CN103187906A - 生成用于控制永磁电机操作的电压指令的方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

提供生成用于控制永磁电机操作的电压指令的方法、系统和设备例如，提供一种生成电压指令信号的控制系统，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机。所述控制系统包括：配置成执行软件指令的处理器和配置成存储能由处理器访问的软件指令的存储器。所述软件指令包括电压指令生成器模块。基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号，所述电压指令生成器模块配置成生成斜变电压指令信号，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

Description

生成用于控制永磁电机操作的电压指令的方法、系统和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月30日提交的美国临时申请No. 61/582,044的权益。

技术领域

技术领域总体上涉及用于控制多相系统的操作的技术，且更具体地涉及生成用于控制永磁电机的电压指令的方法、系统和设备。

背景技术

电机用于宽范围的各种应用。例如，混合动力/电动车辆（HEV）通常包括电牵引驱动系统，包括由功率逆变器借助于直流（DC）功率源（例如，存储蓄电池）驱动的交流（AC）电机。AC电机的电机绕组可以联接到功率逆变器模块（PIM）的逆变器子模块。每个逆变器子模块都包括一对开关，其以互补方式开关以执行快速开关功能，以将DC功率转换为AC功率。该AC功率驱动AC电机，继而驱动HEV传动系的轴。

如本文使用的，措辞“多相”指的是两相或更多相，且可以用于指代具有两相或更多相的电机。多相电机通常包括多相脉宽调制（PWM）逆变器模块，其驱动一个或多个多相AC电机。这种多相电机的一个示例是三相永磁AC电机。在三相系统中，三相PWM逆变器模块驱动一个或多个三相永磁AC电机。例如，一些常规HEV采用两个三相PWM逆变器模块和两个三相永磁AC电机，每个由所联接的三相PWM逆变器模块中的相应一个驱动。

在许多常规马达驱动系统中，逆变器模块由基于电压指令信号生成的开关矢量信号驱动。例如，在依赖于闭环电流控制技术的常规马达驱动系统中，这些电压指令信号可以基于反馈或测量定子电流和由电流调节器处理的电流指令来生成。

与用于驱动永磁电机的电机驱动系统有关的一个缺陷在于，当它们经受从一个操作点到另一个的突然变化时，可以引入大瞬变电流。例如，当从一定初始状况突然过渡至三相短路时，引入大瞬变电流。瞬变电流幅度可以容易等于或甚至超过马达特征电流的两倍。瞬变电流给马达和逆变器两者引起显著应力。此外，瞬变电流通常在电机的负d轴附近具有峰值。负d轴电流往往对抗永磁通量。如果电流足够大，其可能导致转子磁体的去磁。

当今使用的一种性能最高磁体是稀土NeFeB型。多种添加剂用于增强磁体属性。这些中的一种是镝，其增加矫顽磁性且提高磁体对去磁的稳固性。不幸的是，镝非常昂贵。如果大瞬变负d轴电流可以消除，那么可能减少镝含量且使用较低级别磁体，而不担心去磁。因而，可显著地减少电机成本。

其它电机设计采用成本较低的含铁型磁体。然而，这些磁体还特别易受去磁。将期望通过减少大瞬变负d轴电流减少或消除去磁的威胁，因为这样做将允许采用较低成本设计。

最后，与磁体类型无关，在任何永磁电机设计中，峰值负d轴电流被认为是设计约束。设计者必须优化转子几何尺寸以避免在预期峰值负d轴电流下磁体去磁。如果可以减少峰值电流幅度，那么由于去磁考虑，这减轻设计约束，从而可能允许改进扭矩密度和/或效率。

期望提供生成用于控制多相永磁电机的电压指令的改进方法、系统和设备。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

本发明的实施例涉及用于控制电机驱动系统中的永磁电机操作的方法、系统和设备。

根据所公开实施例中的一个，提供一种生成电压指令信号的控制系统，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机。所述控制系统包括：配置成执行软件指令的处理器和配置成存储能由处理器访问的软件指令的存储器。所述软件指令包括电压指令生成器模块。基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号，所述电压指令生成器模块配置成生成斜变电压指令信号，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

方案1. 一种生成电压指令信号的控制系统，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机，所述控制系统包括：

配置成执行软件指令的处理器；和

配置成存储能由处理器访问的软件指令的存储器，其中，所述软件指令包括：

电压指令生成器模块，所述电压指令生成器模块配置成基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号生成斜变电压指令信号，其中，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

方案2. 根据方案1所述的系统，其中，所述上升时间等于：

（1）基本电周期，其为电角频率的倒数，或

（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间。

方案3. 根据方案1所述的系统，其中，由电压指令轨迹计算模块生成的斜变电压指令信号包括：

斜变d轴电压指令信号，基于第一偏移值（a）、第一斜率（b）、上升时间、以及一组离散计时器值生成，其中，斜变d轴电压指令信号最初改变第一偏移值（a），且其中，第一斜率（b）限定斜变d轴电压指令信号在上升时间内从d轴电压指令信号的初始值线性地变为d轴电压指令信号的最终值的轨迹；以及

斜变q轴电压指令信号，基于第二偏移值（c）、第二斜率（d）、上升时间、以及该组离散计时器值生成，其中，斜变q轴电压指令信号最初改变第二偏移值（c），且其中，第二斜率（d）限定斜变q轴电压指令信号在上升时间内从q轴电压指令信号的初始值线性地变为q轴电压指令信号的最终值的另一个轨迹。

方案4. 根据方案3所述的系统，其中，同步参考坐标电流信号包括d轴电流信号和q轴电流信号，且其中，电压指令生成器模块包括：

斜变电压指令生成器模块，所述斜变电压指令生成器模块包括：

初始状况和过渡参数计算模块，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成基于电角频率、d轴电流信号和q轴电流信号生成第一偏移值（a）、第一斜率（b）、第二偏移值（c）、第二斜率（d）和上升时间。

方案5. 根据方案4所述的系统，其中，电压指令生成器模块还包括：

标准电压指令生成器模块，所述标准电压指令生成器模块配置成基于扭矩指令信号、电角频率、DC输入电压、d轴电流信号和q轴电流信号生成标准d轴电压指令信号和标准q轴电压指令信号。

方案6. 根据方案5所述的系统，还包括：

控制器，所述控制器配置成生成标志，所述标志：

在电压指令生成器模块配置成以标准电压指令生成模式操作时被禁用；或者

在电压指令生成器模块配置成以斜变电压指令生成模式操作时被启用；以及

其中，所述软件指令还包括：

选择模块，所述选择模块配置成在由标准电压指令生成器模块和斜变电压指令生成器模块生成的输出之间进行选择，其中，所述选择模块输出以下中的任一个：

在标志被禁用时，标准d轴电压指令信号和标准q轴电压指令信号；或者

在标志被启用时，斜变d轴电压指令信号和斜变q轴电压指令信号。

方案7. 根据方案6所述的系统，其中，所述控制器配置成确定从初始操作状况至最终操作状况的过渡指示斜变电压指令生成模式是被禁用还是被启用。

方案8. 根据方案6所述的系统，其中，当控制器确定标志被启用时，其中，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成：

