CN103516283A - 用于估算电机转子的角位置和/或角速度的方法、系统和设备 - Google Patents

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CN103516283A CN201310235329.1A CN201310235329A CN103516283A CN 103516283 A CN103516283 A CN 103516283A CN 201310235329 A CN201310235329 A CN 201310235329A CN 103516283 A CN103516283 A CN 103516283A
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Abstract

本发明的实施例涉及用于估算电机转子的角位置和/或角速度的方法、系统和设备。所述方法包括：基于第二计数器输出信号和第一计数器输出信号，计算表示当前控制周期期间的计算转子角位置的第一角位置信号和表示当前控制周期期间的计算转子角速度的第一角速度信号；以及基于第二计数器输出信号，确定在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差是否等于零，其中，所述两个连续的控制周期包括当前控制周期和上一控制周期；并且当确定从第二计数器输出信号确定的差等于零时，所述方法进一步包括：通过将第二角速度信号设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值而产生第二角速度信号。

Description

用于估算电机转子的角位置和/或角速度的方法、系统和设备
技术领域
本发明的技术领域总体涉及用于控制多相电机的操作的技术，更具体地涉及用于估算电机转子的角位置和/或角速度的方法、系统和设备。
背景技术
混合动力车辆（HEV）通常包括电牵引驱动系统，该系统包括由功率逆变器模块（PIM）利用来自直流（DC）电源（诸如蓄电池）的电力驱动的至少一个交流（AC）电动机。AC电动机的电动机绕组可以耦接到PIM的逆变器子模块。每个逆变器子模块包括以补充方式进行切换的一对开关，以执行将DC功率转换为AC功率的快速切换功能。脉宽调制（PWM）模块接收电压命令信号并且将PWM波形施加到电压命令信号，以控制电压命令信号的脉宽调制并且产生提供到逆变器模块的逆变器子模块的切换矢量信号。当施加切换矢量信号时，每个逆变器子模块中的每对开关以补充方式进行切换，以执行将DC功率转换为AC功率的快速切换功能。此AC功率驱动AC电动机，该AC电动机继而驱动HEV传动系统的轴。
矢量控制
许多现代高性能AC电动机驱动器使用磁场定向控制（FOC）或“矢量”控制原理来控制AC电动机的操作。具体地，矢量控制通常用于可变速驱动中以控制馈送到AC电动机的电流，从而能够控制通过AC电动机施加到轴的扭矩并因而能够控制电动机转子的机械角速度。简言之，定子相电流被测量并转化为相应的复杂空间矢量。然后，将此电流矢量变换到随AC电动机的转子旋转的坐标系。
为了确保电机的适当控制，矢量控制需要转子的角位置信息（即，转子相对于“定子”或电动机绕组的机械旋转角位置）。
传统的电动机控制系统一般包括提供电动机的角位置或频率信息的反馈装置（例如角位置或速度传感器）。例如，许多矢量控制电机驱动系统采用转子速度或位置传感器来提供控制电动机所需的转子角位置信息。例如，可以利用一些类型的速度或位置传感器基于实际测定量计算转子的角位置，以便控制反馈测量。作为一个例子，为了确定转子的角位置，可以用速度传感器测量其角速度，并且然后可以通过对速度测量值求积分而得到角位置。其它磁场定向或矢量控制系统可以使用直接提供绝对位置信息来实现电动机控制技术的转子角位置传感器或旋转传感器。一个这种例子是解算器和解算器-数字转换器电路，其直接提供与转子角位置相对应的位置信息。
重要的是传感器具有足够的准确度和分辨率，并且因此，许多系统采用高分辨率传感器来帮助提高系统性能。同时，反馈装置和相关接口电路的成本是很高的，并且因此期望降低这些装置的成本。这样一来，在一些情形中，可能期望采用低分辨率的传感器，因为它们不那么昂贵。
然而，当传感器的分辨率低时，计算和/或估算的角位置会有很大的波动和误差。这会降低控制性能（例如，在可以达到的扭矩准确度/线性度方面）。
期望提供用于估算电机转子的角位置和角速度的改进的方法、系统和设备，其能够提高估算的角位置和角速度的质量。还期望这类用于估算角位置和角速度的改进的方法和系统能够提高扭矩准确度，从而使得所产生的实际输出扭矩紧密追随命令的扭矩。还期望这类方法、系统和设备能够使用低分辨率的传感器，并且因此降低依赖传感器来估算角速度和/或角位置的系统的成本。通过随后的详细描述和所附权利要求并结合附图以及上述技术领域和背景技术，其它期望的本发明的特点和特征将变得显而易见。
发明内容
本发明的实施例涉及用于估算电机转子的角位置和/或角速度的方法、系统和设备。
根据一个公开的实施例，提供一种用于估算电机转子的角位置和角速度的方法。
基于第二计数器输出信号和第一计数器输出信号，计算第一角位置信号和第一角速度信号。第一角位置信号表示当前控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n]），并且第一角速度信号表示当前控制周期期间的计算转子角速度（ωMT[n]）。基于第二计数器输出信号，确定在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）是否等于零。所述两个连续的控制周期在下面被称为当前控制周期和上一控制周期。
当确定来自第二计数器输出信号的差（ΔNp[n]）等于零时，将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于1与上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和。然后，通过将第二角速度信号设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）而产生第二角速度信号，该第二角速度信号表示当前控制周期期间的经调节版本的计算转子角速度（ωMTa[n]）。
在一些实施例中，还可以产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本的第二角位置信号（θMTa [n]）。
例如，在一些实施方式中，还可以确定当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）。
在当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于一时，可以通过将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第一和来产生第二角位置信号。该第一和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号的值（θMT [n-1]）之和。
与之对比，在当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于一时，可以通过将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第二和来产生第二角位置信号。该第二和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号的值（θMTa [n-1]）之和。可以基于当前控制周期（Ts[n]）和第一变量的值（ωMT1[n]）计算第一乘积，该第一变量的值（ωMT1[n]）等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）。
方案1. 一种用于估算电机转子的角位置和角速度的方法，包括：
基于第二计数器输出信号和第一计数器输出信号，计算表示当前控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n]）的第一角位置信号和表示当前控制周期期间的计算转子角速度（ωMT[n]）的第一角速度信号；以及
基于第二计数器输出信号，确定在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）是否等于零，其中，所述两个连续的控制周期包括当前控制周期和上一控制周期；并且
当确定从第二计数器输出信号确定的差（ΔNp[n]）等于零时，所述方法进一步包括：
通过将第二角速度信号设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）而产生第二角速度信号，该第二角速度信号表示当前控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n]）。
