CN103563235A

CN103563235A - 用于脉宽调制驱动的共模磁滞

Info

Publication number: CN103563235A
Application number: CN201280025338.1A
Authority: CN
Inventors: M·索尔斯
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: CA2830064C; JP5743364B2; US8760106B2; WO2012134856A3; CN103563235B; US20120249043A1; JP2014509830A; EP2692050A2; WO2012134856A2; CA2830064A1; EP2692050B1

Abstract

在一方面，通常而言，一种用于多相驱动的脉宽调制控制的方法，包括从驱动的多个相中识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，包括将具有中间控制信号水平的那些相从合格相的集合排除以及根据对控制信号水平的邻近准则排除相。从合格相的集合选择相。第一偏置信号被确定为选择的相的控制信号水平和与多个极限供电电压之一关联的极限控制信号水平之间的差。对驱动的每个相确定修改的控制信号，通过形成第一偏置信号和每个相的控制信号水平的组合来确定每个相的修改的控制信号。

Description

用于脉宽调制驱动的共模磁滞

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年3月30日提交的美国申请第13/075,453号的优先权，其内容被结合于此。

背景技术

本发明涉及用于脉宽调制驱动的共模磁滞。

许多电机控制应用利用脉宽调制（PWM）电压来驱动处于各种速度的电机。在一些示例中，电机控制应用将PWM控制器连同PWM逆变器（例如，三相逆变器）一起使用。控制器和逆变器可以被用来控制驱动电机的信号的电压水平和频率两者。

一种用于使用三相逆变器桥生成脉宽调制电压的常用方法是计算与命令的电压V_a、V_b和V_c的集合成比例的占空比D_a、D_b和D_c。随后将占空比发送到控制逆变器开关的电路。

诸如频率和电流幅度之类的因素直接影响PWM逆变器中的功率损耗。例如，在高电流相上的转变可以在断开状态和导通状态之间的转变期间耗散开关设备（例如，晶体管）中大量的能量。

可以通过降低开关频率或者通过降低将要被传导的电流来降低开关损耗。然而，这样的降低方法在某些应用中可能是不够的。因此，用于降低开关损耗的其它方法是合意的。

在一些示例中，多相控制电压被用来控制电机速度、转矩或者反馈回路中的位置。由于某些PWM算法，在相控制电压中的噪声可以导致PWM控制器引入共模电压的不需要的、快速的开关。该不需要的开关可以转化为用于驱动电机的PWM信号的不需要的开关。由这样的不需要的开关引入的功率损耗可以是显著的。因此，系统设计者可以努力减少不需要的开关。

发明内容

在一方面，通常而言，通过用彼此很接近的命令电压不中止相上的占空比来抑制不需要的开关。

在一方面，通常而言，一种用于多相驱动的脉宽调制控制的方法，包括从驱动的多个相中识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，包括将具有中间控制信号水平的那些相从合格相的集合排除以及根据关于控制信号水平的邻近准则来排除相。从合格相的集合选择相。第一偏置信号被确定为所选择的相的控制信号水平和与多个极限供电电压之一关联的极限控制信号水平之间的差。确定驱动的每个相的修改的控制信号，通过形成第一偏置信号和每个相的控制信号水平的组合来确定每个相的修改的控制信号。

多个方面可以包括一个或者多个下列特征。

识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，可以包括从多个相中识别具有最低绝对控制信号水平的第一相，从多个相中识别具有中间绝对控制信号水平的第二相，以及从多个相中识别具有最高绝对控制信号水平的第三相。

根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，还可以包括确定第一差为第一相的控制信号水平和第二相的控制信号水平之间的差，以及确定第二差为第三相的控制信号水平和第二相的控制信号水平之间的差。

在确定第一差和第二差之前可以将低通滤波操作应用到第一相、第二相和第三相的控制信号水平。根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，可以包括将第一差和第二差与多个磁滞值比较来确定多个控制区域中的控制区域。

根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，可以包括对于至少一些多个控制区域，将单个合格相识别为具有离第二相的控制信号水平最远的控制信号水平的相并且将其它相从驱动的至少一个相的集合排除。识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，可以包括对于多个控制区域中的至少一些控制区域，将对于钳位合格的相识别为第一相和第三相，并且排除第二相。

从合格相的集合选择相可以包括在合格相的集合仅包括一个相的情况下选择单个合格相，以及在合格相的集合包括多个相的情况下从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相。从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相，可以包括将与合格相的集合关联的驱动电流的集合和另一集合比较，基于驱动电流的集合的比较来确定具有最大幅度驱动电流的合格相，以及选择将要被设为极限控制信号水平之一的确定的合格相。

可以根据多个相的修改的控制信号的相应之一来确定多个脉宽调制控制信号中的每个脉宽调制控制信号。形成第一偏置信号和每个相的控制信号水平的组合，包括限制第一偏置信号的变化率以形成第二偏置信号以及将第二偏置信号与每个相的控制信号水平组合。