确定永磁电机的初始操作状况，包括初始转子通量和电角频率；

基于电角频率计算基本电周期，且设定上升时间等于：（1）基本电周期，或（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间；以及

基于永磁电机的最终转子通量、初始转子通量和电角频率计算第一偏移值（a）、第一斜率（b）、第二偏移值（c）和第二斜率（d）。

方案9. 根据方案8所述的系统，其中，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成：

基于电角频率、d轴电流信号和q轴电流信号来确定初始操作状况，包括：d轴通量的初始值、q轴通量的初始值、d轴电压指令信号的初始值、以及q轴电压指令信号的初始值；

基于电角频率来确定上升时间；

基于d轴电流信号的最终值确定d轴通量的最终值和d轴电压指令信号的最终值；以及

基于q轴电流信号的最终值确定q轴通量的最终值和q轴电压指令信号的最终值。

方案10. 根据方案9所述的系统，其中，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成：

通过计算最终d轴通量和初始d轴通量之间的差除以上升时间，生成第一偏移值（a）；

通过计算d轴电压指令信号的最终值和d轴电压指令信号的初始值之间的差且除以上升时间以生成第一斜率（b），生成第一斜率（b）；

通过计算最终q轴通量和初始q轴通量之间的差除以上升时间，生成第二偏移值（c）；以及

通过计算q轴电压指令信号的最终值和q轴电压指令信号的初始值之间的差且除以上升时间，生成第二斜率（d）。

方案11. 根据方案10所述的系统，其中，所述电压指令轨迹计算模块还配置成执行如下的过程事件（1）至（5）：

（1）在接收指示后，初始状况和过渡参数计算模块以一组离散计时器值中的第一值启动计时器，将斜变d轴电压指令信号设定为与初始操作状况相对应的第一值，且将斜变q轴电压指令信号设定为与初始操作状况相对应的第二值；

（2）在计时器的当前值时以增量将第一值变为与第一斜率（b）相对应的第一更新值，且在计时器的当前值时以增量将第二值变为与第二斜率（d）相对应的第二更新值，其中，在过程事件（2）的第一迭代期间，计时器的当前值是该组离散计时器值中的第一值；

（3）确定计时器的当前值是否小于上升时间；

（4）当确定计时器的当前值大于或等于上升时间时，将斜变d轴电压指令信号设定为与最终操作状况相对应的第一最终值，且将斜变q轴电压指令信号设定为与最终操作状况相对应的第二最终值；以及

（5）当确定计时器的当前值小于上升时间时，将计时器变为新当前值，且重复过程事件（2）和（3），其中，新当前值是该组离散计时器值中的下一值。

方案12. 一种处理器可读存储介质，具有处理器可读代码，用于编程至少一个处理器以执行生成电压指令信号的方法，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机，所述方法包括：

基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号生成斜变电压指令信号，其中，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

方案13. 根据方案12所述的方法，其中，所述上升时间等于：

（1）基本电周期，其为电角频率的倒数，或

（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间。

方案14. 根据方案12所述的方法，其中，斜变电压指令信号包括：

斜变d轴电压指令信号，基于第一偏移值（a）、第一斜率（b）、上升时间、以及一组离散计时器值生成，其中，斜变d轴电压指令信号最初改变第一偏移值（a），且其中，第一斜率（b）限定斜变d轴电压指令信号在上升时间内从d轴电压指令信号的初始值线性地变为d轴电压指令信号的最终值的轨迹；以及

斜变q轴电压指令信号，基于第二偏移值（c）、第二斜率（d）、上升时间、以及该组离散计时器值生成，其中，斜变q轴电压指令信号最初改变第二偏移值（c），且其中，第二斜率（d）限定斜变q轴电压指令信号在上升时间内从q轴电压指令信号的初始值线性地变为q轴电压指令信号的最终值的另一个轨迹。

方案15. 根据方案14所述的方法，其中，同步参考坐标电流信号包括d轴电流信号和q轴电流信号，且其中，所述生成包括：

基于电角频率、d轴电流信号和q轴电流信号生成第一偏移值（a）、第一斜率（b）、第二偏移值（c）、第二斜率（d）和上升时间。

方案16. 根据方案15所述的方法，还包括：

基于扭矩指令信号、电角频率、DC输入电压、d轴电流信号和q轴电流信号生成标准d轴电压指令信号和标准q轴电压指令信号；

生成标志，所述标志：在电压指令生成器模块配置成以标准电压指令生成模式操作时被禁用；或者在电压指令生成器模块配置成以斜变电压指令生成模式操作时被启用；以及

选择并输出以下中的任一个：在标志被禁用时，标准d轴电压指令信号和标准q轴电压指令信号；或者在标志被启用时，斜变d轴电压指令信号和斜变q轴电压指令信号。

方案17. 根据方案16所述的方法，还包括：

确定从初始操作状况至最终操作状况的过渡指示斜变电压指令生成模式是被禁用还是被启用；

当确定标志被启用时：

确定永磁电机的初始操作状况，包括初始转子通量和电角频率；

基于电角频率计算基本电周期，且设定上升时间等于：（1）基本电周期，或（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间；以及

基于永磁电机的最终转子通量、初始转子通量和电角频率计算第一偏移值（a）、第一斜率（b）、第二偏移值（c）和第二斜率（d）。

方案18. 根据方案17所述的方法，其中，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成：

基于电角频率、d轴电流信号和q轴电流信号来确定初始操作状况，包括：d轴通量的初始值、q轴通量的初始值、d轴电压指令信号的初始值、以及q轴电压指令信号的初始值；

基于电角频率来确定上升时间；

基于d轴电流信号的最终值确定d轴通量的最终值和d轴电压指令信号的最终值；

基于q轴电流信号的最终值确定q轴通量的最终值和q轴电压指令信号的最终值；

计算最终d轴通量和初始d轴通量之间的差除以上升时间，得到第一偏移值（a）；

计算d轴电压指令信号的最终值和d轴电压指令信号的初始值之间的差且除以上升时间以生成第一斜率（b），从而生成第一斜率（b）；

计算最终q轴通量和初始q轴通量之间的差除以上升时间，以生成第二偏移值（c）；以及

计算q轴电压指令信号的最终值和q轴电压指令信号的初始值之间的差且除以上升时间以生成第二斜率（d）。

方案19. 根据方案18所述的方法，还包括以下步骤：

（1）在接收指示后，初始状况和过渡参数计算模块以一组离散计时器值中的第一值启动计时器，将斜变d轴电压指令信号设定为与初始操作状况相对应的第一值，且将斜变q轴电压指令信号设定为与初始操作状况相对应的第二值；