方案2. 根据方案1所述的方法，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp[n]）等于零时，进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于一与上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和；
确定当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）；以及
产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）的第二角位置信号。
方案3. 根据方案2所述的方法，当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于一时，其中，产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）的第二角位置信号的步骤包括：
将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第一和，其中，该第一和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号的值（θMT [n-1]）之和。
方案4. 根据方案3所述的方法，当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于一时，其中，产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）的第二角位置信号的步骤包括：
将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第二和，其中，该第二和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号的值（θMTa [n-1]）之和，该第二角位置信号表示上一控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）。
方案5. 根据方案4所述的方法，其中，基于当前控制周期（Ts[n]）和第一变量的值（ωMT1[n]）计算第一乘积，该第一变量的值（ωMT1[n]）等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）。
方案6. 根据方案1所述的方法，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp[n]）不等于零时，所述方法进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于零（0）；
通过将第二变量（θMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角位置信号的值（θMT[n]），然后将第二角位置信号（θMTa[n]）设置为等于第二变量（θMT1[n]）的值，来输出第一角位置信号作为第二角位置信号而不进行改变；以及
通过将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角速度信号的值（ωMT[n]），然后将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于第一变量（ωMT1[n]）的值，来输出第一角速度信号作为第二角速度信号而不进行改变。
方案7. 根据方案1所述的方法，进一步包括：
产生传感器输出信号，每个传感器输出信号都包括脉冲；以及
基于传感器输出信号中的至少一个，产生：（1）第二计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）；和（2）第一计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的最后脉冲的相应沿之间的时间段（ΔTp[n]）。
方案8. 一种被配置为估算电机转子的角位置和角速度的系统，包括：
传感器，其机械地耦接到电机，所述传感器被配置为产生传感器输出信号，每个传感器输出信号都包括脉冲；
计数器，其被配置接收传感器输出信号，并且基于传感器输出信号中的至少一个产生：（1）第二计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）；和（2）第一计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的最后脉冲的相应沿之间的时间段（ΔTp[n]）；
角计算模块，其被配置为基于第一计数器输出信号和第二计数器输出信号产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n]）的第一角位置信号；以及
角位置和速度选择器模块，其被配置为当第二计数器输出信号等于零时产生第二角位置信号，该第二角位置信号表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa[n]）。
方案9. 根据方案8所述的系统，当第二计数器输出信号等于零时，其中，角位置和速度选择器模块被配置为基于第一角位置信号执行线性插值以产生第二角位置信号，该第二角位置信号表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa[n]）。
方案10. 根据方案8所述的系统，其中，第二角位置信号的值被计算为以下项目之和：
（1）第一变量（ωMT1[n]）和（2）当前控制周期（Ts[n]）之积，该第一变量等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）；以及
以下二者之一：
当未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于1时，上一控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n-1]），或
当未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于1时，上一控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa[n-1]）。
方案11. 根据方案8所述的系统，其中，角计算模块被进一步配置为基于第一计数器输出信号和第二计数器输出信号产生：表示当前控制周期期间的计算转子角速度（ωMT[n]）的第一角速度信号，并且当第二计数器输出信号等于零时，其中，角位置和速度选择器模块被配置为产生表示当前控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n]）的第二角速度信号，并且该第二角速度信号的值等于上一控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n-1]）。
方案12. 根据方案10所述的系统，其中，所述和是第一和或第二和，其中，所述乘积是第一乘积或第二乘积，并且其中，所述角位置和速度选择器模块被配置为：
确定两个连续控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp）是否等于零；以及
当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp）等于零时：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于一与上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和；
将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]），然后将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于第一变量（ωMT1[n]）；
确定当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）；并且
二者之一：
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于一时，将第二变量（θMT1[n]）设置为等于第一和，然后将第二角位置信号（θMTa[n]）设置为等于第二变量的值（θMT1[n]），其中，该第一和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号的值（θMT [n-1]）之和；或
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于一时，将第二变量（θMT1[n]）设置为等于第二和，然后将第二角位置信号（θMTa）设置为等于第二变量的值（θMT1[n]），其中，该第二和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号的值（θMTa [n-1]）之和，