在另一方面，一种多相控制器，包括控制信号修改器。控制信号修改器包括用于接收多个控制信号的输入、用于接收多个驱动电流的输入以及用于提供多个修改的控制信号的输出。控制信号修改器被配置成从驱动的多个相识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，包括将具有中间控制信号水平的那些相从合格相的集合排除以及根据关于控制信号水平的邻近准则来排除相。控制信号修改器还被配置成从合格相的集合选择相，确定第一偏置信号为选择的相的控制信号水平和与多个极限供电电压之一关联的极限控制信号水平之间的差，以及确定对驱动的每个相的修改的控制信号，通过形成第一偏置信号和每个相的控制信号水平的组合来确定每个相的修改的控制信号。

多个方面可以包括一个或者多个下列特征。

脉宽调制器可以被配置成接受多个修改的控制信号以及根据多个修改的控制信号的相应之一确定多个脉宽调制控制信号中的每个脉宽调制控制信号。控制信号生成器可以包括用于接收反馈信号的输入、用于接收命令信号的输入、用于接收多个驱动电流的输入以及用于提供多个控制信号的输出。控制信号生成器可以被配置成至少响应于反馈信号、命令信号以及多个驱动电流之一来确定多个控制信号。

控制信号修改器可以被配置成识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，包括从多个相识别具有最低绝对控制信号水平的第一相，从多个相识别具有中间绝对控制信号水平的第二相，以及从多个相识别具有最高绝对控制信号水平的第三相。

控制信号修改器可以被配置成根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，包括确定第一差为第一相的控制信号水平和第二相的控制信号水平之间的差，以及确定第二差为第三相的控制信号水平和第二相的控制信号水平之间的差。控制信号修改器可以被配置成根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，包括将第一差和第二差与多个磁滞值比较来确定多个控制区域中的控制区域。

控制信号修改器可以被配置成根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，包括对于至少一些多个控制区域，将单个合格相识别为具有离第二相的控制信号水平最远的控制信号水平的相并且将其它相从驱动的至少一个相的集合排除。控制信号修改器可以被配置成根据邻近准则识别对于钳位合格的驱动的至少一个相的集合，包括对于多个控制区域中的至少一些控制区域，将对于钳位合格的相识别为第一相和第三相，并且排除第二相。

控制信号修改器可以被配置成从合格相的集合选择相，包括在合格相的集合仅包括一个相的情况下选择单个合格相，以及在合格相的集合包括多个相的情况下从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相。控制信号修改器可以被配置成从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相，包括将与合格相的集合关联的驱动电流的集合和另一集合比较，基于驱动电流的集合的比较来确定具有最大幅度驱动电流的合格相，以及选择将要被设为极限控制信号水平之一的确定的合格相。

形成第一偏置信号和每个相的控制信号水平的组合可以包括限制第一偏置信号的变化率以形成第二偏置信号以及将第二偏置信号与每个相的控制信号水平组合。

在一方面，通常而言，一种用于多相驱动的脉宽调制控制方法，包括从驱动的多个相中识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，从合格相的集合中选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相，确定第一偏置信号为选择的相的控制信号水平和与多个极限供电电压之一关联的极限控制信号水平之间的差，限制第一偏置信号的变化率以形成第二偏置信号，以及确定驱动的每个相的修改的控制信号，包括对于多个相中的每一个相形成第二偏置信号和相的控制信号水平的组合来确定相的修改的控制信号。

多个方面可以包括一个或者多个下列特征。

从驱动的多个相中识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，可以包括将基于控制信号水平的测试应用到对应于驱动的多个相的多个控制信号水平来确定要从至少一个相的集合排除的一个或者多个相。基于控制信号水平的测试可以包括识别具有在最大控制信号水平和最小控制信号水平之间的信号水平的多个控制信号水平中的一个或者多个中间控制信号水平，并且将对应于一个或者多个中间控制信号水平的相从至少一个相的集合排除。

从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相，可以包括比较与合格相的集合关联的驱动电流的集合，并且基于驱动电流的集合的比较而将具有最大幅度驱动电流的合格相确定为选择的相。第一偏置信号的变化率可以根据从多个控制信号水平所确定的参数而被限制。参数可以被形成为从多个控制信号值所确定的控制信号向量的幅度。

第一偏置信号的变化率可以被限制为在第一变化率值和第二变化率值之间的范围。第一偏置信号的变化率可以是参数的单调函数。第一偏置信号的变化率可以根据从控制信号水平所确定的参数而被限制。参数可以被形成为从多个控制信号值所确定的控制信号向量的幅度，并且第一偏置信号的变化率可以是参数的单调函数。多个脉宽调制控制信号的每个脉宽调制控制信号可以根据多个相的修改的控制信号中的相应之一而被确定。

在一方面，通常而言，一种多相控制器，包括控制信号修改器。控制信号修改器包括用于接收多个控制信号的输入、用于接收多个驱动电流的输入以及用于提供多个修改的控制信号的输出。控制信号修改器被配置成从多个相识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相，确定第一偏置信号为选择的相的控制信号水平和对应于多个极限供电电压之一的极限控制信号水平之间的差，限制第一偏置信号的变化率以形成第二偏置信号，并且确定多个修改的控制信号，对驱动的每个相的一个修改的控制信号包括对于多个相中的每个相，形成第二偏置信号和相的控制信号水平的组合，来确定相的修改的控制信号。