（2）在计时器的当前值时以增量将第一值变为与第一斜率（b）相对应的第一更新值，且在计时器的当前值时以增量将第二值变为与第二斜率（d）相对应的第二更新值，其中，在步骤（2）的第一迭代期间，计时器的当前值是该组离散计时器值中的第一值；

（3）确定计时器的当前值是否小于上升时间；

（4）当确定计时器的当前值大于或等于上升时间时，将斜变d轴电压指令信号设定为与最终操作状况相对应的第一最终值，且将斜变q轴电压指令信号设定为与最终操作状况相对应的第二最终值；以及

（5）当确定计时器的当前值小于上升时间时，将计时器变为新当前值，且重复步骤（2）和（3），其中，新当前值是该组离散计时器值中的下一值。

附图说明

本发明的实施例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是根据所公开实施例中的一些的电机驱动系统的一个示例的框图。

图2A是图示根据所公开实施例中的一些的一个示例性实施方式的电压指令生成器模块的框图。

图2B是图示二阶系统的时域响应的一组模拟曲线图/曲线，其中，每个曲线具有不同上升时间（t_r），且其中，一个曲线具有最佳上升时间（t_r）。

图2C是绘制根据上升时间（t_r）而变的二阶系统的过调量（overshoot）的模拟曲线图。

图3是图示根据所公开实施例中的一些的一个示例性实施方式由图2A的斜变电压指令生成器模块执行的过程的流程图。

图4A是斜变d轴电压指令信号（Vd**）的曲线图。

图4B是斜变q轴电压指令信号（Vq**）的曲线图。

图5示出了分别图示由于从零电流初始状况突然过渡至三相短路和在从零电流初始状况斜变过渡至三相短路期间的电机动态响应的两个曲线图。

图6A是图示了在使用标准电压指令信号施加三相短路时根据时间而变的固定参考坐标定子电流（Ia, Ib, Ic）的一组曲线图。

图6B是图示了在使用斜变电压指令信号施加三相短路时根据时间而变的同步参考坐标电流（Id, Iq）和固定坐标电流矢量幅度（Is）的一组曲线图。

图7A是图示了在使用斜变电压指令信号施加三相短路时根据时间而变的固定参考坐标定子电流（Ia, Ib, Ic）的一组曲线图。

图7B是图示了在使用斜变电压指令信号施加三相短路时根据时间而变的同步参考坐标电流（Id, Iq）和固定相电流（Is）的一组曲线图。

具体实施方式

如本文使用的，词语“示例性”指的是“用作示例、实例、或说明”。下述详细说明本质上仅为示例性的且不旨在限制本公开或本发明的应用和使用。本文描述为“示例性”的任何实施例不必须解释为优于或好于其他实施例。该详细说明中描述的所有实施例是提供用于使得本领域技术人员能够制造或使用本发明的示例性实施例，而不是限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求限定。此外，并不旨在受约束于前述技术领域、背景技术、发明内容或下述详细说明中阐述的任何明示或暗示的理论。

在详细描述根据本发明的实施例之前，应当看到的是，实施例主要依赖于涉及生成用于控制多相系统操作的电压指令的方法步骤和设备部件的组合。应当理解的是，本文所述的本发明实施例可以使用硬件、软件或其组合实施。本文所述的控制电路可包括各种部件、模块、电路和可以使用模拟和/或数字电路、分立或集成模拟或数字电子电路的组合实施的其它逻辑或其组合。如本文使用的，术语“模块”指的是用于执行任务的装置、电路、电气部件和/或基于软件的部件。在一些实施方式中，在实施这种电路中的控制逻辑的部分或全部时，本文所述的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）的电路实施。应当理解的是，本文所述的本发明实施例可包括一个或多个常规处理器和控制所述一个或多个处理器以结合某些非处理器电路来实施生成用于控制多相系统操作的电压指令的功能中的一些、大多数或全部的独特存储程序指令，如本文所述。因而，这些功能可理解为生成用于控制多相系统操作的电压指令的方法的步骤。替代地，一些或全部功能可以通过没有存储程序指令的状态机来实施，或者在一个或多个专用集成电路（ASIC）中实施，其中，每个功能或者某些功能的一些组合实施为定制逻辑。当然，可以使用两种方法的组合。因此，在本文中描述用于这些功能的方法和手段。此外，可以预期，尽管本领域技术人员可能由例如可用时间、电流技术和经济考虑启发显著的努力和许多设计选择，但是在本文公开的构思和原理的指导下，将在少量的试验的情况下能够容易生成这种软件指令和程序以及IC。

概述

本发明的实施例涉及生成用于控制包括多相永磁电机的多相系统操作的电压指令的方法、系统和设备。在现在将描述的一个示例性实施方式中，多相永磁电机可以在诸如混合动力/电动车辆（HEV）的操作环境中实施，且控制技术和方案将描述为应用于HEV。然而，本领域技术人员将理解的是，相同或类似的技术和方案可以在期望生成用于控制多相永磁电机操作的电压指令的其它系统的环境中应用。在这方面，本文公开的任何构思可以总体上应用于“车辆”，且如本文使用的，术语“车辆”广泛地指代具有AC电机的非生物运输机构。此外，术语“车辆”并不限于任何具体推进技术，例如汽油或柴油燃料。相反，车辆还包括混合动力车辆、蓄电池电动车辆、氢气车辆和使用各种其它替代燃料操作的车辆。

如本文使用的，术语“交流（AC）电机”总体上指的是“将电能转换为机械能或者反之亦然的装置或设备”。虽然AC电机可以是AC马达（例如，用于转换其输入处的AC电能动力以生成机械能或动力的设备），但是AC电机并不限于AC马达，而也可以包括用于将其原动机处的机械能或动力转换为其输出处的AC电能或动力的发电机。任何电机可以是AC马达或AC发电机。AC电机是由交流驱动的电机。在一些实施方式中，AC电机包括外部固定定子和内部转子，定子具有供有交流的线圈以生成旋转磁场，转子附连到输出轴，输出轴由旋转场给予扭矩。取决于所使用的转子的类型，AC电机总体上可以分成同步AC电机和异步AC电机。同步AC电机可包括永磁电机和磁阻电机。永磁电机包括表面安装永磁电机（SMPMM）和内置永磁电机（IPMM）。相比而言，异步AC电机包括感应电机。在该应用中，描述电机是同步电机的实施例。

图1是根据所公开实施例的马达驱动系统100的一个示例的框图。系统100经由被联接到三相AC电机120的三相脉宽调制（PWM）逆变器模块110来控制三相AC电机120，通过调节控制三相AC电机120的电流和电压指令，使得三相AC电机120可以有效地使用提供给三相PWM逆变器模块110的DC输入电压（Vdc）139。在一个具体实施方式中，马达驱动系统100可以用于控制HEV中的扭矩。

