CN104753423B - 转矩估算和补偿的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

至少一个示例性实施例公开了一种方法，所述方法包括测量与电机的一个或多个定子绕组相关的相电流，基于电机的被测量的相电流表示并且基于电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值以得到与被测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示，确定电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于电机的估算端电压值与直流电压表示和正交电压表示中的一个以及电流命令值，并且基于与基于源自电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定电机的估算轴转矩。

Description

转矩估算和补偿的方法及其系统

参考合并

本申请通过引用而包含了2013年4月12日提交的美国专利申请No. 13/861,672；通过引用将所述专利申请的全部内容结合于此。

技术领域

示例性实施例涉及电驱动装置系统和/或用于控制诸如内置式永磁 (IPM)马达或电机之类的电驱动装置的方法。

背景技术

交流(ac)电机(例如，IPM电机)广泛用于装运机、联合收割机或其它重型设备机器车辆的电驱动装置，因为它们提供高于直流(dc)电机的效率。在交流电机中，内置式永磁(IPM)电机具有较高的驱动效率和较宽的恒定动力操作范围。内置式永磁电机控制器也被称为逆变器，其控制内置式永磁电机的操作。控制器产生施加到内置式永磁电机的端子的交流控制信号。

在内置式永磁电机中，过高的电机端电压会不利地导致电流调整崩塌，在逆变器电压输出中引入额外的谐波，导致退化的电流调整质量和相关的副作用，如转矩波动、转子磁体和定子绕组发热、噪声等。过高的电机端电压可能取决于d/q轴电压命令、诸如永磁体之类的制造和原材料公差，定子/转子钢饱和特性可以导致电机端电压、位置偏离校准的精确度、环境和冷却温度、电流传感器(CT)携带的逆变器的精确度等的变化。

通常地，控制器基于多个信息控制内置式永磁电机。例如，对内置式永磁电机的实际的逆变器或端电压的精确估算，以及内置式永磁电机的位置信息，可以提供对内置式永磁电机的转矩输出的更好估算，这又可以完成转矩控制回路。

发明内容

一些实施例针对用于通过估算实际的逆变器或电机端电压和转矩以控制诸如内置式永磁电机之类的交流电机的方法和装置。

至少一个示例性实施例公开了估算交流电机的轴转矩的方法。该方法包括测量与交流电机的一个或多个定子绕组相关的相电流，基于交流电机的被测量的相电流表示并且基于交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值以得到与被测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示，确定交流电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于交流电机的估算端电压值与直流电压表示和正交电压表示中的一个、以及流命令值，并且基于与基于源自交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定交流电机的估算轴转矩。

附图说明

结合附图，并且根据以下详细描述将更清楚地理解示例性实施例。图 1-13表示如本文所述的非限制性的示例性实施例。

图1图示了图1A-1B的方块图；

图1A-1B是根据示例性实施例的、用于控制电动马达的系统的方块图；

图2是根据示例性实施例的、与图1A-1B一致的电子数据处理系统的方块图；

图3图示了图1A图示的电机端电压估算模块、转矩估算模块和转矩补偿模块的示例性实施例；

图4图示了根据示例性实施例的逆变器电路；

图5A和图5B图示了根据示例性实施例的脉宽调制(PWM)周期和双重控制周期；

图6图示了如图1A所示的电机端电压估算模块、端电压反馈模块和电流调节模块的示例性实施例；

图7图示了根据示例性实施例的、由图6示出的电机端电压估算模块执行的方法；

图8图示了根据示例性实施例对d/q轴电流幅值和对应的角度的调节；

图9A图示了使用基于双重控制DSP的端电压估算来确定转子位置的示例性实施例；

图9B图示了使用基于双重控制FPGA的端电压估算来确定转子位置的示例性实施例；

图9C图示了使用基于单个控制FPGA的端电压估算来确定转子位置的示例性实施例；

图10图示了根据示例性实施例的基于转换的转矩补偿方案；

图11图示了根据示例性实施例的基于PI的转矩补偿方案；

图12图示了根据示例性实施例的、生成用于转矩命令限制器的转矩上/下限的方法；和

图13图示了根据示例性实施例的转矩估算和补偿的方法。

具体实施方式

现在将参照图示一些示例性实施例的附图更充分地描述多个示例性实施例。

因此，尽管能够对示例性实施例进行各种修改并且形成可替换形式，但是附图通过示例的方法示出所述实施例并且本文将详细描述所述实施例。然而，应该理解，目的不是将示例性实施例限制到公开的具体形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落入权利要求的范围内的所有的修改例、等同例和供选例。在对附图的所有描述中，相同的数字指示相同的元件。

将理解，虽然在本文中术语第一、第二等可以用于描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件，这没有脱离示例性实施例的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有结合。

将理解当元件被指出“连接”或“连接”到另一元件时，所述元件可以直接连接到或连接到另一元件或可能存在插入元件。相反，当元件被指出“直接连接”或“直接连接”到另一元件时，不存在插入元件。应该以类似方式理解用于描述元件之间的关系的其它措辞(例如“在...之间”与“直接在...之间”、“邻近”与“直接邻近”等。)。