其中，第一乘积是当前控制周期（Ts[n]）和第一变量（ωMT1[n]）的值的乘积，该第一变量的值等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）。
方案13. 根据方案12所述的系统，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp）不等于零时，其中，角位置和速度选择器模块被配置为输出第一角位置信号和第一角速度信号，第一角位置信号和第一角速度信号被分别计算为第二角位置信号和第二角速度信号而不进行改变。
方案14. 根据方案13所述的系统，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp）不等于零时，其中，角位置和速度选择器模块被配置为：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为零（0）；
将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角速度信号的值（ωMT[n]），然后将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于第一变量（ωMT1[n]）的值；以及
将第二变量（θMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角位置信号的值（θMT[n]），然后将第二角位置信号（θMTa[n]）设置为等于第二变量（θMT1[n]）的值。
方案15. 根据方案10所述的系统，进一步包括：
角速度观测仪模块，其耦接到角位置和速度选择器模块并且被配置为基于第二角位置信号和第二角速度信号产生观测角速度信号，其中，观测角速度信号表示当前控制周期期间的电机的观测转子角速度（ωObs[n]）。
方案16. 根据方案15所述的系统，进一步包括：
角位置观测仪模块，其耦接到角速度观测仪模块并且被配置为通过对观测角速度信号求积分来产生观测角位置信号，其中，观测角位置信号表示当前控制周期期间的电机的观测转子角位置（θObs[n]）。
方案17. 根据方案15所述的系统，其中，角速度观测仪模块包括：
角位置更新模块，其被配置为基于观测角位置信号产生角位置更新信号；
减法模块，其被配置为通过从第二角位置减去角位置更新信号来产生差信号；以及
比例积分微分（PID）控制器模块，其接收差信号并且基于该差信号产生观测角速度信号。
方案18. 一种方法，包括：
基于第二计数器输出信号，确定在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp）是否等于零，其中，所述两个连续的控制周期包括当前控制周期和上一控制周期；以及
当确定所述差（ΔNp）等于零时，所述方法进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于一与上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和；
将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]），
确定当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）；以及
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于一时：将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第一和，该第一和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号的值（θMT [n-1]）之和；或者
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于一时：将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第二和，该第二和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号的值（θMTa [n-1]）之和，该第二角位置信号表示上一控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]），
其中，基于当前控制周期（Ts[n]）和第一变量的值（ωMT1[n]）计算第一乘积，该第一变量的值（ωMT1[n]）等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）。
方案19. 根据方案18所述的方法，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp）不等于零时，所述方法进一步包括：
输出第一角位置信号作为第二角位置信号而不进行改变；以及
输出第一角速度信号作为第二角速度信号而不进行改变。
方案20. 根据方案19所述的方法，进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于零（0）；
其中，输出第一角速度信号作为第二角速度信号而不进行改变的步骤包括：
将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角速度信号的值（ωMT[n]），并且
然后将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于第一变量（ωMT1[n]）的值；并且
其中，输出第一角位置信号作为第二角位置信号而不进行改变的步骤包括：
将第二变量（θMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角位置信号的值（θMT[n]），并且
然后将第二角位置信号（θMTa[n]）设置为等于第二变量（θMT1[n]）的值。
附图说明
下面将结合以下附图描述本发明的实施例，其中，相似的附图标记表示相似的元件，并且：
图1是根据一些公开的实施例的电动机驱动系统的一个例子的框图。
图2A是图示根据一些公开的实施例的角位置和速度估算器的框图。
图2B是图示根据一些公开的实施例的一种实施方式的角速度观测仪的框图。
图3是图示根据一些公开的实施例的角位置和速度估算方法的流程图。
图4是图示在三个控制周期期间由传感器产生的输出信号和由计数器产生的相应输出信号的图表。
图5是图示作为时间（以秒为单位）的函数的实际转子角位置（以度为单位）的图表。
图6是图示当实际转子角位置如图5所示地变化时使用常规角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表。
图7是图示当实际转子角位置如图5所示地变化时使用根据一些公开的实施例的角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表。
图8是图示作为时间（以秒为单位）的函数的实际转子角位置的图表。
图9是图示当实际转子角位置如图8所示地变化时使用常规角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表。
图10是图示当实际转子角位置如图8所示地变化时使用根据一些公开的实施例的角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表。
具体实施方式
如在此使用的，词语“示例性”表示“作为例子、实例或例证”。以下详细描述本质上仅是示例性的并且并非意在限制本发明或本发明的应用和用途。这里作为“示例性”描述的任何实施例都不能被认为相比其它实施例更优选或有益。在本具体实施方式部分中描述的所有实施例都是示例性实施例，用于使本领域技术人员制作或使用本发明并且不限制由权利要求限定的本发明的范围。此外，本发明不受限于前述技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中出现的任何明示或暗示性理论。
在详细描述根据本发明的实施例之前，应该观察到，实施例主要属于与估算电机转子的角位置和角速度相关的方法步骤和设备部件的结合。应该理解，可以利用硬件、软件及其结合来实现这里描述的本发明的实施例。这里描述的控制电路可以包括各种部件、模块、电路和其它逻辑（其可以利用模拟和/或数字电路的结合、离散或集成模拟或数字电子电路或其结合来实现）。如在此使用的，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，可以利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）的电路来实现这里描述的控制电路（当实施这类电路中的控制逻辑的一部分或全部时）。应该理解，如本文描述的，这里描述的本发明的实施例可以包括一个或多个常规处理器和独特的存储程序指令，所述存储程序指令与特定的非处理器电路一起控制所述一个或多个处理器来实现用于估算电机转子的角位置和角速度的功能中的一些、大多数或全部。这样一来，这些功能可以被理解为用于估算电机转子的角位置和角速度的方法的步骤。或者，可以通过不具有储存的程序指令的状态机或在一个或多个专用集成电路（ASIC）中实现一些或全部功能，在所述一个或多个专用集成电路中，每个功能或特定功能的一些结合被实现为定制逻辑。当然，可以使用两种办法的结合。因此，这里将描述这些功能的方法和手段。此外，可以预期，虽然做出了相当大的努力和许多设计选择（例如由可用时间、当前技术和经济因素引起的），当受本文公开的概念和原理引导时，本领域技术人员能够用最少的试验容易地产生这类软件指令程序和集成电路。