在一个具体的非限制性实施方式的以下说明中，三相AC电机120实施为三相AC驱动马达120，且具体地是三相永磁同步AC驱动马达（或者，更广泛地为马达120）；然而，应当理解的是，所示实施例仅仅是所公开实施例可以应用的AC电机的类型中的一个非限制性示例，且所公开的实施例可以应用于包括更少或更多相的任何类型的同步多相AC电机。

三相AC马达120经由三个逆变器极被联接到三相PWM逆变器模块110，并基于从PWM逆变器模块110接收的三相固定参考坐标反馈定子电流（Ia…Ic）122-124来生成机械动力（扭矩×速度）。在一些实施方式中，三相AC马达120的电角位置（θe）121或“轴位置”使用位置传感器（未示出）测量，在其它实施方式中，三相AC马达120的电角位置（θe）121可以在不使用位置传感器的情况下通过使用无传感器位置估计技术来估计。

马达驱动系统100还包括电压指令生成器模块140、同步-固定转换模块102、αβ参考坐标-abc参考坐标（αβ-abc）转换模块106、脉宽调制（PWM）模块108、三相PWM逆变器110、abc参考坐标-αβ参考坐标（abc-αβ）转换模块127、以及固定-同步（STAT.-TO-SYNC.）转换模块130。

控制器150生成并控制标志152的状态。当标志152被禁用时，这表示电压指令生成器模块140以标准电压指令生成模式操作，这意味着电压指令生成器模块140将输出标准同步参考坐标电压指令信号（Vd*, Vq*）262, 264作为其输出信号。相比而言，当标志152被启用时，这表示电压指令生成器模块140以斜变电压指令生成模式操作，这意味着电压指令生成器模块140将输出斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294作为其输出信号。

电压指令生成器模块140接收扭矩指令信号（Te*）136；电角频率（ω_e）138，在框137处基于电角位置（θe）121的导数生成；DC输入电压（V_DC）139、同步参考坐标d轴电流信号（Id）132和同步参考坐标q轴电流信号（Iq）134作为输入，可能连同各种其它系统参数（取决于实施方式）一起。如下文参考图2和3更详细所述，取决于标志152的状态，电压指令生成器模块140使用这些输入生成（1）标准电压指令信号（Vd*, Vq*）262, 264或（2）斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294。

abc-αβ转换模块127接收三相固定参考坐标反馈定子电流（Ia…Ic）122-124且使用它们来执行abc参考坐标-αβ参考坐标转换，以将三相固定参考坐标反馈定子电流122-124转换为固定参考坐标反馈定子电流（Iα, Iβ）128, 129。abc-αβ转换是本领域熟知的，且为了简便起见将不详细描述。

固定-同步转换模块130接收固定参考坐标反馈定子电流（Iα, Iβ）128, 129和电角位置（θe）121，且生成（例如，处理或转换）这些固定参考坐标反馈定子电流（Iα, Iβ）128, 129以生成同步参考坐标d轴电流信号（Id）132和同步参考坐标q轴电流信号（Iq）134。固定-同步转换过程是本领域熟知的，且为了简便起见将不详细描述。

同步-固定转换模块102接收（1）标准电压指令信号（Vd*, Vq*）262, 264或（2）斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294作为输入，连同电角位置（θe）121一起，且可以使用这些输入来执行dq-αβ转换，以生成α轴固定参考坐标电压指令信号（Vα*）104和β轴固定参考坐标电压指令信号（Vβ*）105。固定参考坐标α轴和β轴电压指令信号（Vα*, Vβ*）104，105处于固定参考坐标中，且因而具有随着根据时间而变的正弦波变化的值。同步-固定转换过程是本领域熟知的，且为了简便起见将不详细描述。

仍参考图1，αβ-abc转换模块106接收固定参考坐标电压指令信号（Vα*, Vβ*）104，105，且基于这些信号生成固定参考坐标电压指令信号（Vas*…Vcs*）107（也称为相电压指令信号），其发送给PWM模块108。αβ-abc转换是本领域熟知的，且为了简便起见将不详细描述。

三相PWM逆变器模块110联接到PWM模块108。PWM模块108用于控制相电压指令信号（Vas*…Vcs*）107的脉宽调制（PWM）。开关矢量信号（Sa…Sc）109控制PWM逆变器110中的开关的开关状态，以生成每个相A，B，C处的三相电压指令。开关矢量信号（Sa…Sc）109是PWM波形，具有由在PWM模块108处内部生成的占空比波形确定的特定占空比（在每个PWM周期期间）。换句话说，开关矢量信号（Sa…Sc）109基于在PWM模块108处内部生成的占空比波形生成，以在每个PWM周期期间具有特定占空比。PWM模块108基于占空比波形（在图1中未示出）修正相电压指令信号（Vas*…Vcs*）107，以生成提供给三相PWM逆变器模块110的开关矢量信号（Sa…Sc）109。在PWM模块108中采用的具体调制算法可以是任何已知调制算法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术以控制脉宽调制（PWM）生成基于DC输入139以变化速度驱动电机120的交流（AC）波形。

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，且使用它们生成逆变器极处的三相交流（AC）电压信号波形，其以变化速度（ωr）驱动三相AC电机120。

三相电机120接收由PWM逆变器110生成的三相电压信号，且在指令扭矩Te*136时生成马达输出。在一个具体实施方式中，电机120包括三相同步电机120，但是所公开的实施例可以应用于具有任何数量相的任何同步电机。

虽然在图1中未示出，但是系统100还可以包括联接到三相AC电机120的轴且由三相AC电机120的轴驱动的齿轮。测量反馈定子电流（Ia…Ic）122-124被感测、取样且提供给上述abc-αβ转换模块127。

图2A是图示根据所公开实施例中的一些的一个示例性实施方式的电压指令生成器模块140的框图。

电压指令生成器模块140包括标准电压指令生成器模块240、斜变电压指令生成器模块270、和用于在由标准电压指令生成器模块240和斜变电压指令生成器模块270生成的输出之间进行选择的选择模块295。

标准电压指令生成器模块240包括电流指令生成器模块250和同步（SYNC.）坐标电流调节器模块260。

电流指令生成器模块250接收指令扭矩信号（Te*）136、在框137处生成的电角频率（ω_e）138、以及DC输入电压（Vdc）139作为输入，可能连同各种其它系统参数（取决于实施方式）一起。电流指令生成器模块250使用这些输入生成d轴电流指令（Id*）252和q轴电流指令（Iq*）254，其将理想地使得电机120在电角频率（ω_e）138时生成指令扭矩（Te*）。电流指令生成器模块250可以使用本领域已知的任何方程、查询表或算法实施，以将输入映射到d轴电流指令（Id*）252和q轴电流指令（Iq*）254。同步参考坐标d轴和q轴电流指令（Id*, （Iq*）252，254是DC指令，其在稳态时随着时间变化具有恒定值。