本文中使用的术语仅为了描述具体的实施例并且目的不是限制示例性实施例。如本文所用，单数形式“a”、“an”和“the”还旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地表示。将进一步理解，在本文中使用术语“包括”和/或“包含”时，指存在规定的部件、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或增加一个或多个其它的部件、整体、步骤、操作、元件和/或构件。

还应该注意，在一些可替换的实现方式中，被说明的功能/作用可以不按照附图中描述的次序发生。例如，实际上可以大致同时执行或有时可以按相反次序执行连续示出的两个附图，这取决于涉及的功能/作用。

除非另有规定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语) 具有的意义与示例性实施例属于的技术领域中的人员通常理解的意义相同。将进一步理解，例如限定在通常使用的字典中的那些术语应该理解成具有的意义与其在相关技术的内容中的意义一致，而不应理解成理想化的意义或过度正式的意义，除非本文中明确地如此限定。

示例性实施例的多个部分和对应的详细描述被呈现在具体编程以执行软件的术语处理器内，或呈现在根据计算机存储器中的数据位进行操作的算法和符号表示中。这些描述和呈现是本领域的技术人员将他们的工作的主旨有效传递给在本领域中的其他人员的方式。如本文使用的术语“算法”，并且如其被通常使用的那样，算法被理解成通向结果的步骤的有条理的序列。各步骤是对物理量的那些要求的物理操作。通常，虽然不一定，但是这些物理量采取能够被存储、传送、组合、比较、和以其他方式操纵的光学、电学、磁学信号。主要因为通用的用法，一直较为方便的是将这些信号称为位、值、元件、符号、字符、术语、数字等。

在以下描述中，将参照操作的作用和符号表示(例如，成流程图的形式) 描述说明性实施例，所述操作可以实现为包括例行程序、编程、目标、组成部分、数据结构等的程序模块或功能性过程，所述程序模块或功能性过程执行具体任务或实现抽象数据类型并且可以通过使用现有硬件来执行。所述现有硬件可以包括一个或多个中央处理器(CPUs)、数字信号处理器 (DSPs)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGAs)计算机等。

然而，应该明白，所有的这些术语和类似的术语将与适当的物理量相关，并且仅是应用于这些物理量的方便符号。除非另外特别规定，或如讨论所明示，诸如“处理”或“计算”或“算出”或“确定”或“显示”等的术语是指计算机系统或类似的电子计算装置的、将表示为计算机系统的寄存器和存储器中的物理量、电子量操作和转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器中的或其它这种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据的行为和过程。

还注意到，实现示例性实施例的多个方面的软件通常地被编码在一些有形(或记录性)形式的存储介质上或实现在一些类型的传送介质上。有形存储介质可以是磁性的(例如，软盘或硬盘)或光学的(例如，光盘只读存贮器，或“CD ROM”)，并且可以是只读或随机存取。

根据示例性实施例，图1A-1B图示了用于控制诸如电动马达之类的电机的驱动系统100。电动马达可以是诸如马达117(例如，内置式永磁体(IPM) 马达)之类的马达或另一交流电机。马达117具有额定直流总线电压(例如， 320伏特)。额定电压是指定电压。例如，马达117的额定电压可以是320 伏特，但是马达可以在320伏特之上和之下的电压处运转。在示例性实施例中，除马达117外的系统可以称为逆变器或马达控制器。用于控制马达 117的系统还可以称为电机系统。

应该理解，驱动系统100可以包括图1A中未示出的额外部件。图 1A-1B示出的部件被图示以为了方便描述驱动系统100，并且应该理解驱动系统100不应该受限于图1A-1B示出的部件。

系统100包括电子模块、软件模块或二者。在示例性实施例中，驱动系统100包括支持存储、处理或执行一个或多个软件模块的软件指令的电子数据处理系统120。电子数据处理系统120由图1A-1B中的虚线指示，并且被更详细地示出在图2中。电子数据处理系统120还可以称为用于马达117的控制器和/或处理器。电子数据处理系统120被配置成选择调制模式，并且基于被选择的调制模式确定电机的多个端子相电压。调制模式可以指脉宽调制(PWM)、方波、三角波、正弦波或频率、与任何前述相关的占空因数或死区时间。

电子数据处理系统120连接到逆变器电路188。逆变器电路188可以是三相逆变器。逆变器电路188包括驱动或控制开关半导体(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它功率晶体管)以输出用于马达117的控制信号的半导体驱动电路。逆变器电路188又连接到马达117。

在示例性实施例中，转矩命令生成模块105连接到转矩补偿模块，转矩补偿模块连接到d-q轴电流生成管理器109(例如，d-q轴电流生成查找表)。d-q轴电流指如在诸如马达117之类的矢量控制交流电机的上下文中适用的直轴电流(direct axis current)和交轴电流(quadrature axis current)。d-q 轴电流生成管理器109的输出(d-q轴电流命令iq_cmd和id_cmd)和电流调节模块107(例如，d-q轴电流调节模块107)的输出被馈送到加法器119。相应地，加法器119的一个或多个输出(例如，直轴电流数据(id*)和交轴电流数据(iq*))又被提供或耦合到电流调整控制器111。尽管使用了术语“电流命令”，但是应该理解“电流命令”指目标电流值。