概述
本发明的实施例涉及用于估算多相系统中使用的电机转子的角位置和角速度的方法、系统和设备。在一个示例性实施方式中，多相机器可以实现在诸如混合动力车辆（HEV）的操作环境中。在现在将描述的示例性实施方式中，将描述控制技术和科技被应用于混合动力车辆。然而，本领域技术人员应该理解，相同或相似的技术和科技可以应用于其它系统的背景下，在所述其它系统中期望估算多相系统中使用的电机转子的角位置和角速度。关于这点，这里公开的任意概念一般都可应用于“车辆”，并且如在此使用的，术语“车辆”广义地意指具有AC机器的非生命运输机械。此外，术语“车辆”不受诸如汽油或柴油燃料的任何特定推进技术限制。更确切地说，车辆还包括混合动力车辆、电池电动车辆、氢动力车辆和利用各种其它替代燃料进行操作的车辆。
如在此使用的，术语“交流（AC）机器”总体指的是将电能转化为机械能或相反的装置或设备。AC机器通常可以被分类为同步AC机器和异步AC机器。同步AC机器可以包括永磁体机器（例如表面安装式永磁体机器（SMPMM）和内部永磁体机器（IPMM））和磁阻机器。与之相比，异步AC机器包括感应机器。
尽管AC机器可以是AC电动机（例如，用于转化其输入端的AC电能以产生机械能或动力的设备），但是AC机器不限于AC电动机，而是还可以包括用于将其原动机的机械能或动力转化为其输出端的AC电能或动力的发电机。所述机器中的任意一个可以是AC电动机或AC发电机。AC电动机是由交流电流驱动的电动机。在一些实施方式中，AC电动机包括：外侧静止定子，其具有被供应交流电流以产生旋转磁场的线圈；以及内侧转子，其附接到被旋转的磁场提供以扭矩的输出轴。根据所使用的转子的类型，AC电动机可以被分类为同步的或异步的。
图1是根据公开的实施例的矢量控制电动机驱动系统100的一个例子的框图。系统100经由耦接到三相AC机器50的三相脉宽调制（PWM）逆变器模块40控制三相AC机器50，从而通过调节控制三相AC机器50的电流命令，三相AC机器50可以有效地使用提供到三相PWM逆变器模块40的DC输入电压（Vdc）10。在一个特定实施方式中，矢量控制电动机驱动系统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描述中，三相AC机器50被具体化AC动力机器50，并且具体是三相AC电动机器；然而，应该理解，所示的实施例仅是所公开的实施例可以应用于其的多种类型的AC机器中的一个非限制性例子，并且所公开的实施例可以应用于包括更少或更多相的任意类型的多相AC动力机器。
三相AC电动机50经由三个逆变器电极耦接到三相PWM逆变器模块40并且基于从PWM逆变器模块40接收的三相正弦电流信号41…43产生机械功率（扭矩×速度）。
提供包括角速度观测仪模块52和角位置观测仪模块54的角位置和速度估算器51。角速度观测仪模块52产生表示观测的转子角速度（ωObs）的信号，并且角位置观测仪模块54对信号53进行积分以产生表示观测的转子角位置（θObs）的信号56。
矢量控制电动机驱动系统100包括扭矩-电流映射模块15、同步（SYNC.）帧（frame）电流调节器模块20、同步-静止（SYNC.-STAT.）转变模块25、αβ参考帧-abc参考帧（αβ-abc）转变模块30、脉宽调制（PWM）模块35、三相PWM逆变器40、abc参考帧-αβ参考帧（abc-αβ）转变模块60以及静止-同步（STAT.-SYNC.）转变模块65。
扭矩-电流映射模块15接收扭矩命令输入信号（Te*）8、观测的转子角速度（ωObs）53和DC输入电压（VDC）10以及取决于实施方式的可能的各种其它系统参数作为输入。扭矩-电流映射模块15使用这些输入来产生将导致机器50在观测的转子角速度（ωObs）53下产生命令扭矩（Te*）的d轴电流命令（Id*）18和q轴电流命令（Iq*）19。具体地，扭矩-电流映射模块15使用所述输入来绘制d轴电流命令信号（Id*）18和q轴电流命令信号（Iq*）19与命令扭矩输入信号（Te*）8的映射。同步参考帧d轴电流命令信号（Id*）18和q轴电流命令信号（Iq*）19是当命令扭矩（Te*）、观测的转子角速度（ωObs）53和DC输入电压（VDC）10恒定时的稳定状态下具有作为时间的函数的恒定值的DC命令。
abc-αβ转变模块60接收从机器50反馈的测量的三相静止参考帧反馈定子电流（Ia…Ic）41-43。abc-αβ转变模块60使用这些三相静止参考帧反馈定子电流41-43来执行abc参考帧-αβ参考帧转变，以将三相静止参考帧反馈定子电流41-43转变为静止参考帧反馈定子电流（Iα，Iβ）63、64。abc-αβ转变是本领域所众所周知的并且为了简洁起见将不进行详细描述。
静止-同步转变模块65接收静止参考帧反馈定子电流（Iα，Iβ）63、64和观测的转子角位置（θObs）56，并且产生（例如处理或转换）这些静止参考帧反馈定子电流（Iα，Iβ）63、64以产生同步参考帧d轴电流信号（Id）66和同步参考帧q轴电流信号（Iq）67。静止-同步转换的过程是本领域众所周知的并且为了简洁起见将不进行详细描述。
同步帧电流调节器模块20接收同步参考帧d轴电流信号（Id）66、同步参考帧q轴电流信号（Iq）67、d轴电流命令（Id*）18和q轴电流命令（Iq*）19，并且使用这些信号来产生同步参考帧d轴电压命令信号（Vd*）23和同步参考帧q轴电压命令信号（Vq*）24。同步参考帧电压命令信号（Vd*、Vq*）23、24是当命令扭矩（Te*）、观测的转子角速度（ωObs）53和DC输入电压（VDC）10恒定时的稳定状态下具有作为时间的函数的恒定值的DC命令。电流-电压转换的过程可以被实现为比例积分（PI）控制器，其是本领域众所周知的并且为了简洁起见将不进行详细描述。由于在同步参考帧中电流命令是DC信号（在稳定状态下），因此它们相比AC静止参考帧电流命令更容易调节。
同步-静止转变模块25接收同步参考帧d轴电压命令信号（Vd*）23和同步参考帧q轴电压命令信号（Vq*）24以及观测的转子角位置（θObs）56作为输入，并且执行dq-αβ转变以产生α轴静止参考帧电压命令信号（Vα*）27和β轴静止参考帧电压命令信号（Vβ*）28。α轴静止参考帧电压命令信号（Vα*）27和β轴静止参考帧电压命令信号（Vβ*）28在静止参考帧中并且因此具有作为时间函数的按正弦波变化的值。同步-静止转换的过程是本领域众所周知的并且为了简洁起见将不进行详细描述。
αβ-abc转变模块30接收静止参考帧电压命令信号（Vα* 、Vβ*）27、28，并且基于这些信号产生被发送到PWM模块35的静止参考帧电压命令信号（Vas*…Vcs*）31、32、33（也被称作“相电压命令信号”）。αβ-abc转变是本领域众所周知的并且为了简洁起见将不进行详细描述。
三相PWM逆变器模块40耦接到PWM模块35。PWM模块35用于控制相电压命令信号（Vas*…Vcs*）31、32、33的PWM。基于图1未示出的占空比波形产生切换矢量信号（Sa…Sc）36、37、38，但是也可以在PWM模块35内部产生切换矢量信号（Sa…Sc）36、37、38，以在每个PWM周期期间具有特定的占空比。PWM模块35基于占空比波形（图1中未示出）改变相电压命令信号（Vas*…Vcs*）31、32、33，以产生提供到三相PWM逆变器模块40的切换矢量信号（Sa…Sc）36、37、38。在PWM模块35中执行的特定调制算法可以是包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的任意已知调制算法，该空间矢量脉宽调制技术控制脉宽调制（PWM）以基于DC输入10产生以变化的速度驱动三相AC动力机器50的交流（AC）波形。
切换矢量信号（Sa…Sc）36、37、38控制PWM逆变器40中的开关的切换状态，以在每个相A、B、C处产生三相电压命令。切换矢量信号（Sa…Sc）36、37、38是在每个PWM周期期间具有特定占空比的PWM波形，该占空比是由PWM模块35内产生的占空比波形确定的。
三相PWM逆变器模块40接收DC输入电压（Vdc）和切换矢量信号（Sa…Sc）36、37、38，并且使用它们来在逆变器电极处产生以变化的转子速度（ωr）驱动三相AC机器50的三相交流（AC）电压信号波形。
三相机器50接收PWM逆变器40产生的三相电压信号并且以命令扭矩Te* 8产生电动机输出。
尽管图1中未示出，但是系统100还可以包括耦接到三相AC机器50的轴并且由其驱动的齿轮。测量的反馈定子电流（Ia-Ic）41-43被感测、取样和提供到如上所述的abc-αβ转变模块60。