同步坐标电流调节器模块260接收同步参考坐标d轴电流信号（Id）132、同步参考坐标q轴电流信号（Iq）134、d轴电流指令（Id*）252和q轴电流指令（Iq*）254，且使用这些信号生成标准同步参考坐标d轴电压指令信号（Vd*）262和标准同步参考坐标q轴电压指令信号（Vq*）264。标准同步参考坐标电压指令信号（Vd*, Vq*）262, 264是DC指令，其对于稳态操作随着时间变化具有恒定值。由于电流指令是同步参考坐标的DC信号，因而与AC固定参考坐标电流指令相比，它们更易于调节。电流-电压转换的过程可以使用本领域已知的比例-积分（PI）控制器实施，且为了简便起见将不详细描述。

斜变电压指令生成器模块270包括初始状况和过渡参数计算模块280、以及电压指令轨迹计算模块290。

初始状况和过渡参数计算模块280接收电角频率（ω_e）138、同步参考坐标d轴电流信号（Id）132和同步参考坐标q轴电流信号（Iq）134，且使用这些信号来生成第一组值和第二组值，第一组值包括第一偏移值（a）、第一斜率（b）和上升时间（t_r）284，第二组值包括第二偏移值（c）、第二斜率（d）和上升时间（t_r）284。

根据所公开实施例，最佳过渡时间，本文称为上升时间（t_r），被计算以有助于减少过调量和改进响应性。初始状况和过渡参数计算模块280可以计算上升时间（t_r）284等于：（1）基本电周期（Te），其为电角频率（ω_e）138的倒数，或（2）最大上升时间（t_max），如果基本电周期（Te）大于最大上升时间（t_max）。当电角频率（ω_e）138低（例如，处于或低于318 rad/sec，与20毫秒周期或50赫兹相对应）时，那么上升时间（t_r）284应当以最大上升时间（t_max）限制（clamp）。

图2B是图示二阶系统对回转步进输入（slewed step input）的时域响应的一组模拟曲线图/曲线，其中，每个曲线具有不同上升时间（t_r）。图2B图示了曲线200具有等于基本电周期（Te）的最佳上升时间（t_r），对于所模拟系统是6.67毫秒。对于非常快的上升时间（例如，在该示例中，小于或等于5毫秒），存在非常大的过调量，超过一直到和高于稳态值的1.75倍。当上升时间（t_r）设定为等于基本电周期（Te）的最佳值时，过调量限制为稳态值的1.05倍。当上升时间（t_r）减慢超过基本电周期（Te）时，峰值过调量实际上增加，在接近2倍基本电周期（Te）时再次下降。这表明，增加上升时间（t_r）并不总是导致较低峰值过调量。虽然下一个最小值（接近2倍基本电周期（Te））可能提供稍微更低的过调量，但是与最佳值相比其并不显著减少且不值得增加过渡时间。

图2C是绘制根据回转步进输入的上升时间（t_r）而变的二阶系统的过调量的模拟曲线图。图2C图示了过调量的最低值在基本电周期（Te）、基本电周期的倍数（2Te）等等时发生。

再次参考图2A，初始状况和过渡参数计算模块280包括模块（未示出），例如基于同步参考坐标d轴电流信号（Id）132和同步参考坐标q轴电流信号（Iq）134生成d轴通量的初始值（λ_d0）和q轴通量的初始值（λ_q0）的二维查询表，和基于电角频率（ω_e）138、d轴通量的初始值（λ_d0）和q轴通量的初始值（λ_q0）生成过渡之前的d轴电压指令信号的初始值（Vd₀**）和过渡之前的q轴电压指令信号的初始值（Vq₀**）的另一个二维查询表。因而，基于电角频率（ω_e）138、同步参考坐标d轴电流信号（Id）132和同步参考坐标q轴电流信号（Iq）134，初始状况和过渡参数计算模块280可以确定初始操作状况，包括d轴通量的初始值（λ_d0）、q轴通量的初始值（λ_q0）、过渡之前的d轴电压指令信号的初始值（Vd₀**）和过渡之前的q轴电压指令信号的初始值（Vq₀**）。

此外，基于同步参考坐标d轴电流信号（Id）的期望最终值，初始状况和过渡参数计算模块280可以生成d轴通量的最终值（λ_df）和d轴电压指令信号的最终值（Vd_f**）。类似地，基于同步参考坐标q轴电流信号（Iq）的期望最终值，初始状况和过渡参数计算模块280可以生成q轴通量的最终值（λ_qf）和q轴电压指令信号的最终值（Vq_f**）。

初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（1）计算第一偏移值（a）：

                    (1),

第一偏移（a）由dλ_d/dt项确定，其等于最终d轴通量（λ_df）和初始d轴通量（λ_d0）之间的差除以上升时间（t_r）284。

初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（2）计算第一斜率（b）：

                 (2),

第一斜率（b）被计算，使得d轴电压指令信号（Vd**）292将在期望上升时间（t_r）内从d轴电压指令信号的初始值（Vd₀**）斜变至d轴电压指令信号的最终值（Vd_f**）。第一斜率（b）可以通过确定d轴电压指令信号的最终值（Vd_f**）和d轴电压指令信号的初始值（Vd₀**）之间的差且除以期望上升时间（t_r）来计算。

初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（3）计算第二偏移值（c）：

                 (3)。

因而，第二偏移（c）由dλ_q/dt项确定，其等于最终q轴通量（λ_qf）和初始q轴通量（λ_q0）之间的差除以上升时间（t_r）284。

初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（4）计算第二斜率（d）：

                (4),

第二斜率（d）被计算，使得q轴电压指令信号（Vq**）294将在期望上升时间（t_r）内从q轴电压指令信号的初始值（Vq₀**）斜变至q轴电压指令信号的最终值（Vq_f**）。第二斜率（d）可以通过确定q轴电压指令信号的最终值（Vq_f**）和q轴电压指令信号的初始值（Vq₀**）之间的差且除以期望上升时间（t_r）来计算。

再次参考图2A，电压指令轨迹计算模块290接收第一组值282、第二组值282、以及离散计时器值组（t₀…t₁）291作为输入，且处理其以生成斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294。离散计时器值组（t₀…t₁）291中的值的数量根据上升时间（t_r）284而变，且可以通过将上升时间（t_r）284除以以t₀开始且以t₁结束的离散（例如，均匀隔开）时间增量的数量来生成。在一个实施例中，离散时间增量的数量大于2。

例如，基于d轴电压指令信号的初始值（Vd₀**）、第一偏移值（a）、第一斜率（b）、上升时间（t_r）和离散计时器值组（t₀…t₁）291，电压指令轨迹计算模块290生成斜变同步参考坐标d轴电压指令信号（Vd**）292。例如，在一个实施例中，电压指令轨迹计算模块290根据如下方程（5）计算斜变同步参考坐标d轴电压指令信号（Vd**）292：