多个方面可以包括一个或者多个下列特征。

脉宽调制器可以被配置成接受多个修改的控制信号并且根据多个修改的控制信号中的相应之一来确定多个脉宽调制控制信号中的每个脉宽调制控制信号。控制信号生成器可以包括用于接收反馈信号的输入、用于接收命令信号的输入、用于接收多个驱动电流的输入以及用于提供多个控制信号的输出。控制信号生成器可以被配置成至少响应于反馈信号、命令信号和多个驱动电流之一来确定多个控制信号。

控制信号修改器可以被配置成从驱动的多个相识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，包括将基于控制信号水平的测试应用到对应于驱动的多个相的多个控制信号水平来确定要从至少一个相的集合排除的一个或者多个相。基于控制信号水平的测试可以包括识别具有在最大控制信号水平和最小控制信号水平之间的信号水平的多个控制信号水平中的一个或者多个中间控制信号水平，并且将对应于一个或者多个中间控制信号水平的相从至少一个相的集合排除。

控制信号修改器可以被配置成从合格相的集合选择具有合格相的集合的最大幅度驱动电流的相，包括比较与合格相的集合关联的驱动电流的集合，基于驱动电流的集合的比较而将具有最大幅度驱动电流的合格相确定为选择的相。控制信号修改器可以包括转换率限制器，其被配置成接受从多个控制信号水平所确定的参数以及根据参数限制第一偏置信号的变化率。参数可以被形成为从多个控制信号值所确定的控制信号向量的幅度。

转换率限制器可以被配置成限制第一偏置信号的变化率到在第一变化率值和第二变化率值之间的范围。第一偏置信号的变化率可以是参数的单调函数。

在不同的示例中，邻近准则可以是电压邻近准则、基于电压差的准则、信号水平之间的距离量度、基于电压水平和/或电流水平的邻近的准则以及/或者信号水平（其可以是电压水平和/或电流水平）的比较。

根据下面的描述以及根据权利要求，本发明的其它特征和优点是显而易见的。

附图说明

图1是三相电动机控制系统的框图。

图2是三相电动机控制器的框图。

图3是被应用到简单的输入集合的非连续PWM的图示。

图4是被应用到需要电压测试的情况的非连续PWM的图示。

图5是包括电压测试的零序计算器的框图。

图6是使用第1级解决方案（即电压测试）的非连续PWM系统中不必要的开关的示例。

图7是包括转换速率限制器的零序计算器的框图。

图8是转换速率受限的非连续PWM系统的输出的示例。

图9是不具有足够的被应用的转换速率限制的转换速率受限的非连续PWM系统的输出的示例。

图10是图示了转换速率限制器如何根据控制电压向量的幅度来调适其斜率的曲线图。

图11是示出了减少的钳位时间的转换速率受限的非连续PWM系统的输出的示例。

图12图示了在高动态PMLSM应用中典型的控制电压。

图13是包括第2级磁滞算法的零序计算器的框图。

图14图示了第2级磁滞算法对示例性的输入集合的应用。

图15图示了在第2级磁滞算法中的区域的示例性表示。

图16是示出了第2级磁滞算法如何识别区域的流程图。

图17是示出了第2级磁滞算法如何确定对哪个相电压命令进行钳位的流程图。

图18是示出了第2级磁滞算法如何确定对哪个相电压命令进行钳位的更详细的流程图。

图19示出了将第1级解决方案与第2级解决方案比较的示例性实验结果。

具体实施方式

1综述

参考图1和图2，提出了包括控制器的典型非连续脉宽调制（DPWM）三相电动机控制系统。

如图1中所图示的，三相电动机控制系统100的实施例被配置成减少由快速的、不需要的开关所引起的开关损耗。通常而言，该系统包括控制器104、逆变器110和三相电动机112。

在一些示例中，控制器104接收不同的输入并且创建三个经脉宽调制的电压命令106，每个电压命令对应于电动机112的相输入之一。控制器104以抑制PWM电压命令106中不需要的快速转变的方式来确定PWM电压命令106。命令102（例如，转矩或者位置命令）从外部控制系统（未示出）输入到控制器104。命令102代表了电动机112的期望输出。每个相输入（“相电流”）114上测量的电流的集合以及感测的反馈116（例如，感测的电动机112的位置）也被输入到控制器104。基于不同的输入，控制器104确定PWM输出（V^* _aPWM、V^* _bPWM、V^* _cPWM）106的集合，其代表了两种状态（以下不失一般性地被描述为1.0和0.0）。每一个PWM输出106对应于电动机112的三个输入相之一，以使得当根据相应的PWM输出将输出应用到电动机的不同输入相时，电动机将跟随命令的输入。