图2A是图示根据一些公开的实施例的角位置和速度估算器51的框图。
角位置和速度估算器51包括角速度观测仪模块52和角位置观测仪模块54。
角速度观测仪模块52包括传感器202、计数器206、角位置和速度计算模块210、角位置和速度选择器模块216和角速度观测仪模块222。
传感器202机械地耦接到电机50，从而其被配置为产生包括来自机器50的转子角速度和角位置信息的传感器输出信号203、204。在一个实施方式中，下面将参照图4描述这样的例子，传感器202输出包括一串脉冲（下面称作“第一”脉冲）的第一传感器输出信号203（例如在信道A上），和包括相对于第一脉冲发生相移的一串脉冲（下面称作“第二”脉冲）（例如在一个实施方式中第二脉冲相对于第一脉冲相移90度）的第二传感器输出信号204（例如在信道B上）。如下面将要解释的，来自任一串（或两串）脉冲的信息可以用于确定转子的估算角速度和/或角位置。此外，应该注意，在一个实施例中，传感器202可以是低分辨率传感器。就这点而言，应该注意一圈是360度。传感器的分辨率是指传感器能够区分的最小角度量。例如，如果传感器能够在10度和11度之间区分，但是不能在10度和10.9度之间区分，则传感器的分辨率是1度。当最小值较小时分辨率高，反之亦然。同样，术语低分辨率表示传感器不能识别转子位置的小的变化。
一般而言，计数器206统计一个或多个输入信号中的脉冲数量并且产生可以用于确定转子的角速度和角位置的一个或多个输出信号。在所示实施例中，计数器206被配置为接收传感器输出信号203、204。基于传感器输出信号203、204中的至少一个，计数器206被配置为产生计数器输出信号207、208，其在一个实施例中包括：（1）第一计数器输出信号207和（2）第二计数器输出信号208。换言之，可以基于传感器输出信号203、204中的任意一个或传感器输出信号203、204两者产生包括在计数器输出信号207、208中的信息（△Tp[n], △Np[n]）。第一计数器输出信号207表示在两个连续的控制周期期间检测到的最后脉冲的下降沿（或上升沿）之间的时间段（△Tp[n]），并且第二计数器输出信号208表示在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（△Np[n]）。下面将参照图4描述信号207、208的例子。应该注意，在整个应用中，数值n是随时间增大的整数，并且变量Ts[n]用于表示控制周期，其可以是例如100微秒。
例如，在一个实施方式中，第二计数器输出信号208表示在特定的“当前”控制周期期间统计的第一脉冲数量和在上一控制周期期间统计的第一脉冲数量之差（其中，上一控制周期和特定的当前控制周期是连续的控制周期）。或者，在另一实施方式中，第二计数器输出信号208表示在特定的“当前”控制周期期间统计的第二脉冲数量和在上一控制周期期间统计的第二脉冲数量之差（其中，上一控制周期和特定的当前控制周期是连续的控制周期）。
此外，在一个实施方式中，第一计数器输出信号207表示在特定控制周期期间检测到的脉冲（例如第一脉冲或第二脉冲）的下降沿和在该特定控制周期之后的下一连续控制周期期间检测到的另一脉冲（例如第一脉冲或第二脉冲）的下降沿之间的时间段。或者，在另一实施方式中，第一计数器输出信号207表示在特定控制周期期间检测到的脉冲（例如第一脉冲或第二脉冲）的上升沿和在该特定控制周期之后的下一连续控制周期期间检测到的另一脉冲（例如第一脉冲或第二脉冲）的上升沿之间的时间段。
基于第一计数器输出信号207和/或第二计数器输出信号208，角计算模块210被配置为产生第一角位置信号212和第一角速度信号214。例如，在一个实施例中，角计算模块210通过下面的计算方程（1）产生信号212，并且通过下面的计算方程（2）产生信号214：
θMT[n] = θMT[n-1] + KMT * ΔNp[n]  (1) ；
ωMT[n] = KMT * ΔNp[n]/ ΔTp[n]  (2)。
在方程（1）和（2）中，变量KMT是由传感器参数、每圈的脉冲数量（当转子（或等价的传感器）旋转一圈（360度）时传感器产生的脉冲数量）确定的常数。第一角位置信号212表示当前控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n]），并且第一角速度信号214表示当前控制周期期间的计算转子角速度（ωMT[n]）。
角位置和速度选择器模块216接收第二计数器输出信号208以及第一角位置信号212和第一角速度信号214作为控制输入。如下面将要更详细地解释的，角位置和速度选择器模块216可以产生和输出具有三个不同值（在下面参照图3的步骤330、335、350描述的）之一的第二角位置信号218和可以具有两个不同值（在下面参照图3的步骤320、345描述的）之一的第二角速度信号220。
为了进一步解释，基于第二计数器输出信号208，角位置和速度选择器模块216可以确定在两个连续控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp）是否等于零。
当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）不等于零时，角位置和速度选择器模块216可以输出经210计算的第一角位置信号212和第一角速度信号214分别作为第二角位置信号218和第二角速度信号220，而不进行改变。为了进一步解释，在一个实施方式中，当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）不等于零时，角位置和速度选择器模块216可以将另一计数器（未示出）设置为等于零（0），该计数器统计出在当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）。之后，角位置和速度选择器模块216可以将第一变量（θMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角位置信号212的值（θMT[n]），之后将第二角位置信号（θMTa[n]）218设置为等于第一变量（θMT1[n]）。类似地，角位置和速度选择器模块216可以将第二变量（ωMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角速度信号214的值（ωMT[n]），之后将第二角速度信号（ωMTa[n]）220设置为等于第二变量（ωMT1[n]）。
与之相比，当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）等于零时，角位置和速度选择器模块216被配置为处理第一角位置信号212以产生和输出第二角位置信号218，并且处理第一角速度信号214以产生和输出第二角速度信号220。第二角位置信号218表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]），第二角速度信号220表示当前控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n]）。
为了进一步解释，在一个实施方式中，当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）等于零时，角位置和速度选择器模块216可以将在当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于1与在上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和。之后，角位置和速度选择器模块216可以将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于在上一控制周期期间计算的第二角速度信号220的值（ωMTa[n-1]），之后将第二角速度信号（ωMTa）220设置为等于第一变量（ωMT1[n]）。这样一来，在此情形中，第二角速度信号220将被设置为等于在上一控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n-1]）的值。
如下面将要参照图3更详细地描述的，当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）等于零时，角位置和速度选择器模块216被配置为输出第二角位置信号218，第二角位置信号218表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）。在一个特定实施方式中，经由角位置和速度选择器模块216计算的第二角位置信号218具有被计算为（1）乘积（ωMT1[n]×Ts[n]）与（2）数值（例如θMT[n-1])或θMTa[n-1]）之和的值。例如，在一个实施例中，所述乘积可以是（1a）第一变量（ωMT1[n]）（等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号220的值（ωMTa[n-1]））和（1b）当前控制周期（Ts[n]）之积，而所述值可以是以下二者之一：（2a）当未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于1时上一控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n-1]）或（2b）当未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于1时上一控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa[n-1]）。