电流调整控制器111能够与脉宽调制(PWM)生成模块112(例如，空间矢量脉宽调制生成模块)通信。电流调整控制器111接收各个最终的d-q轴电流命令(例如，id*和iq*)和实际的d-q轴电流(例如id和iq)，并且输出对应的d-q轴电压命令(例如，Vd*和Vq*命令)以输入到脉宽调制生成模块 112中。

在示例性实施例中，脉宽调制生成模块112向端电压估算模块127提供用于控制逆变器电路188的脉冲命令，并且提供用于逆变器电路188的每个相(a、b和c)的占空因数da、db、dc。处理系统确定三相占空因数 da、db和dc。然后基于占空因数、死区时间、和脉宽调制载波，由脉宽调制生成模块112产生脉宽调制脉冲并且将脉宽调制脉冲传送到逆变器电路188。三相占空因数da、db、dc被传送到端电压估算模块127。脉宽调制生成模块112输出被连接到逆变器电路188。逆变器电路188的输出级 (例如，输出当前相电压V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual})提供用于控制马达 117的脉宽调制电压波形或其它的电压信号。电压VAN、VBN和VCN可以称为，例如，相电压、电流控制阶跃电压或当前控制阶跃电压。在示例性实施例中，逆变器电路188由直流(dc)电压总线驱动。

逆变器电路188包括驱动或控制开关半导体(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其它功率晶体管)以输出用于马达117的控制信号的半导体驱动电路。逆变器电路188又连接到马达117。马达117与传感器115(例如，位置传感器、分解器或编码器位置传感器)相关联，传感器115与马达轴126或转子相关联。传感器115和马达117连接到电子数据处理系统120 以提供，例如，除了其它可能的反馈数据或信号外的反馈数据(例如，电流反馈数据，如相电流值ia、ib和ic)、原始位置信号。其它可能的反馈数据包括，但是不受限于，绕组温度读数、逆变器电路188的半导体温度读数、三相电压数据、或用于马达117的其它热信息或性能信息。

马达117与传感器115(例如，分解器、编码器、速度传感器、或另一位置传感器或速度传感器)相关联，传感器115估算马达轴126的角坐标、马达轴126的转速或速度、和马达轴126的旋转方向中的至少一种。传感器115可以安装在马达轴126上或与马达轴126成为整体。传感器115的输出能够与主处理模块114(例如，位置和速度处理模块)连通。在示例性实施例中，传感器115可以连接到分别将模拟原始位置数据或速度数据转换成数字原始位置数据或速度数据的模数转换器(未示出)。在其它的示例性实施例中，传感器115(例如，数字位置编码器)可以为马达轴126或转子提供原始位置数据或速度数据的数字数据输出。

主处理模块114的第一输出(例如，用于马达117的位置数据θ)被传递到相转换器113(例如，三相电流到两相电流的派克(Park)变换模块)，相转换器113将被测量的电流的相应的三相数字表示转换为被测量的电流的对应的两相数字表示。主处理模块114的第二输出(例如，用于马达117 的转速数据SD)被传递到计算模块110(例如，调节的电压-转速比率模块)。

感测电路124的输入端连接到马达117的端子，用于至少感测被测量的三相电流和直流(dc)总线(例如，可以向逆变器电路188提供直流功率的高压直流总线)的电压电平。感测电路124的输出连接到用于将感测电路 124的输出数字化的模数转换器122。模数转换器122的数字输出又连接到副处理模块116(例如，直流总线电压和三相电流处理模块)。例如，感测电路124与马达117相关联，用于测量三相电流(例如，应用于马达117 的绕组的电流、在绕组中感应的反EMF(电动势)、或二者)。

主处理模块114和副处理模块116的某些输出进送到相转换器113。例如，相转换器113可以应用派克(Park)变换或其它换算公式(例如，适当的并且为本领域的技术人员已知的某些换算公式)以基于来自副处理模块 116的数字三相电流数据ia、ib和ic以及来自传感器115的位置数据θ将被测量的三相电流表示转换成两相电流表示。相转换器模块113的输出(i_d、 i_q)连接到电流调整控制器111。

主处理模块114和副处理模块116的其它输出可以连接到计算模块110(例如，调节的电压-转速比率计算模块)的输入。例如，主处理模块114 可以提供转速数据SD(例如，以每分钟转数表示的马达轴126转速)，而副处理模块116可以提供马达117的工作直流总线(例如，车辆的直流总线上的)电压V_dc的被测量(被检测)的电压电平。为逆变器电路188供应电能的直流总线的直流电压电平可能因为各种因素波动或改变，所述因素包括但是不限于，环境温度、电池状态、电池充电状态、电池电阻或电抗、燃料电池状态(如果适用)、马达载荷状态、各个马达转矩和对应的运转速度、和车辆电载荷(例如，电驱动空调压缩机)。计算模块110作为中间物连接在副处理模块116和d-q轴电流生成管理器109之间。计算模块110的输出可以调节或影响由d-q轴电流生成管理器109生成的电流命令i_{q_cmd}和 i_{d_cmd}，以补偿其中直流总线电压的波动或变化。