将PWM电压输出106的集合从控制器104传递到逆变器110，其在逆变器110被用来打开和关闭开关118，以使得DC电压108被转换成驱动电动机112的相应输入相的三个PWM驱动信号。特别地，为1的PWM输出导致将正DC供电电压轨应用到输入相，而为0的PWM输出导致将负DC供电电压轨应用到输入相。

被供应到电动机112的每个输入相的相电流114（即，图1中的i_a、i_b、i_c）被测量并且传回到控制器104。感测的反馈116也被传回到控制器104。

参考图2，控制器104的一个示例接收作为输入的命令102、感测的相电流114以及感测的反馈116。这些输入被传递到多相控制信号生成器220。多相控制信号生成器220被配置成处理命令输入102、感测的电流114以及感测的反馈116并且形成三相控制电压（V_a、V_b、V_c）222。在示例中，对应于用于到电机的输入相的应用的DC供电电压被乘的系数，相控制电压222代表在-1.0到1.0的范围中的正值或负值。基于其输入，多相控制信号生成器220例如通过使用磁场定向或者矢量控制算法来确定三相控制电压222。

相控制电压222和感测的相电流224的集合一起被传递到控制信号修改器227。控制信号修改器227包括零序计算器224和用于修改相控制电压222来产生占空比信号226的加法模块229。在一些示例中，控制信号修改器227对于系统中其它模块在功能上是透明的。在控制信号修改器227中，相控制电压222和感测的相电流114的集合一起被传递到零序计算器224。零序计算器224使用这些输入来确定相控制电压222（即，在范围[-1.0到1.0]中）的共模并且创建也在范围[-1.0到1.0]中的零序信号230（V₀）。使用加法模块229，零序信号230与相控制电压222组合以创建每个占空比信号均在范围[0.0到1.0]中的占空比信号226的集合。例如，可以通过求解

来计算占空比信号

226，其中x代表三相（a、b或者c）之一。因此，占空比信号226实际上是被零序信号230在水平上移位并且被强制进入范围0到1中的相控制电压222。产生的占空比信号226抑制了PWM电压命令106中不需要的开关。

随后，三个占空比电压226被传递到确定三个PWM电压输出106的脉宽调制器228。在一些示例中，产生的脉宽调制电压输出106是方波，其以由每个相控制电压222或者由用于开关的设备的额定特性确定的开关频率在高电平和低电平（即1和0）之间交替。脉宽调制器228可以将占空比电压226与载波信号（例如，锯齿波）比较来产生PWM电压输出106。如果占空比的水平比载波信号的水平大，则PWM电压输出值为“1”，否则，PWM电压输出为“0”。脉宽调制的过程是众所周知的并且在此不进一步讨论。

2零序计算器

零序计算器224使用测量的相电流114（i_a、i_b和i_c）和相控制电压222（V_a、V_b、V_c）来确定零序信号V₀230。确定零序信号230以使得当其与相控制电压222组合时，相中的一个相（以下通常被称为“被钳位的相”，注意到，应当仅在本说明书的上下文中理解词语“钳位”，并且不意味着该词语在其它上下文中使用的特性）被有目的地设为与极限电压值（

或1.0）相等，由此中止对该相的开关。通过始终消除对相中的一个相的开关，可以减少开关的数量，由此减小由于过度开关导致的损耗。该过程通常指的是非连续脉宽调制（DPWM）。

在下列实施例中，当确定被钳位的相时，评估两个条件。首先，确定对于钳位合格的相，然后对具有最大电流幅度的合格相钳位。对具有最大电流幅度的合格相钳位，保证了最大地减小开关损耗，因为在转换期间，开关损耗与开关中流过的电流成比例。

基于诸如相控制电压222的信号质量以及在测量的相电流114和相控制电压222之间的相对准之类的因素，确定对于钳位合格的相的过程不同。

参考图3，在一个DPWM情况中，三个相控制电压322与相应的感测的相电流314同相。在该简单情况中，不必使用单独的测试来确定哪个相对于钳位是合格的。仅仅通过检测对应于具有最大幅度（在相电流图314中圈出）的感测的相电流的相并且对相应的相进行钳位，便可以确定零序信号330。因为相控制电压322和相电流314是同相的并且实际上没有噪声，所以关于应当对哪个相控制电压进行钳位，存在极少歧义或者不存在歧义。一旦完成决定将对哪个相进行钳位，就确定了零序信号330。在一些示例中，通过从极限相命令电压值（-1.0或者1.0）的最接近的值减去被钳位的相的相控制电压来确定零序信号330。

零序信号330代表与三个相控制电压322组合的共模电压，保持它们之间的关系（例如，差和排序）。

3具有电压测试的DPWM

参考图4，更复杂的示例包括超前其相应的相电流414大约90度的三个相控制电压422。先前提出的仅仅通过选择具有最高电流幅度的相来选择对哪个相进行钳位的方法在该情况下可能不合适。特别地，对应于具有最大电流幅度的相的相控制电压在相电流具有最大幅度的期间是居中的（即，具有最大幅度的相电流有着具有位于另外两个相控制电压值之间的值的相应的相控制电压）。因此，如果对具有中间相控制电压的相进行钳位，则也需要对在中间相控制电压和钳位最大值之间的相控制电压进行钳位，并且不能保持这些相之间的关系。这是由于当创建占空比426时在相控制电压422之间保持水平关系这一事实造成的。