例如，在一个实施例中，角位置和速度选择器模块216可以确定在当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）。
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于1时，角位置和速度选择器模块216可以将第二变量（θMT1[n]）设置为等于“第一”和，之后将第二角位置信号（θMTa）218设置为等于第二变量（θMT1[n]）。在此情形中，第一和是（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号212的值（θMT[n-1]）之和。第一乘积是当前控制周期（Ts[n]）和上一控制周期期间计算的第二角速度信号220的第一变量（ωMT1[n]）的值之积。
与之相比，当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于1时，角位置和速度选择器模块216可以将第二变量（θMT1[n]）设置为等于第二和，之后将第二角位置信号（θMTa[n]）218设置为等于第二变量（θMT1[n]）。第二和是（1）第一乘积（如上所述）与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号218的值（θMTa[n-1]）之和。
角速度观测仪模块222耦接到角位置和速度选择器模块216和角位置观测仪模块54。如下面将要描述的，角速度观测仪模块222可以基于第二角位置信号218、第二角速度信号220和信号56产生观测角速度信号53。观测角速度信号53表示当前控制周期期间的电机的观测转子角速度（ωObs[n]）。
基于信号53，角位置观测仪模块54通过求观测角速度信号53对时间的积分而产生和输出观测的角位置信号56。信号56表示当前控制周期期间的电机的观测转子角位置（θObs [n]）。
图2B是图示根据一些公开的实施例中的一个实施方式的角速度观测仪222的框图。在本实施方式中，角速度观测仪模块222包括减法模块224、比例积分微分（PID）控制器模块228和角位置更新模块236。
角位置更新模块236基于信号220（表示当前控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n]））和信号56（表示当前控制周期期间的观测转子角位置（θObs[n]））产生角位置更新信号238。
减法模块224通过从信号218（表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]））减去角位置更新信号238而产生差信号226。差信号226表示信号218与角位置更新信号238之差。
如本领域已知的，PID控制器模块228是试图通过调节过程控制输入来最小化差信号226的反馈控制器。在本实施方式中，PID控制器模块228接收差信号226并且输出基于差信号226产生的信号53。信号53表示当前控制周期期间的观测转子角速度（ωObs[n]）。
图3是图示根据一些公开的实施例的角位置和速度估算方法300的流程图。方法300开始于305，并且在310，角位置和速度选择器模块216可以确定在两个连续控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp）是否等于零（例如，确定当前控制周期和上一控制周期期间统计的脉冲数量之差（ΔNp）是否等于零）。
当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）等于零时，方法300进行到315，在315，角位置和速度选择器模块216可以将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于1与在上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和。
在320，角位置和速度选择器模块216可以将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于在上一控制周期期间计算的第二角速度信号220的值（ωMTa[n-1]）。在325，角位置和速度选择器模块216可以确定在当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）。
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于1时，方法300进行到330，在330，角位置和速度选择器模块216可以将第二变量（θMT1[n]）设置为定于“第一”和。在一个实施例中，第一乘积是当前控制周期（Ts[n]）和上一控制周期期间计算的第二角速度信号220的第一变量（ωMT1[n]）的值之积，并且第一和是（1）“第一”乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号212的值（θMT[n-1]）之和。与之相比，当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于1时，方法300进行到335，在335，角位置和速度选择器模块216可以将第二变量（θMT1[n]）设置为等于“第二”和。在一个实施例中，第二和是（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号218的值（θMTa[n-1]）之和。
当来自第二计数器输出信号208的差（ΔNp）不等于零时，方法300进行到340，在340，角位置和速度选择器模块216可以将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于零（0）。在345，角位置和速度选择器模块216可以将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间的计算第一角速度信号214的值（ωMT[n]），在350，角位置和速度选择器模块216可以将第二变量（θMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间的计算第一角位置信号212的值（θMT[n]）。
在365，角位置和速度选择器模块216可以将第二角速度信号（ωMTa[n]）220设置为等于第一变量（ωMT1[n]）的值，其可以是来自320或345的值。换言之，当方法300遵循路径315、320、325、330/335时，角位置和速度选择器模块216可以将第二角速度信号（ωMTa[n]）220设置为等于参照320如上所述地计算的第一变量（ωMT1[n]）的值。与之相比，当方法300遵循路径340、345、350时，角位置和速度选择器模块216可以将第二角速度信号（ωMTa[n]）220设置为等于参照345如上所述地计算的第一变量（ωMT1[n]）的值。
在370，角位置和速度选择器模块216可以将第二角位置信号（θMTa[n]）218设置为等于第二变量（θMT1[n]），其可以是来自330、335或350的值。换言之，当方法300遵循路径315、320、325、330时，角位置和速度选择器模块216可以将第二角位置信号（θMTa[n]）218设置为等于第二变量（θMT1[n]），该第二变量等于第一和（如以上参照330描述的）。与之相比，当方法300遵循路径315、320、325、335时，角位置和速度选择器模块216可以将第二角位置信号（θMTa[n]）218设置为等于第二变量（θMT1[n]），该第二变量等于第二和（如以上参照335描述的）。当方法300遵循路径340、345、350时，角位置和速度选择器模块216可以将第二角位置信号（θMTa[n]）218设置为等于在当前控制周期期间计算的第一角位置信号212的值（θMT[n]）（如以上参照350描述的）的第二变量（θMT1[n]）
之后，方法300结束于375。
图4是图示当变量n从k-1增加到k+1时在三个控制周期（Ts[k-1]、Ts[k]、Ts[k+1]）201期间由传感器202产生的输出信号203、204和由计数器206产生的相应输出信号207、208的图表。具体地，图4图示了根据公开的实施例中的一个实施方式的作为时间函数的第一传感器输出信号203和第二传感器输出信号204以及将由计数器206产生的第二计数器输出信号208和第一计数器输出信号207的相应信息的图表。