转子磁体温度估算模块104、电流修整模块106、和端电压反馈模块 108连接到或能够与d-q轴电流调节模块107连通。d-q轴电流调节模块 107又可以与d-q轴电流生成管理器或加法器119连通。

转子磁体温度估算模块104估算或确定转子永磁体或磁体的温度。在示例性实施例中，转子磁体温度估算模块104可以根据位于定子上的、与定子热连通的、或固定到马达117的壳体的一个或多个传感器估算转子磁体的温度。

在另一示例性实施例中，转子磁体温度估算模块104可以由安装在转子或磁体上的温度探测器(例如，电热调节器和类似于无线变送器的红外线热传感器)替代，在转子或磁体上的探测器提供指示磁体或多个磁体的温度的信号(例如，无线信号)。

在示例性实施例中，系统可以按照以下方式操作。转矩命令生成模块 105接收通过车辆数据总线118的输入控制数据信息，如转速控制数据信息、电压控制数据信息、或转矩控制数据信息。转矩命令生成模块105将接收到的输入控制信息转换成原始的转矩控制命令数据T_cmd。转矩补偿模块131然后基于原始的转矩控制命令数据Tcmd和估算的转矩数据Test之间的差(误差)产生调节的转矩分矢量T_{cmd_adj}。转矩补偿模块131的输出是最终转矩命令T_{cmd_final}，最终转矩命令T_{cmd_final}是原始的转矩控制命令数据 T_cmd和调节的转矩分量T_{cmd_adj}的总和。

d-q轴电流生成管理器109选择或确定与相应的最终转矩控制命令数据T_{cmd_final}、基本转矩命令数据Base_Torq和调节的电压-转速比率相关的直轴电流命令和交轴电流命令。例如，d-q轴电流生成管理器109基于访问一个或多个以下各项来选择或确定直轴电流命令和交轴电流命令：(1) 将相应的转矩命令关联到对应的直轴电流和交轴电流的查找表、数据库或其它的数据结构，(2)将相应的转矩命令关联到对应的直轴电流和交轴电流的一组二次方程或线性方程，或(3)将相应的转矩命令关联到对应的直轴电流和交轴电流的一组规则(例如，如果-则(if-then)规则)。马达117上的传感器115便于提供用于马达轴126的被检测的转速数据SD，其中主处理模块114可以将传感器115提供的原始位置数据转化成转速数据SD。

电流调节模块107(例如，d-q轴电流调节模块)基于来自转子磁体温度估算模块104、电流修整模块106、和端电压反馈模块108的输入数据提供电流调节数据，以调节直轴电流命令id_cmd和交轴电流命令iq_cmd。

例如，电流修整模块106可以基于一个或多个以下因素来确定交轴(q 轴)电流命令和直轴(d轴)电流命令的补偿或初步调节：马达117上的转矩载荷和马达117的转速。转子磁体温度估算模块104可以基于，例如，转子温度的估算改变来产生交轴电流命令和直轴电流命令的二次调节。端电压反馈模块108可以基于作为电压极限的函数的控制器电压命令来向直轴电流和交轴电流提供三次调节。电流调节模块107可以提供考虑到一个或多个以下调节的电流综合调节：初步调节、二次调节、和三次调节。

基于三相占空因数d_a、db、d_c、脉宽调制生成模块112生成的脉宽调制载波、以及相电流i_a、i_b和i_c，电机端电压估算模块127估算实际的逆变器输出电压V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual}的当前的逆变器相电压V_AN、 V_BN、和V_CN。然后，电机端电压估算模块127使用被估算的逆变器输出电压V_AN、V_BN和V_CN来计算估算的电机端电压。将估算的端电压与端电压极限相比将产生传送到PI控制器的误差，以产生和调节直轴电流并且最终调节交轴电流。

转矩估算模块129基于电机端电压估算模块127生成的逆变器相电压 V_AN、V_BN和V_CN和最终电流命令i_q*、i_d*来生成估算的转矩数据Test。

转矩补偿模块131被配置成用于基于估算的转矩数据Test和原始的转矩命令数据T_cmd来产生最终转矩控制命令数据T_{cmd_final}。

在示例性实施例中，马达117可以包括内置式永磁体(IPM)电机或同步内置式永磁电机(IPMSM)。

传感器115(例如，轴或转子转速检测器)可以包括一个或多个以下各项：直流马达、光学编码器、磁场传感器(例如，霍耳效应传感器)、磁阻传感器、和变压器(例如，无刷旋转变压器)。在一个配置中，传感器115 包括位置传感器，其中原始位置数据和相关联的时间数据被处理以确定马达轴126的转速数据或速度数据。在另一配置中，传感器115包括用于确定马达轴的位置的转速传感器、或转速传感器与积分器的结合。