                    (5),

其中，值t是在初始时间（t₀）和上升时间（t_r）之间变化的计时器的当前值。在过渡开始时，t值等于t₀。

类似地，基于q轴电压指令信号的初始值（Vq₀**）、第二偏移值（c）、第二斜率（d）、上升时间（t_r）284和离散计时器值组（t₀…t₁）291，电压指令轨迹计算模块290生成斜变同步参考坐标q轴电压指令信号（Vq**）294。例如，在一个实施例中，电压指令轨迹计算模块290根据如下方程（6）计算斜变同步参考坐标q轴电压指令信号（Vq**）294：

                   (6)。

因而，每个电压指令信号将使用偏移和斜率计算，使得d轴和q轴电压指令信号（以及d轴和q轴通量）的轨迹可以在上文称为上升时间（t_r）的最佳过渡时间内从初始操作状况/点线性地斜变至最终操作状况/点（或目标终点）（即，将跟随朝向最终操作状况/点的直线）。在过渡开始，t值等于t₀。

由初始状况和过渡参数计算模块280以及电压指令轨迹计算模块290执行的过程将在下文参考图3更详细描述。

再次参考图2A，选择模块295接收由标准电压指令生成器模块240生成的标准电压指令信号262，264；以及由斜变电压指令生成器模块270生成的斜变电压指令信号292，294。选择模块295选择标准电压指令信号262，264或斜变电压指令信号292，294作为其输出信号。

如上所述，控制器150控制标志152。当标志152被禁用时，这表示电压指令生成器模块140以标准电压指令生成模式操作，这意味着电压指令生成器模块140将输出标准同步参考坐标电压指令信号（Vd*, Vq*）262, 264作为其输出信号。当标志152被启用时，这表示电压指令生成器模块140以斜变电压指令生成模式操作，这意味着电压指令生成器模块140将输出斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294作为其输出信号。

在一个实施例中，选择模块295将在标志152被禁用时选择标准同步参考坐标电压指令信号（Vd*, Vq*）262, 264作为其输出信号，且将在标志152被启用时选择斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294作为其输出信号。

图3是图示根据所公开实施例中的一些的一个示例性实施方式由图2A的斜变电压指令生成器模块270执行的过程的流程图。图3将参考图1和2描述。

在310，控制器150接收需要从一个操作点/状况过渡至另一个的指示。如下文更详细所述，在一个操作情形中，该指示可以在已经发生故障事件且从一个操作点过渡至三相短路操作模式或三相断路操作模式时生成。

在315，控制器150评估与过渡有关的初始操作点/状况（例如，马达电流、扭矩和电压）和与过渡有关的最终操作点/状况（例如任何其它新的操作点/状况，如三相短路、三相断路等），且基于所述评估来确定过渡是否需要从标准电压指令生成模式变为斜变电压指令生成模式。在一个实施例中，在315，控制器150响应于接收例如指示过渡需要从标准电压指令生成模式变为斜变电压指令生成模式的诊断指示符而确定过渡需要从标准电压指令生成模式变为斜变电压指令生成模式。

当控制器150确定过渡不需要从标准电压指令生成模式变为斜变电压指令生成模式时，控制器150禁用标志152，且电压指令生成器模块140处的过程300循环回到310，其中，控制器150继续等待（在310）接收需要从一个操作点/状况过渡至另一个的指示。要注意的是，当标志152保持禁用时，电压指令生成器模块140继续以标准电压指令生成模式操作，如上所述。

当控制器150确定过渡需要从标准电压指令生成模式变为斜变电压指令生成模式时，控制器150启用标志152，且电压指令生成器模块140处的过程300过渡至320，其中，电压指令生成器模块140开始以斜变电压指令生成模式操作。要注意的是，在以下说明中，框320，325，330描述在初始状况和过渡参数计算模块280处发生的过程，而框335，340，345，350，355描述在电压指令轨迹计算模块290处发生的过程。

在320，初始状况和过渡参数计算模块280确定永磁电机（PMM）120的初始操作状况，包括至少初始转子通量（λ_d0, λ_q0）以及PMM的瞬时速度或电角频率（ω_e）138。在一些实施例中，PMM 120的初始操作状况可以包括其它变量，如输入DC电压139。

在325，初始状况和过渡参数计算模块280基于PMM的电角频率（ω_e）138计算基本电周期（Te），且设定上升时间（t_r）284等于：（1）基本电周期（Te），或（2）最大上升时间（t_max），如果基本电周期（Te）大于最大上升时间（t_max）。

在330，基于PMM的期望最终转子通量（λ_df, λ_qf）、PMM的初始转子通量（λ_d0, λ_q0）和PMM的瞬时速度（ω_e），初始状况和过渡参数计算模块280计算生成斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294所需的偏移和斜率（即，第一偏移（a）、第一斜率（b）、第二偏移（c）和第二斜率（d））。这些偏移和斜率被计算，使得它们将生成的电压指令信号的轨迹将使得电压指令信号从初始值“线性地”斜变至最终值，同时满足用于从初始操作状况过渡至最终操作状况的上升时间（t_r）284。

再次参考图3，初始状况和过渡参数计算模块280将偏移和斜率（即，第一偏移（a）、第一斜率（b）、第二偏移（c）和第二斜率（d））连同上升时间（t_r）284一起传输给电压指令轨迹计算模块290，且过程300前进到335。

在335，电压指令轨迹计算模块290启动计时器，且将电压指令信号设定为与初始操作状况相对应的初始值（Vd₀**+a, Vq₀**+c）。

在340，电压指令轨迹计算模块290在框340的第一迭代期间将电压指令信号值（为初始值（Vd₀**+a, Vq₀**+c））通过增量/减量变为期望值，使得其在计时器的当前值（在框340的第一迭代期间，为t₀）时跟随计算斜率（b, d）的轨迹。换句话说，电压指令轨迹计算模块290改变电压指令信号的值，使得其在计时器的当前值（在框340的第一迭代期间，为t₀）时对应于（例如，满足/遵循）计算斜率（b, d）。

在345，电压指令轨迹计算模块290确定计时器的当前值是否小于上升时间（t_r）284。

当电压指令轨迹计算模块290确定计时器的当前值小于上升时间（t_r）284时，那么过程300前进到350，其中，电压指令轨迹计算模块290将计时器改变（例如，取决于实施方式，累增或递减）至新当前值（即，离散计时器值组（t₀…t₁）291中的下一值），且过程循环回到340，其中，电压指令轨迹计算模块290再次将电压指令（具有在前一迭代期间计算的值）通过增量/减量变为新的期望值，使得其在计时器的当前值时跟随计算斜率（b, d）的轨迹。换句话说，电压指令轨迹计算模块290改变电压指令信号的值，使得其在计时器的新当前值时对应于（例如，满足/遵循）计算斜率（b, d）。

相比而言，当电压指令轨迹计算模块290确定计时器的当前值大于或等于上升时间（t_r）284时，那么过程300前进到355，其中，电压指令轨迹计算模块290将斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294设定为与最终操作状况相对应的最终值。