图4图示了当变量n从k-1增加到k+1时的三个控制周期（Ts[k-1]、Ts[k]、Ts[k+1]）。下面这些将被称作上一控制周期（Ts[k-1]）、当前控制周期（Ts[k]）和下一控制周期（Ts[k+1]）。
如图4所示，在上一控制周期（Ts[k-1]）期间，第一传感器输出信号203（在传感器202的信道A上输出）将致使计数器206输出第二计数器输出信号208-1（在信号208-1中在两个连续控制周期期间检测到的“第一”脉冲的数量之差（ΔNp[k-1]）等于二（2））和第一计数器输出信号207-1（其具有在两个连续控制周期（Ts[k-2]、Ts[k-1]）期间检测到的最后第一脉冲的下降沿之间的时间段（ΔTp[k-1]））。
类似地，在上一控制周期（Ts[k-1]）期间，第二传感器输出信号204（在传感器202的信道B上输出）将致使计数器206输出第二计数器输出信号208-4（在信号208-4中在两个连续控制周期期间检测到的“第二”脉冲的数量之差（ΔNp[k-1]）等于二（2））和第一计数器输出信号207-4（其具有在两个连续控制周期（Ts[k-2]、Ts[k-1]）期间检测到的最后第二脉冲的下降沿之间的时间段（ΔTp[k-1]）。应该注意，虽然时间段（ΔTp[k-1]）被确定在每个控制周期（Ts）期间的（第一或第二）脉冲的最后两个下降沿之间，在替代实施例中，该时间段（ΔTp[k-1]）可以在每个控制周期（Ts）的（第一或第二）脉冲的最后两个上升沿之间确定。
在当前控制周期（Ts[k]）期间，第一传感器输出信号203（在传感器202的信道A上输出）将致使计数器206输出第二计数器输出信号208-2（在信号208-2中在两个连续控制周期期间检测到的“第一”脉冲的数量之差（ΔNp[k]）等于一（1））和第一计数器输出信号208-2（其具有在两个连续控制周期（Ts[k-1]、Ts[k]）期间检测到的最后第一脉冲的下降沿之间的时间段（ΔTp[k]））。
类似地，在当前控制周期（Ts[k]）期间，第二传感器输出信号204（在传感器202的信道B上输出）将致使计数器206输出第二计数器输出信号208-5（在信号208-5中在两个连续控制周期期间检测到的“第二”脉冲的数量之差（ΔNp[k]）等于一（1））和第一计数器输出信号207-5（其具有在两个连续控制周期（Ts[k-1]、Ts[k]）期间检测到的最后第二脉冲的下降沿之间的时间段（ΔTp[k]））。
在下一控制周期（Ts[k+1]）期间，第一传感器输出信号203（在传感器202的信道A上输出）将致使计数器206输出第二计数器输出信号208-3（在信号208-3中在两个连续控制周期期间检测到的“第一”脉冲的数量之差（ΔNp[k+1]）等于二（2））和第一计数器输出信号207-3（其具有在两个连续控制周期（Ts[k]、Ts[k+1]）期间检测到的最后第一脉冲的下降沿之间的时间段（ΔTp[k+1]））。
与之相比，在下一控制周期（Ts[k+1]）期间，第二传感器输出信号204（在传感器202的信道B上输出）将致使计数器206输出第二计数器输出信号208-6（在信号208-6中在两个连续控制周期期间检测到的“第二”脉冲的数量之差（ΔNp[k+1]）等于一（1））和第一计数器输出信号207-6（其具有在两个连续控制周期（Ts[k]、Ts[k+1]）期间检测到的最后第二脉冲的下降沿之间的时间段（ΔTp[k+1]））。
图5-10是在不同条件下的实际转子角位置和转子角位置估算误差的模拟。
图5是图示作为时间（以秒为单位）的函数的实际转子角位置（以度为单位）的图表510。图6是图示当实际转子角位置如图5所示地变化时使用常规角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表610。
图7是图示当实际转子角位置如图5所示地变化时使用根据一些公开的实施例的角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表710。
图6和7表明当使用根据一些公开的实施例的角速度观测仪来估算转子角位置时转子角位置估算误差显著降低。
图8是图示作为时间（以秒为单位）的函数的实际转子角位置的图表810。
图9是图示当实际转子角位置如图8所示地变化时使用常规角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表910。
图10是图示当实际转子角位置如图8所示地变化时使用根据一些公开的实施例的角速度观测仪来估算转子角位置的情况下，作为时间（以秒为单位）的函数的转子角位置估算误差（以度为单位）的图表1010。
图9和10表明当使用根据一些公开的实施例的角速度观测仪来估算转子角位置时转子角位置估算误差显著降低。
图7和图10的对比还表明当转子角位置变化速率（即转子角速度）较低时转子角位置估算误差较大。
因此，根据公开的实施例，提供了用于估算电机转子的角位置和速度的改进的方法和系统。公开的方法和系统可以提高估算角位置和估算角速度的质量，因为那些估算中的误差被降低。这有助于提高控制性能（例如扭矩准确度）。角位置和/或速度估算误差越大，机器输出扭矩和命令扭矩之间的差异将越大。选择性地，可以降低传感器的分辨率规格，同时实现与较高分辨率的传感器相同的性能。这样，由于可以采用廉价的低分辨率传感器而可以降低系统成本。
本领域技术人员还应该理解，联系本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或其结合。以上描述了一些实施例和实施方式中的功能块和/或逻辑块部件（或模块）以及各种处理步骤。然而，应该理解，可以通过被配置为执行特定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件部件来实现这类块部件（或模块）。
为了清楚地示出硬件和软件的可交换性，以上已经总体描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤的功能。这种功能是否被实现为硬件或软件取决于具体应用和作用于整个系统的设计约束。对于每个具体应用，技术人员可以以不同方式实现所述功能，但是这类实现决定不应该被理解为偏离本发明的范围。例如，系统或部件的实施例可以采用各种集成电路部件，例如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的存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件或查找表等。此外，本领域技术人员应该理解，本文描述的实施例仅是示例性的实施方式。
可以利用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任意结合来实现或执行联系本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路，以执行本文描述的功能。通用处理器可以是微处理器，但是可选择地，处理器可以是任意常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可被实现为计算装置的结合，例如，DSP和微处理器的结合、多个微处理器、一个或多个微处理器联合DSP芯或任意其它这种配置。
联系本文公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接具体化在硬件、处理器所运行的软件模块或两者的结合中。软件模块可以存驻于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD-ROM或本领域已知的任意形式的存储介质中。示例性存储介质耦接到处理器，从而使得存储器可以从存储介质读取信息并且将信息写入存储介质。可选择地，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以存驻于ASIC中。ASIC可以存驻于用户终端中。可选择地，处理器和存储介质可以作为离散部件存驻于用户终端中。
在本文件中，诸如第一和第二等的关系术语仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而在这类实体或动作之间未必需要或隐含任何实际的关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的序数仅表示多个中的不同单个，并且除非用声明式语言特别限定，不暗示任何顺序或排序。任意权利要求中的文本排序并非暗示过程步骤必须按根据这种排序的时间或逻辑顺序来执行，除非用声明式语言特别限定。在不脱离本发明范围的情况下，可以以任意顺序互换过程步骤，只要这种互换不与声明式语言矛盾并且符合逻辑。
此外，根据上下文，在描述不同元件之间的关系时使用的词语，诸如“连接”或“耦接”，并非暗示必须在这些元件之间建立直接的物理连接。例如，两个元件可以通过一个或多个额外元件物理地、电气地、逻辑地或以任意其它方式互相连接。