在又一配置中，传感器115包括机械地连接到马达117的马达轴126 以确定马达轴126的转速的辅助性紧凑型直流发电机，其中该直流发电机产生与马达轴126的转速成比例的输出电压。在又一配置中，传感器115 包括具有光源的光学编码器，该光源朝连接到马达轴126的旋转物体传输信号并且在光学探测器处接收反射信号或衍射信号，其中被接收的信号脉冲(例如，方波)的频率可以与马达轴126的转速成比例。在额外的配置中，传感器115包括具有第一绕组和第二绕组的变压器，其中第一绕组被供给交流电流，其中在第二绕组中被感应的电压随转子的旋转频率变化。

图2是根据示例性实施例的、与图1A-1B一致的电子数据处理系统的方块图。在图2中，电子数据处理系统120包括电子数据处理器264、数据总线262、数据存储装置260、和一个或多个数据端口(268、270、272、 274和276)。数据处理器264、数据存储装置260和所述一个或多个数据端口连接到数据总线262，以支持数据处理器264、数据存储装置260和所述一个或多个数据端口之间的数据通信。

在示例性实施例中，数据处理器264可以包括电子数据处理器、微处理器、微控制器、可编程序逻辑阵列、逻辑电路、运算器、专用集成电路、数字信号处理器、比例积分微分(PID)控制器、或另一数据处理装置。

数据存储装置260可以包括用于存储数据的任何磁性装置、电子装置、光学装置。例如，数据存储装置260可以包括电子数据存储装置、电子存储器、非挥发性电子随机存储器、一个或多个电子数据寄存器、数据闩锁电路、磁盘驱动、硬盘驱动、光盘驱动等。

如图2所示，数据端口包括第一数据端口268、第二数据端口270、第三数据端口272、第四数据端口274和第五数据端口276，虽然可以使用任何适当数量的数据端口。每个数据端口都可以包括收发器和缓冲存储器，例如。在示例性实施例中，每个数据端口都可以包括任何串行或并行输入/输出端口。

在如图2图示的示例性实施例中，第一数据端口268连接到车辆数据总线118。车辆数据总线118又连接到控制器266。在一个配置中，第二数据端口270可以连接到逆变器电路188；第三数据端口272可以连接到传感器115；第四数据端口274可以连接到模数转换器122；并且第五数据端口276可以连接到端电压反馈模块108。模数转换器122连接到感测电路124。

在电子数据处理系统120的示例性实施例中，转矩命令生成模块105 与电子数据处理系统120的第一数据端口268相关联或由其支持。第一数据端口268可以连接到车辆数据总线118，如控制器区域网络(CAN)数据总线。车辆数据总线118可以经由第一数据端口268向转矩命令生成模块 105提供具有转矩命令的数据总线信息。车辆的操作员可以经由诸如油门、踏板、控制器266、或其它的控制装置之类的用户接口产生转矩命令。

在一些示例性实施例中，传感器115和主处理模块114可以与电子数据处理系统120的第三数据端口272相关联或由其支持。

数据处理器264可以被具体地编程以实现转子磁体温度估算模块104、转矩命令生成模块105、电流修整模块106、电流调节模块107、端电压反馈模块108、d-q轴电流生成管理器109、计算模块110、电流调整控制器 111、脉宽调制生成模块112、相转换器113、主处理模块114、副处理模块116、加法器119、ADC122、感测电路124、电机端电压估算模块127、转矩估算模块129和转矩补偿模块131。

图3图示了图1A-1B图示的电机端电压估算模块127、转矩估算模块 129和转矩补偿模块131的示例性实施例。

如图3所示，电机端电压估算模块127生成关于负干线DC总线电压的估算的逆变器当前相电压V_AN、V_BN和V_CN，并且向转矩估算模块129 提供相电压V_AN、V_BN和V_CN。如上所述，相电压V_AN、V_BN和V_CN是实际的逆变器输出电压V_{AN_actual}、V_{BN_actual}、和V_{CN_actual}的估算值。

转矩估算模块129包括转子位置计算模块310、派克变换模块315、端子功率估算模块320、效率提取模块325和轴转矩估算模块330。转矩估算模块129基于逆变器相电压V_AN、V_BN和V_CN生成估算的转矩数据T_est。将在下文进一步具体描述转矩估算模块129。

转矩补偿模块131被配置成用于基于估算的转矩数据Test和原始的转矩命令T_cmd来产生最终转矩命令数据T_{cmd_final}。

脉宽调制生成模块112可以向电机端电压估算模块127提供逆变器占空因数信息(d_a、d_b、d_c)。电机端电压估算模块127可以估算逆变器电路188 的当前相电压V_AN、V_BN和V_CN，使得被估算的当前相电压(V_AN、V_BN和 V_CN)精确接近实际的输出相电压(V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual})，如下文将进一步描述。