对该问题的一种解决方案是应用电压测试，该电压测试识别具有中间相控制电压的相。当选择对哪个相进行钳位时，不考虑识别出的相。

例如，参考从0秒到0.01秒的时间范围，具有最大相电流幅度的相（即，A相）具有位于B相和C相的相控制电压之间的相控制电压。因为A相的相控制电压是居中的，因此A相对于钳位不合格。剩下的对于钳位合格的相是B相和C相。比较与剩下的合格相关联的相电流并且选择在该时间范围内与最大相电流幅度关联的合格相（即，C相）用于钳位。在相同的时间范围内，确定零序信号430，以使得当所有三个相控制电压422被加到零序信号430时，C相被设置为被钳位的最大值。

在另一示例中，参考从0.01秒到0.02秒的时间范围，具有最大相电流幅度的相（即，C相）具有居中的相控制电压，并且因此该相对于钳位不合格。因此，A相和B相是剩下的合格相。比较A相和B相的相电流幅度并且选择具有最大相电流幅度的相（即，A相）用于钳位。确定在该时间范围内的零序信号430，以使得当所有三个相控制电压422被加到零序信号430时，A相被设置为被钳位的最大值。

参考图5，零序计算器524的一个实施例（图2中的零序计算器228的替换版本）被配置成通过应用前述电压测试排除具有中间相控制电压的相来选择用于钳位的合格相。特别地，零序计算器524接收作为输入的相控制电压522和相电流514并且产生作为输出的零序信号530。中间电压测试560接收相控制电压522并且确定对于钳位合格的相。例如，中间电压测试560通过确定具有中间值的相控制电压识别居中的相控制电压。当确定对哪个相进行钳位时，将与所确定的中间相控制电压关联的相不作为进行钳位的潜在的相考虑。剩下的相被称为可钳位的相572，并且识别哪些相适宜被钳位的信息被直通到最大电流测试568（其在下文被更详细地描述）。

在独立的信号路径中，绝对值模块562计算相电流514的绝对值。绝对值模块562的结果被传递到被钳位的相选择器564，其中将对应于现在被钳位的相的相电流与其它相电流分离开。被钳位的相选择器564接收作为输入的相电流的绝对值和识别哪个相当前正在被钳位的输入。被钳位的相选择器将当前被选择的相的电流的绝对值与其它相中的电流的绝对值分离开，并且将它们提供在独立的输出上。

小的正电流值（Δ-磁滞电流566）随后被加到当前被钳位的相的独立相电流578。该加法迫使现在被修改的当前被钳位的相电流576（其被输入到最大电流测试568）的绝对值比当前被钳位的相的相电流578的实际绝对值大至少与Δ-磁滞电流566相等的数量。

随后，将可钳位相572、未被Δ-磁滞电流修改的相电流574的绝对值以及被Δ-磁滞电流修改的相电流576的绝对值传递到最大电流测试568。最大电流测试568通过从可钳位相572选择具有最大相电流幅度的相来确定进行钳位的相。通过将小的磁滞值加入到当前被钳位的相的电流幅度，可以避免在某些情况下（诸如当可钳位相中的电流在幅度上彼此接近并且充满噪声以使得存在具有最大电流的相的即时即刻的快速变化时）要被钳位的相的快速、不必要的开关。

随后，将被钳位的相的识别传递到确定零序信号530的零序计算模块580。零序计算器580还接收作为输入的相控制电压522，并且通过从最接近的供电轨电压减去当前选择的用于钳位的相的相电压来计算零序信号。

3.1.1不必要的开关的示例

在诸如图4中的表现良好的系统中，先前提出的电压测试足以确定对哪个相进行钳位。然而，参考图6，当在相控制电压522中存在噪声或者其它快速变化时，可能出现问题。例如，由采样电流上的开关噪声效应造成的电压振荡525可以造成电压测试的结果快速改变，由此快速改变被钳位的相。这些不必要的转换可以导致逆变器处的开关损耗。在一些示例中，可以由促成共模电压中的突然变化的感测的电流信号上的扰动造成电压振荡525。这样的突然变化可能造成闭环控制系统以振荡方式反应。

3.1.2第1级解决方案

参考图7，零序计算器724（图2中的零序计算器224的另一示例）被配置成抑制图6中展示的快速开关。零序计算器724使用上述电压测试（即，关于图5）来确定被钳位的相。随后，将被钳位的相传递到生成零序信号730的零序计算器780。随后，将零序信号730传递到限制零序信号730中可允许的变化率的转换速率限制器734。转换速率限制器734通过抑制零序信号730中的快速转变来减小开关损耗。

参考图8，产生的速率受限的占空比信号826包括很少或者不包括不必要的开关。然而，减小占空比信号826中转换的斜率（即，转换的上升时间和下降时间被延长，并且相保持被钳位一段较短的时间）。减少相被钳位的时间量减少了所获得的较低开关损耗的益处。