尽管在前述详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但是应该理解，还存在大量改型。还应该理解，所述示例性实施例仅是例子，并且不意在以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。更确切地说，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的方便的路线图。应该理解，在不脱离所附权利要求及其法律等价物中描述的本发明的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种用于估算电机转子的角位置和角速度的方法，包括：
基于第二计数器输出信号和第一计数器输出信号，计算表示当前控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n]）的第一角位置信号和表示当前控制周期期间的计算转子角速度（ωMT[n]）的第一角速度信号；以及
基于第二计数器输出信号，确定在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）是否等于零，其中，所述两个连续的控制周期包括当前控制周期和上一控制周期；并且
当确定从第二计数器输出信号确定的差（ΔNp[n]）等于零时，所述方法进一步包括：
通过将第二角速度信号设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）而产生第二角速度信号，该第二角速度信号表示当前控制周期期间的计算转子角速度的经调节版本（ωMTa[n]）。
2.根据权利要求1所述的方法，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp[n]）等于零时，进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于一与上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和；
确定当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）；以及
产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）的第二角位置信号。
3.根据权利要求2所述的方法，当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于一时，其中，产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）的第二角位置信号的步骤包括：
将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第一和，其中，该第一和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号的值（θMT [n-1]）之和。
4.根据权利要求3所述的方法，当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于一时，其中，产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）的第二角位置信号的步骤包括：
将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第二和，其中，该第二和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号的值（θMTa [n-1]）之和，该第二角位置信号表示上一控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]）。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于当前控制周期（Ts[n]）和第一变量的值（ωMT1[n]）计算第一乘积，该第一变量的值（ωMT1[n]）等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）。
6.根据权利要求1所述的方法，当来自第二计数器输出信号的差（ΔNp[n]）不等于零时，所述方法进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于零（0）；
通过将第二变量（θMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角位置信号的值（θMT[n]），然后将第二角位置信号（θMTa[n]）设置为等于第二变量（θMT1[n]）的值，来输出第一角位置信号作为第二角位置信号而不进行改变；以及
通过将第一变量（ωMT1[n]）设置为等于当前控制周期（Ts[n]）期间计算的第一角速度信号的值（ωMT[n]），然后将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于第一变量（ωMT1[n]）的值，来输出第一角速度信号作为第二角速度信号而不进行改变。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
产生传感器输出信号，每个传感器输出信号都包括脉冲；以及
基于传感器输出信号中的至少一个，产生：（1）第二计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）；和（2）第一计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的最后脉冲的相应沿之间的时间段（ΔTp[n]）。
8.一种被配置为估算电机转子的角位置和角速度的系统，包括：
传感器，其机械地耦接到电机，所述传感器被配置为产生传感器输出信号，每个传感器输出信号都包括脉冲；
计数器，其被配置接收传感器输出信号，并且基于传感器输出信号中的至少一个产生：（1）第二计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp[n]）；和（2）第一计数器输出信号，其表示在两个连续的控制周期期间检测到的最后脉冲的相应沿之间的时间段（ΔTp[n]）；
角计算模块，其被配置为基于第一计数器输出信号和第二计数器输出信号产生表示当前控制周期期间的计算转子角位置（θMT[n]）的第一角位置信号；以及
角位置和速度选择器模块，其被配置为当第二计数器输出信号等于零时产生第二角位置信号，该第二角位置信号表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa[n]）。
9.根据权利要求8所述的系统，当第二计数器输出信号等于零时，其中，角位置和速度选择器模块被配置为基于第一角位置信号执行线性插值以产生第二角位置信号，该第二角位置信号表示当前控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa[n]）。
10.一种方法，包括：
基于第二计数器输出信号，确定在两个连续的控制周期期间检测到的脉冲数量之差（ΔNp）是否等于零，其中，所述两个连续的控制周期包括当前控制周期和上一控制周期；以及
当确定所述差（ΔNp）等于零时，所述方法进一步包括：
将当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）设置为等于一与上一控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n-1]）之和；
将第二角速度信号（ωMTa[n]）设置为等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]），
确定当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）是否等于一（1）；以及
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）等于一时：将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第一和，该第一和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第一角位置信号的值（θMT [n-1]）之和；或者
当当前控制周期期间未接收到脉冲的次数（Nnp[n]）不等于一时：将第二角位置信号（θMTa [n]）设置为等于第二和，该第二和包括（1）第一乘积与（2）上一控制周期期间计算的第二角位置信号的值（θMTa [n-1]）之和，该第二角位置信号表示上一控制周期期间的计算转子角位置的经调节版本（θMTa [n]），
其中，基于当前控制周期（Ts[n]）和第一变量的值（ωMT1[n]）计算第一乘积，该第一变量的值（ωMT1[n]）等于上一控制周期期间计算的第二角速度信号的值（ωMTa[n-1]）。
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