电机端电压估算

系统处理器120使用根据示例性实施例的电机端电压估算方法确定逆变器当前相电压V_AN、V_BN和V_CN。

当内置式永磁电机在磁通量弱化(高速)区域内运行时，逆变器将电机相线与中性线间的电压或相电压(line to neutral voltage)控制到某个阈值电压以下。能够影响电机相线与中性线间的电压或相电压的电机公差因素使得控制过程更困难。例如，用于内置式永磁电机的钢的制造过程之间的不同导致不同的饱和电平并且改变影响电机端电压的感应系数。并且，用于电机设计的永磁体材料具有影响反电动势电压值的不同的特性。影响端电压的额外因素是环境温度和初始位置偏离校准。

理解了每个电机具有不同的特性，当在磁通量弱化区域内操作时确保电机的端电压不超过阈值变成一个挑战。如果电机电压变得太高，则逆变器将失去对适当的电流调整的控制，这可以导致增加的转矩脉动、电机加热、谐波、和由于失去控制而造成的其它影响。

至少一个示例性实施例公开了用于控制电机的控制装置。控制装置可以包括被配置成选择调制模式并且基于被选择的调制模式确定电机的多个端子相电压的处理器，如处理系统120(或更具体地，处理器264)。

至少一个示例性实施例公开了用于控制交流(ac)电机的控制装置。控制装置可以包括处理器，所述处理器被配置成用于从多个调制模式选择调制模式，基于被选择的调制模式确定对应于逆变器的相的多个当前相电压，这种确定补偿与被选择的调制模式和逆变器的相相关的死区时间，所述逆变器被配置成用于驱动交流电机并且基于所述多个当前相电压确定估算端电压。

在示例性实施例中，当第一调制模式是被选择的调制模式时，处理器被配置成用于基于被选择的调制模式的载波的方向和与逆变器的多个当前相电压相关的相电流的极性来确定逆变器的所述多个当前相电压。

在示例性实施例中，当第二调制模式是被选择的调制模式时，处理器被配置成用于基于与逆变器的多个当前相电压相关的相电流的极性和逆变器的对应的相中的箝位开关来确定逆变器的所述多个当前相电压。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于进一步基于与相相关的被选择的调制模式的占空因数来分别确定逆变器的多个当前相电压。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于与电机的多个当前相电压关的相电流的极性和逆变器的对应的相中的箝位开关来确定逆变器的所述多个当前相电压。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于确定第一转子位置，并且基于第一转子位置确定第二转子位置，所述第一转子位置是电机的针对与逆变器的多个当前相电压相关的多个相电流的变换后的转子位置，所述第二转子位置是电机的针对逆变器的多个当前相电压的变换后的转子位置，所述第一转子位置和所述第二转子位置不同。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于确定第二转子位置，使得第二转子位置每次与对逆变器的多个当前相电压的确定同步出现。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于第二转子位置将逆变器的多个当前相电压从三相变换到两相，并且基于逆变器的被变换的多个当前相电压确定估算的端电压，所述估算的端电压是两相旋转坐标系电压。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于将逆变器的多个当前相电压变换成两相静止坐标系电压。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于两相静止坐标系电压确定估算的端电压，所述估算的端电压表示三相线间电压的幅值。

在示例性实施例中，控制装置是数字信号处理器(DSP)。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于选择调制模式，被选择的调制模式是空间矢量脉宽调制(SVPWM)和不连续的脉宽调制中的一种。

至少一个示例性实施例公开了确定用于交流(ac)电机的逆变器的估算的端电压的方法。所述方法包括从多个调制模式选择调制模式，基于被选择的调制模式确定对应逆变器的相的多个当前相电压，这种确定补偿与被选择的调制模式和逆变器的相相关的死区时间，所述逆变器配置成用于驱动交流电机并且基于所述多个当前相电压确定估算的端电压。

在示例性实施例中，当第一调制模式是被选择的调制模式时，确定多个当前相电压的过程包括基于被选择的调制模式的载波的方向和与逆变器的多个当前相电压相关的相电流的极性来确定逆变器的所述多个当前相电压。

在示例性实施例中，当第二调制模式是被选择的调制模式时，确定多个当前相电压的过程是基于与逆变器的多个当前相电压相关的相电流的极性和逆变器的对应的相中的箝位开关来确定逆变器的所述多个当前相电压。

在示例性实施例中，确定多个当前相电压的过程进一步包括基于与相相关的被选择的调制模式的占空因数来分别确定逆变器的所述多个当前相电压。

在示例性实施例中，确定多个当前相电压基于与电机的多个当前相电压关的相电流的极性和逆变器的对应的相中的箝位开关来确定逆变器的多个当前相电压。

在示例性实施例中，确定被估算的端电压包括确定第一转子位置，并且基于第一转子位置确定第二转子位置，所述第一转子位置是电机的用于与逆变器的多个当前相电压相关的多个相电流的变换的转子位置，所述第二转子位置是电机的用于逆变器的多个当前相电压的变换的转子位置，所述第一转子位置和所述第二转子位置不同。