参考图9，在一些示例中，例如当相控制电压幅度小时，相控制电压922中的信噪比可以小。如果将零序转换速率保持为与当相控制电压中的信噪比高时的情况相同，则振荡（以及伴随的不需要的开关）可以如图9中的占空比926中所图示的那样再次出现。

参考图10，在一些示例中，可以根据从相控制电压922获得的向量V^*的幅度来调节转换速率。转换速率限制器800根据电压向量幅度|V^*|调适其转换速率。例如，转换速率限制器800的斜率根据下列等式来调节：

其中，|V^*|是与相控制电压关联的向量的幅度，并且通过图10中的曲线图定义s(|V^*|)。可以根据下列等式从相控制电压V_a、V_b和V_c计算V^*的复数表示及其相应的幅度|V^*|：

\begin{matrix} V^{*} &equiv; \frac{2}{3} [V_{a} + V_{b} (- \frac{1}{2} + j \frac{\sqrt{3}}{2}) + V_{c} (- \frac{1}{2} - j \frac{\sqrt{3}}{2})] \\ | V^{*} | = \sqrt{{V_{a}}^{2} + \frac{{(V_{b} - V_{c})}^{2}}{3}} \end{matrix}

在图10的示例性转换速率限制器中，当命令的电压向量|V^*|具有小于或者等于|Vmin^*|的值（例如，|V^*|小于或者等于4V）时，转换速率被保持在恒定值（例如，0.1V/μs）。当|V^*|大于|Vmin^*|并且小于|Vmax^*|（例如，|V^*|在4V到65V的范围中）时，转换速率根据函数s(|V^*|)线性增加。当|V^*|大于|Vmax^*|时，转换速率被保持在恒定最大转换速率值（例如，max=1.3V/μs）。

参考图11，通过使用图10中呈现的自适应转换速率来减少不需要的转换。图10中所呈现的自适应转换速率的副作用是钳位时间和占空比的变化率可以被显著地减少，其可能减少通过相钳位所获得的减少的开关损耗的益处。

典型地，对于低水平信号，SNR可以减小到在减少的振荡和最大钳位时间之间不再可能达到合适的折衷的点。因此，第2级解决方案是优选的。

3.1.3第2级解决方案

先前提出的示例包括被单一基频加噪声所支配的电流信号和电压信号。参考图12，一些更加动态的电动机驱动示例（例如，使用永磁铁线性同步电机（PMLSM）的主动悬浮控制）可以包含包括多个包括噪声以及甚至DC分量的频率的信号。有时，如图12的圆圈区域1102中所示，相中的两个相可以具有在基本上相同的水平处的控制电压。

圆圈区域1102中的相控制电压的频繁交叉可能导致电压测试快速地转换被钳位的相。这样的多次转换可以导致逆变器中不需要的开关。

参考图13，零序计算器1224可以包括利用磁滞算法的第2级中间电压测试1146。为了避免不需要的转换，中间电压测试包括关于中间相控制电压和其相邻相控制电压之间的邻近的信息。

3.1.3.1磁滞综述

参考图14，为了确定对哪个相进行钳位的目的，将磁滞算法应用到相控制电压1322和相电流1314的示例性集合。

算法中的第一步确定哪些相对于钳位合格。通过首先确定彼此非常接近的相控制电压1322来确定合格相。例如，相控制电压曲线图1322中的圆圈部分1370被确定为彼此非常接近。通过图14中的垂直灰色阴影条指示相控制电压1322非常接近1370的时间部分。在灰色阴影部分中，仅一个相对于钳位合格。例如，在第一灰色阴影部分中，相控制电压V_a和V_c彼此非常接近，并且因此它们相应的相对于钳位不合格。对于钳位合格的唯一相是与V_b关联的相（如通过可钳位相的曲线图1372所图示的）。

在一些时间部分中，没有相控制电压彼此非常接近（如图14中的非阴影区域所示）。在这些时间部分中，算法应用先前提出的中间电压测试来确定对于钳位合格的相。例如，在第一非阴影的时间部分中，V_a是中间电压（即，其值小于V_c的值并且大于V_b的值）。因此，对于钳位合格的相是与V_b和V_c关联的相（如通过可钳位相的曲线图1372所图示的）。

接下来，确定要进行钳位的相。在仅有一个对于钳位合格的相的情况下，算法仅对该相进行钳位。然而，在有多于一个对于钳位合格的相的情况下，对具有最大相应相电流幅度的相进行钳位。

在一些示例中，具有最大相应相电流幅度的相控制电压可以在给定时期内（例如，电流曲线图1314中的圆圈区域1374）改变。在这样的情况下，相应地改变所确定的被钳位的相。