参考图2和3所述的过程是通用的，因为其可以用于在从任何初始操作状况至任何不同最终操作状况的任何过渡期间以任何最佳方式生成斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294，而不用闭环控制。

为了提供一种具体类型的过渡的示例，即过渡至三相短路操作模式，现在将描述示例。

在从一定初始操作状况过渡至三相短路操作模式期间斜变电压指令信号的示例

在三相短路期间，逆变器模块中的所有上部（或下部）开关同时打开。这导致有效三相短路应用于电机。为了过渡至三相短路，期望终点是零电压和零通量。

然而，如上所述，当从一定初始状况突然过渡至三相短路时，引入大瞬变电流，瞬变电流可能给马达和逆变器两者引起显著应力，如果电流足够大，其可能导致转子磁体的去磁。

如现在将描述的，所公开实施例可以通过经由斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）控制电压指令信号的轨迹而有助于防止该突然过渡。

当从一定初始操作状况过渡至三相短路操作模式时，初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（7）计算第一偏移值（a）：

               (7),

其中，t_r是上升时间（t_r）284，λ_d0是初始d轴通量（λ_d0）。

初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（8）计算第一斜率（b）：

                   (8),

其中，ω_e是电角频率（ω_e）138,λ_q0是初始q轴通量（λ_q0）。初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（9）计算第二偏移值（c）：

                 (9)。

初始状况和过渡参数计算模块280可以根据如下方程（10）计算第二斜率（d）：

                   (10)。

再次参考图2A，电压指令轨迹计算模块290接收第一组值282、第二组值284、以及离散计时器值组（t₀…t₁）291作为输入，且处理其以生成斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294。离散计时器值组（t₀…t₁）291中的值的数量根据上升时间（t_r）284而变，且可以通过将上升时间（t_r）284除以以t₀开始且以t₁结束的离散（例如，均匀隔开）时间增量的数量来生成。在一个实施例中，离散时间增量的数量大于2。

例如，基于第一偏移值（a）、第一斜率（b）、上升时间（t_r）和离散计时器值组（t₀…t₁）291，电压指令轨迹计算模块290生成斜变同步参考坐标d轴电压指令信号（Vd**）292。例如，在一个实施例中，电压指令轨迹计算模块290根据如下方程（11）计算斜变同步参考坐标d轴电压指令信号（Vd**）292：

                (11),

其中，值t是在初始时间（t₀）和上升时间（t_r）之间变化的计时器的当前值。在过渡开始时，t值等于t₀。

类似地，基于第二偏移值（c）、第二斜率（d）、上升时间（t_r）284和离散计时器值组（t₀…t₁）291，电压指令轨迹计算模块290生成斜变同步参考坐标q轴电压指令信号（Vq**）294。例如，在一个实施例中，电压指令轨迹计算模块290根据如下方程（12）计算斜变同步参考坐标q轴电压指令信号（Vq**）294：

                 (12)。

因而，为了从一定初始操作状况过渡至三相短路操作模式，电压指令轨迹计算模块290设定斜变电压指令信号（Vd**, Vq**）292, 294为零伏，分别如图4A和4B所示。图4A是斜变（同步参考坐标）d轴电压指令信号（Vd**）292的曲线图，图4B是由图2A的斜变电压指令生成器模块270生成的斜变（同步参考坐标）q轴电压指令信号（Vq**）294的曲线图。

如图4A所示，斜变d轴电压指令信号（Vd**）292以与初始操作状况相对应的初始值（Vd₀**）410开始，且然后在计时器值（t₀）414处下降第一偏移值（a）412。斜变d轴电压指令信号（Vd**）292然后在上升时间（t_r）284期间随着计时器值增加根据由416限定的第一斜率（b）逐渐增加，直到其达到计时器值（t₁）418，在该点处，斜变d轴电压指令信号（Vd**）292增加至420处的零伏。

如图4B所示，斜变q轴电压指令信号（Vq**）294以与初始操作状况相对应的初始值（Vq₀**）430开始，且然后在计时器值（t₀）414处下降第二偏移值（c）432。斜变q轴电压指令信号（Vd**）294然后在上升时间（t_r）284期间随着计时器值增加根据由434限定的第二斜率（d）逐渐增加，直到其达到计时器值（t₁）418，在该点处，斜变q轴电压指令信号（Vd**）294增加至420处的零伏。

图5示出了分别图示由于从零电流初始状况突然过渡至三相短路和在从零电流初始状况斜变过渡至三相短路期间的电机动态响应的两个曲线图510，520。两个曲线图510，520在同步坐标系上绘制了q轴同步参考坐标电流（Iq）和d轴同步参考坐标电流（Id）。

具体地，曲线图510图示了在从零电流初始状况至三相短路的过渡瞬时施加（意味着标准电压指令172，174直接过渡至零）时根据d轴同步参考坐标电流（Id）而变的q轴同步参考坐标电流（Iq）。由于轻度阻尼的系统极，曲线图510图示了以突然方式施加三相短路导致非常大的电流过调量和高度振动的响应。电流跟随非常大和振动的动态轨迹，最终会聚在特征电流上。最终稳态值是特征电流（大约475安培峰值）。峰值负d轴电流达到最终稳态值的大约2倍。不仅电流具有振动响应，而且电机扭矩也是如此。电流的巨大峰值过调量在电机和逆变器上施加大应力。对于许多类型的马达，该大负d轴电流将去磁转子磁体且破坏电机。

相比而言，曲线图520图示了在使用斜变电压指令292，294施加三相短路时根据d轴同步参考坐标电流（Id）而变的q轴同步参考坐标电流（Iq）。曲线图520图示了使用斜变电压指令292，294导致相电流从零到最终操作状况（特征电流）的非常受控轨迹。所公开实施例的该实施方式最小化定子电流和马达扭矩的振动，且减少负d轴电流的峰值过调量。

图6A是图示了根据时间而变的固定参考坐标定子电流（Ia, Ib, Ic）622，623，624的一组曲线图。图6B是图示了根据时间而变的同步参考坐标电流（Id, Iq）632，634和固定坐标电流矢量幅度（Is）635的一组曲线图。图6A和6B中的各个电流波形在瞬时施加三相短路（意味着标准电压指令172，174直接过渡至零）时使用模拟器生成。图6A和6B图示了在突然三相短路瞬时施加到电机且标准电压指令信号172，174直接过渡至零时峰值固定相电流（Is）635（或d轴电流）达到几乎2×特征电流。如上所述，这可能导致电机去磁。

图7A是图示了根据时间而变的固定参考坐标定子电流（Ia, Ib, Ic）722，723，724的一组曲线图。图7B是图示了根据时间而变的同步参考坐标电流（Id, Iq）732，734和固定坐标电流矢量幅度（Is）735的一组曲线图。图7A和7B中的各个电流波形在施加三相短路且斜变电压指令292，294使用斜变电压指令生成器模块生成时使用模拟器生成。与在标准电压指令信号172，174施加时相比，图7A和7B图示了在与图6A和6B相同的操作状况下在施加斜变电压指令292，294时实际上没有过调量且电流表现非常好。