在示例性实施例中，确定第二转子位置的过程包括确定第二转子位置，使得第二转子位置每次与对逆变器的多个当前相电压的确定同步出现。

在示例性实施例中，确定估算的端电压的过程包括基于第二转子位置将逆变器的多个当前相电压从三相变换到两相，并且基于逆变器的被变换的多个当前相电压确定估算的端电压，所述估算的端电压是两相旋转坐标系电压。

在示例性实施例中，确定估算的端电压的过程包括将逆变器的多个当前相电压变换成两相静止坐标系电压。

在示例性实施例中，确定估算的端电压的过程包括基于两相静止坐标系电压确定被估算的端电压，所述估算的端电压表示三相线间电压的幅值。

在示例性实施例中，被选择的调制模式是空间矢量脉宽调制(SVPWM) 和不连续的脉宽调制中的一种。

图4图示了根据示例性实施例的、被配置成用于向电动马达输出控制信号的逆变器电路。逆变器电路188包括的电学构件包括但是不受限于用于产生、修改和控制脉宽调制信号或应用于图1A的马达117的其它交流信号(例如，脉冲、方波、正弦曲线、或其它的波形)的开关半导体(430-431、 434-435和438-439)、二极管(432-433、436-437和440-441)、马达相阻抗 443-445、直流总线电压442。

为防止在逆变器电路188的输出端处的击穿，死区时间或消隐时间被引入脉宽调制开关中，这可以导致d/q轴电压命令Vd*和V_q*以及实际的相输出电压(例如，V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual})之间的失配。在死区时间内，逆变器电路188的任何指定相的顶部开关或底部开关都不导通。在一个示例性实施例中，开关430、434和438分别构成相A、B和C中的一个的顶部开关，同时开关431、435和439分别构成相A、B和C中的一个的底部开关。

在死区时间内，基于流过一个相的顶部二极管或底部二极管(例如，对应于相A的二极管432或433)中的一个的电流方向确定实际的逆变器输出电压V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual}。影响d/q轴电压命令V_d*和V_q*(经由脉宽调制生成模块112被转换成三相占空因数(da、db、dc))和实际的当前相电压V_{AN_actual}、V_{BN_actual}和V_{CN_actual}之间的失配的死区时间还可以依赖其它因素，包括但是不受限于，脉宽调制开关频率和马达操作模式，脉宽调制周期的固定的死区时间的百分比随着脉宽调制开关频率的改变而变化。例如，当马达117运行在驾驶模式中时，实际的逆变器端电压小于d/q轴电压命令，而当马达117运行在制动模式中时，实际的逆变器端电压高于 d/q轴电压命令。结果，d/q轴命令由于所描述的失配而可能不是实际的端电压的好的指示器。

在逆变器电路188的开关和二极管上的电压降也有助于所述失配。例如，当逆变器电路188的任何指定的相的顶部开关或底部开关中的一个导通时，在与一个相相关的开关和/或二极管上存在电压降。例如，当与相A 相关的顶部开关430导通时，开关430或二极管432上存在电压降，这可以分别称为开关430的V_{IGBT_a}或二极管432的V_{diode_a}。

因此，精确地估算逆变器的当前相电压V_AN、V_BN和V_CN能使系统考虑到估算的当前相电压V_AN、V_BN和V_CN和实际的当前相电压V_{AN_actual}、 V_{BN_actual}和V_{CN_actual}之间的失配，并且因此调节d/q轴电流命令。这种调节又可以能够补偿电机处的超高端电压，如此确保马达控制稳定性。

下文将描述对实际的端电压的估算和对d/q轴电流命令的调节。

图5A和图5B图示了根据示例性实施例的、图1A-1B的脉宽调制模块的用于双重控制模式的脉宽调制(PWM)周期和双重控制周期。图5A图示了脉宽调制载波。单个的脉宽调制周期可以限定为从信号的上升沿到信号的下一个上升沿的时间。例如，在图5A中561至562限定了一个脉宽调制周期。

图5B图示了双重控制模式，其中每个脉宽调制周期具有两个控制信号(例如，每半个单个脉宽调制周期存在1个控制信号)，其中脉宽调制周期被限定为从563至565(例如，与图5A中的脉宽调制周期相同)，并且半周期如图5B所示被限定为563至564和564至565。因此，在示例性实施例中，脉宽调制开关频率是5kHz并且测量值被以25MHz(例如，40ns) 抽样，然后对于双重控制模式的情况，将具有V_xN的(例如，测量值)计数的一半(例如2500)，其中X是每个控制周期中的相a、b、或c中的一个。如图5A-5B所示，脉宽调制周期可以不相同，并且由于，例如，改变的脉宽调制开关频率，一个脉宽调制周期可以不同于另一个脉宽调制周期。