随着被钳位的相的确定，以如以上在2.3节中所描述的相同方式确定零序信号1323和占空比信号1326。

3.1.3.2详细的磁滞算法

参考图15，可以定义若干电压操作区域1448（从REGION0到REGION N）以及它们相互作用的滞环1450。

在一些示例中，每个相控制电压1422V_a、V_b和V_c可以与变量集合V_lo、V_mid或者V_hi关联，以使得V_lo≤V_mid≤V_hi。同样地，每个相电流1414I_a、I_b和I_c可以与变量集合I_lo、I_mid或者I_hi关联，以使得I_lo≤I_mid≤I_hi。下面的定义应用：

Phase_Lo=对应于V_lo或者I_lo的相。

Phase_Hi=对应与V_hi或者I_hi的相。

Vline_Lo=|LPF(V_mid-V_lo)|=中间电压和较低电压之间的低通滤波的绝对电压差。

Vline_Hi=|LPF(V_hi-V_mid)|=中间电压和较高电压之间的低通滤波的绝对电压差。

Vline_Hyst_01=被检查用于从REGION0转换到REGION1的电压阀值

Vline_Hyst_10=被检查用于从REGION1转换到REGION0的电压阀值

Vline_Hyst_12=被检查用于从REGION1转换到REGION2的电压阀值

Vline_Hyst_21=被检查用于从REGION2转换到REGION1的电压阀值

继续参考图15，区域0包含满足Vline_Lo AND Vline_Hi小于Vline_Hyst_10的相控制电压1422。

区域1包含满足Vline_Lo OR Vline_Hi大于Vline_Hyst_01，并且Vline_Lo OR Vline_Hi小于Vline_Hyst_21的相控制电压1422。

区域2包含满足Vline_Lo AND Vline_Hi大于Vline_Hyst_12的相控制电压1422。

图16、图17和图18以流程图的形式图示了磁滞算法。

参考图16，磁滞算法的流程图呈现了用于确定电压操作区域的步骤。该算法首先找到相控制电压之间的最低值、中间值和最高值（V_lo、V_mid、V_hi）。随后，使用下列公式计算Vline_Lo和Vline_Hi：

Vline_Lo＝|LPF(V_mid-V_lo)|

Vline_Hi＝|LPF(V_hi-V_mid)|

其中LPF代表低通滤波操作。

如果目前的区域是0并且Vline_Lo OR Vline_Hi大于Vline_Hyst_01，则将该区域变为1。否则，该区域保持为0。

如果目前的区域是1并且Vline_Lo AND Vline_Hi小于Vline_Hyst_10，则将该区域变为0，否则，如果Vline_Lo AND Vline_Hi大于Vline_Hyst_12，则将该区域变为2。如果两种条件都不满足，则该区域保持为1。

如果目前的区域是2并且Vline_Lo OR Vline_Hi小于Vline_Hyst_21，则将该区域变为1。否则，该区域保持为2。

参考图17，流程图呈现了基于可以被应用以选择要被钳位的相的电压操作区域的准则。图16中确定的电压操作区域值被读取并且传递到确定对哪个相控制电压进行钳位的条件语句中。

如果区域是0，则对应于最大绝对电流、排除对应于V_mid的相的相被钳位。如果区域是1，则对应于与V_mid的最大绝对电压差的相被钳位。如果区域是2，则对应于最大绝对电流、排除对应于V_mid的电压命令的相被钳位。如果所有条件都不满足，则不改变被钳位的相。

参考图18，流程图呈现了可以被应用以选择要被钳位的相的准则的更详细的视图。首先，图16中确定的区域值被读取并且传递到确定对哪个相进行钳位的条件语句中。

如果区域是0并且I_Phase_Lo大于I_Phase_Hi加I_Phase_Hyst，则被钳位的相是Phase_Lo并且I_Phase_Hyst为I_Phase_Hyst_Lo。否则，被钳位的相是Phase_Hi并且I_Phase_Hyst为I_Phase_Hyst_Hi。

如果区域是1并且Vline_Lo大于Vline_Hi加Vline_Hyst，则被钳位的相是Phase_Lo并且Vline_Hyst为Vline_Hyst_Lo。否则，被钳位的相是Phase_Hi并且Vline_Hyst为Vline_Hyst_Hi。

如果区域是2并且I_Phase_Lo大于I_Phase_Hi加I_Phase_Hyst，则被钳位的相是Phase_Lo并且I_Phase_Hyst为I_Phase_Hyst_Lo。否则，被钳位的相是Phase_Hi并且I_Phase_Hyst为I_Phase_Hyst_Hi。

如果区域是未知的，则被钳位的相、Vline_Hyst和I_Phase_Hyst保持不变。

3.1.3.3实验结果

参考图19，实验结果图示了在第1级解决方案1880（即，速率限制）和第2级解决方案1882（即，磁滞）之间的不需要的开关的减少。特别地，在第1级解决方案占空比1880中不需要的开关1884的圈出的情况在第2级解决方案占空比1882中不存在。

应当理解的是，前述描述旨在说明而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定。其它实施例在下面的权利要求的范围之内。

Claims

1.一种用于多相驱动的脉宽调制控制的方法，所述方法包括：

从所述驱动的多个相中识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，包括将具有中间控制信号水平的那些相从合格相的所述集合排除，以及根据关于所述控制信号水平的邻近准则来排除相；

