101958686A (zh) * 2009-07-15 2011-01-26 通用汽车环球科技运作公司 无传感器转子角位置估计的方法、系统和设备
CN101997466A (zh) * 2009-08-14 2011-03-30 通用汽车环球科技运作公司 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
CN101997478A (zh) * 2009-08-19 2011-03-30 通用汽车环球科技运作公司 用于处理分解器故障的方法和电路
CN102045024A (zh) * 2009-10-20 2011-05-04 通用汽车环球科技运作公司 用于电动车的自我保护操作模式
CN102043127A (zh) * 2009-10-20 2011-05-04 通用汽车环球科技运作公司 用于执行电机转子的故障诊断的方法和系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6456946B1 (en) * 2000-02-25 2002-09-24 Motorola, Inc. System and method for motor fault detection
US6694287B2 (en) * 2001-08-30 2004-02-17 Delphi Technologies, Inc. Phase angle diagnostics for sinusoidal controlled electric machine
US6894454B2 (en) 2002-10-10 2005-05-17 General Motors Corporation Position sensorless control algorithm for AC machine
JP4230276B2 (ja) * 2003-05-19 2009-02-25 本田技研工業株式会社 ブラシレスｄｃモータの制御装置
US7759888B2 (en) * 2005-04-15 2010-07-20 Hitachi, Ltd. AC motor controller
DE102006018053A1 (de) * 2006-04-19 2007-10-31 Daimlerchrysler Ag Ansteuersystem für eine elektrische Maschine
JP5070867B2 (ja) * 2007-02-05 2012-11-14 株式会社ジェイテクト モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置
US8054084B2 (en) * 2009-05-19 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC Methods and systems for diagnosing stator windings in an electric motor
US8354817B2 (en) * 2009-06-18 2013-01-15 GM Global Technology Operations LLC Methods and systems for diagnosing stator windings in an electric motor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101188392A (zh) * 2006-08-04 2008-05-28 通用汽车环球科技运作公司 逆变器驱动的永磁电动机驱动器的故障处理
CN101958686A (zh) * 2009-07-15 2011-01-26 通用汽车环球科技运作公司 无传感器转子角位置估计的方法、系统和设备
CN101997466A (zh) * 2009-08-14 2011-03-30 通用汽车环球科技运作公司 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
CN101997478A (zh) * 2009-08-19 2011-03-30 通用汽车环球科技运作公司 用于处理分解器故障的方法和电路
CN102045024A (zh) * 2009-10-20 2011-05-04 通用汽车环球科技运作公司 用于电动车的自我保护操作模式
CN102043127A (zh) * 2009-10-20 2011-05-04 通用汽车环球科技运作公司 用于执行电机转子的故障诊断的方法和系统

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