因而，在图5至7B所示的模拟结果表明，当在所公开实施例的该实施方式中施加斜变电压指令292，294时，在过渡至三相短路操作期间观察到的峰值瞬变电流可以显著地减少。此外，通过消除在现有技术中经受的电流的大过调量，所公开实施例的该实施方式可以提供从任何初始操作状况到三相短路的快速和受控过渡。

本领域技术人员还应意识到，可以将结合在此公开的实施例描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。一些实施例和实施方式在上文参照功能和/或逻辑块部件（或模块）和各种过程步骤来描述。然而应当理解的是，这种块部件（或模块）可以通过配置成执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。

为了清楚地说明硬件和软件的该互换性，大致根据它们的功能在上文描述了各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤。这种功能是否实施为硬件或软件取决于特定应用和施加给总体系统的设计约束。对于每个特定应用，本领域技术人员可以以不同的方法实施描述的功能，但这种实施方式的决策不应解释为导致偏离本发明的范围。例如，一个系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查询表等，其可以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。此外，本领域技术人员将理解，本文所述的实施例仅仅是示例性实施方式。

可以利用通用处理器、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、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或设计为执行这里所述功能的其任意组合来实施或执行结合公开的实施例所描述的各种示例性逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但可选地，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以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、结合DSP核的一个或多个微处理器、或任何其它这种配置。

结合在此公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接以硬件、由处理器执行的软件模块、或两者的结合来实现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性的存储介质联接至处理器，该处理器能从存储介质读取信息并能将信息写入存储介质中。可选地，存储介质可以与处理器一体形成。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。可选地，处理器和存储介质可作为分立部件驻留在用户终端中。

在该文本中，关系项（如，第一、第二等）可仅仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作进行区分，而不必需要或暗示在这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。数字序数词例如“第一”、“第二”、“第三”等仅表示多个中的不同单个而不意指任何次序或顺序，除非权利要求的语言明确这样定义。任何权利要求中的文字的顺序不意味着必须根据这种顺序以时间或逻辑顺序执行过程步骤，除非权利要求的语言明确这样定义。在不偏离本发明范围的前提下过程步骤可以以任意顺序互换，只要这种互换不会同权利要求语言相抵触且逻辑上不荒谬即可。

此外，取决于上下文，在描述不同元件之间关系中使用的词例如“连接”或“联接到”并不意指在这些元件之间必须是直接物理连接。例如，通过一个或多个附加元件，可以使两个元件物理地、电子地、逻辑地或以任何其它方式相互连接。

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阐述的本发明范围的情况下可作出元件的功能和设置的各种变化。

Claims (10)

1.一种生成电压指令信号的控制系统，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机，所述控制系统包括：

配置成执行软件指令的处理器；和

配置成存储能由处理器访问的软件指令的存储器，其中，所述软件指令包括：

电压指令生成器模块，所述电压指令生成器模块配置成基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号生成斜变电压指令信号，其中，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上升时间等于：

（1）基本电周期，其为电角频率的倒数，或

（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，由电压指令轨迹计算模块生成的斜变电压指令信号包括：

斜变d轴电压指令信号，基于第一偏移值（a）、第一斜率（b）、上升时间、以及一组离散计时器值生成，其中，斜变d轴电压指令信号最初改变第一偏移值（a），且其中，第一斜率（b）限定斜变d轴电压指令信号在上升时间内从d轴电压指令信号的初始值线性地变为d轴电压指令信号的最终值的轨迹；以及

斜变q轴电压指令信号，基于第二偏移值（c）、第二斜率（d）、上升时间、以及该组离散计时器值生成，其中，斜变q轴电压指令信号最初改变第二偏移值（c），且其中，第二斜率（d）限定斜变q轴电压指令信号在上升时间内从q轴电压指令信号的初始值线性地变为q轴电压指令信号的最终值的另一个轨迹。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，同步参考坐标电流信号包括d轴电流信号和q轴电流信号，且其中，电压指令生成器模块包括：

斜变电压指令生成器模块，所述斜变电压指令生成器模块包括：

初始状况和过渡参数计算模块，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成基于电角频率、d轴电流信号和q轴电流信号生成第一偏移值（a）、第一斜率（b）、第二偏移值（c）、第二斜率（d）和上升时间。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，电压指令生成器模块还包括：

标准电压指令生成器模块，所述标准电压指令生成器模块配置成基于扭矩指令信号、电角频率、DC输入电压、d轴电流信号和q轴电流信号生成标准d轴电压指令信号和标准q轴电压指令信号。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括：

控制器，所述控制器配置成生成标志，所述标志：

在电压指令生成器模块配置成以标准电压指令生成模式操作时被禁用；或者

在电压指令生成器模块配置成以斜变电压指令生成模式操作时被启用；以及

其中，所述软件指令还包括：

选择模块，所述选择模块配置成在由标准电压指令生成器模块和斜变电压指令生成器模块生成的输出之间进行选择，其中，所述选择模块输出以下中的任一个：

在标志被禁用时，标准d轴电压指令信号和标准q轴电压指令信号；或者

在标志被启用时，斜变d轴电压指令信号和斜变q轴电压指令信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器配置成确定从初始操作状况至最终操作状况的过渡指示斜变电压指令生成模式是被禁用还是被启用。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，当控制器确定标志被启用时，其中，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成：

确定永磁电机的初始操作状况，包括初始转子通量和电角频率；

基于电角频率计算基本电周期，且设定上升时间等于：（1）基本电周期，或（2）最大上升时间，如果基本电周期大于最大上升时间；以及

基于永磁电机的最终转子通量、初始转子通量和电角频率计算第一偏移值（a）、第一斜率（b）、第二偏移值（c）和第二斜率（d）。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述初始状况和过渡参数计算模块配置成：

基于电角频率、d轴电流信号和q轴电流信号来确定初始操作状况，包括：d轴通量的初始值、q轴通量的初始值、d轴电压指令信号的初始值、以及q轴电压指令信号的初始值；

基于电角频率来确定上升时间；

基于d轴电流信号的最终值确定d轴通量的最终值和d轴电压指令信号的最终值；以及

基于q轴电流信号的最终值确定q轴通量的最终值和q轴电压指令信号的最终值。

10.一种处理器可读存储介质，具有处理器可读代码，用于编程至少一个处理器以执行生成电压指令信号的方法，用于在从初始操作状况过渡至最终操作状况期间控制永磁电机，所述方法包括：

基于永磁电机的电角频率和同步参考坐标电流信号生成斜变电压指令信号，其中，所述斜变电压指令信号中的每个在设定为上升时间的过渡时段期间根据斜率线性地变化。

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