从合格相的所述集合选择相；

确定第一偏置信号为所选择的相的控制信号水平和与所述多个极限供电电压之一关联的极限控制信号水平之间的差；以及

确定所述驱动的每个所述相的修改的控制信号，通过形成所述第一偏置信号和每个相的控制信号水平的组合来确定每个相的所述修改的控制信号。

2.根据权利要求2所述的方法，其中识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合包括

从所述多个相中识别具有最低绝对控制信号水平的第一相，

从所述多个相中识别具有中间绝对控制信号水平的第二相，以及

从所述多个相中识别具有最高绝对控制信号水平的第三相。

3.根据权利要求2所述的方法，其中根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合进一步包括

确定第一差为所述第一相的所述控制信号水平和所述第二相的所述控制信号水平之间的差，以及

确定第二差为所述第三相的所述控制信号水平和所述第二相的所述控制信号水平之间的差。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在确定所述第一差和所述第二差之前将低通滤波操作应用到所述第一相、所述第二相和所述第三相的所述控制信号水平。

5.根据权利要求3所述的方法，其中根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合进一步包括

将所述第一差和所述第二差与多个磁滞值比较来确定多个控制区域中的控制区域。

6.根据权利要求5所述的方法，其中根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合进一步包括

对于至少一些多个控制区域，将单个合格相识别为具有离所述第二相的所述控制信号水平最远的控制信号水平的相并且将其它相从所述驱动的至少一个相的所述集合排除。

7.根据权利要求5所述的方法，其中识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合进一步包括

对于所述多个控制区域中的至少一些控制区域，将对于钳位合格的所述相识别为所述第一相和所述第三相，并且排除所述第二相。

8.根据权利要求1所述的方法，其中从合格相的所述集合选择所述相包括

在合格相的所述集合仅包括一个相的情况下，选择单个合格相，以及

在合格相的所述集合包括多个相的情况下，从合格相的所述集合选择具有合格相的所述集合的最大幅度驱动电流的相。

9.根据权利要求8所述的方法，其中从合格相的所述集合选择具有合格相的所述集合的最大幅度驱动电流的相包括

将与合格相的所述集合相关联的驱动电流的集合和另一集合比较，

基于驱动电流的所述集合的所述比较，确定具有所述最大幅度驱动电流的所述合格相，以及

选择要被设为所述极限控制信号水平之一的所确定的合格相。

10.根据权利要求1所述的方法，其中根据所述多个相的所述修改的控制信号的相应之一来确定多个脉宽调制控制信号中的每个脉宽调制控制信号。

11.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一偏置信号和每个相的所述控制信号水平的组合，包括限制所述第一偏置信号的变化率以形成第二偏置信号以及将第二偏置信号与每个相的所述控制信号水平组合。

12.一种多相控制器，包括：

控制信号修改器，包括

用于接收多个控制信号的输入；

用于接收多个驱动电流的输入；以及

用于提供多个修改的控制信号的输出；

其中所述控制信号修改器被配置成

从所述驱动的多个相识别对于钳位到多个极限供电电压之一合格的至少一个相的集合，包括将具有中间控制信号水平的那些相从合格相的所述集合排除以及根据关于所述控制信号水平的邻近准则来排除相；

从合格相的所述集合选择相；

13.根据权利要求12所述的多相控制器，进一步包括脉宽调制器，所述脉宽调制器被配置成接受所述多个修改的控制信号以及根据所述多个修改的控制信号的相应之一确定多个脉宽调制控制信号中的每个脉宽调制控制信号。

14.根据权利要求13所述的多相控制器，进一步包括控制信号生成器，所述控制信号生成器包括

用于接收反馈信号的输入；

用于接收命令信号的输入；

用于接收多个驱动电流的输入；以及

用于提供多个控制信号的输出；

其中所述控制信号生成器被配置成至少响应于所述反馈信号、所述命令信号以及所述多个驱动电流之一来确定所述多个控制信号。

15.根据权利要求12所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合，包括

从所述多个相识别具有最低绝对控制信号水平的第一相，

从所述多个相识别具有中间绝对控制信号水平的第二相，以及

从所述多个相识别具有最高绝对控制信号水平的第三相。

16.根据权利要求15所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合，包括

17.根据权利要求16所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合，进一步包括

18.根据权利要求17所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合，进一步包括

19.根据权利要求17所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成根据所述邻近准则识别对于钳位合格的所述驱动的至少一个相的所述集合，进一步包括

20.根据权利要求12所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成从合格相的所述集合选择所述相，包括

21.根据权利要求20所述的多相控制器，其中所述控制信号修改器被配置成从合格相的所述集合选择具有合格相的所述集合的最大幅度驱动电流的所述相，包括

将与合格相的所述集合关联的驱动电流的集合和另一集合比较，

22.根据权利要求12所述的多相控制器，其中形成所述第一偏置信号和每个相的所述控制信号水平的组合包括，限制所述第一偏置信号的变化率以形成第二偏置信号以及将第二偏置信号与每个相的所述控制信号水平组合。