在示例性实施例中，电机端电压估算模块127在每个双重控制周期中抽样当前的直流(DC)总线电压、当前的相电流、和三个之前的占空因数中的每一个的单位延迟，以估算电机端电压。由于当前的被计算的占空因数将用于下一个控制周期，因而使用之前的占空因数值。

图6图示了根据示例性实施例的具体模块，包括由图1A示出的系统的电机端电压估算模块127。具体地，图6图示了电机端电压估算模块127、端电压反馈模块108和电流调节模块107。电机端电压估算模块127可以包括用于估算三相线与负干线间的平均电压(V_AN、V_BN和V_CN)的估算器 644，如将在下文所述。电机端电压估算模块127可以进一步地包括用于滤波被估算的相线与负干线间电压的滤波器645，如将在下文所述。电机端电压估算模块127可以进一步地包括计算端电压阈值的阈值计算模块 646，如将在下文所述。然后可以使用端电压阈值确定端电压反馈，如将在下文所述。此外，图6图示了图1A示出的端电压反馈模块108，端电压反馈模块108基于端电压阈值和被估算的端电压确定端电压反馈，如将在下文所述。图6还图示了图1示出的电流调节模块107，电流调节模块 107基于端电压反馈调节d/q轴电流命令，如将在下文所述。

如之前所述，图6图示的模块可以由图1A-1B示出的系统处理器120 执行，并且以各种硬件实现，所述硬件包括，但是不限于，诸如数字信号处理器或FPGA之类的可编程逻辑装置。例如，处理器264可以被编程以执行图1A-1B示出的模块。

图7图示了根据示例性实施例的、图6示出的电机端电压估算模块、端电压反馈模块和电流调节模块执行的基于DSP的方法。

在S749处，系统处理器120选择调制模式。例如，系统处理器可以选择空间矢量脉宽调制(SVPWM)或不连续的脉宽调制作为被选择的调制模式。在示例性实施例中，系统处理器120可以基于调制指数在SVPWM 和DPWM之间选择。调制指数是需要的输出电压和可获得的DC总线电压之间的比。尽管下文关于DPWM2描述了示例，但是应该理解，不连续的脉宽调制(DPWM)模式可以是DWPM1、DPWM2、DPWM3或动态的 DPWM。

处理器120可以基于被选择的调制模式在SVPWM方程和DPWM2 方程之间切换。例如，如果选择DPWM2并且电流矢量是“1”，则处理器120使用DPWM2方程估算相a电压并且使用SVPWM方程估算相b电压和相c电压。如果DPWM2不起作用，则处理器120使用SVPWM方程估算相电压。

在S750处，系统处理器120经由图6示出的估算器644基于被选择的调制模式确定多个当前相电压(当前的控制阶跃电压)VXN。估算器644 利用使用多种数据的输入，如所述多个电压，所述多种数据包括但是不受限于，直流总线电压、用于驱动逆变器电路188的每个相的占空因数、瞬时电流极性、与逆变器电路188的对应的相相关的至少一个开关上的电压、和逆变器电路188的死区时间(或消隐时间)。

估算SVPWM

电机端电压估算模块127使用四个不同的方程来根据相电流极性和载波方向这两个参数计算当前相电压V_XN。作为第一参数的载波方向基于脉宽调制载波的斜率(图5A示出)。对于双重控制的情况，正脉宽调制载波斜率与一电位的载波方向相关，并且负脉宽调制载波斜率等于零电位的载波方向。电机端电压估算模块127可以使用任何已知的方法确定载波方向。

用于选择V_XN方程的第二参数是电流极性。例如，电流极性可以由副处理模块116确定。如果相电流是正，则当前的(当前的控制步骤)V_XN值可以由电机端电压估算模块127计算，如下所述。

以下的表格示出了载波方向和电流极性以及相关联的V_XN方程的四个可能的结合。

表格1

其中τ是死区时间比率，其中

τ＝2×死区时间×开关频率 (1)

V_{IGBT_x}是对应的相X的开关(IGBT)上的电压，V_{diode_x}是对应的相X 的开关(二极管)上的电压，并且d_x是相X的调制占空因数。

死区时间是逆变器参数。死区时间可以是基于不同的绝缘栅双极晶体管和不同的开关频率的不同的值。换句话说，死区时间可以由IGBT硬件确定。如所描述的那样，死区时间是在一相脚中的一个IGBT在同相脚的另一个IGBT能够导通之前断开以防止击穿状态的时间。

可以使用DSP执行表格1示出的方程。然而，应该理解表格1中的方程可以被修改以被使用FPGA执行。例如，V_XN方程可能不同，因为基于 FPGA的端电压估算精确地知道开关何时接通和断开。DSP可能没有知道开关何时接通和断开的能力。

针对DPWM2模式的估算

当处于DPWM2模式时，电机端电压估算模块127使用四个不同的方程来计算当前相电压V_XN。电机端电压估算模块127基于相电流极性和相开关箝位这两个参数来选择合适的方程。以下的表格基于扇区数示出了相开关箝位信息。

表格2

扇区数	相开关箝位
		1	相A顶部(开关430)
2	相C底部(开关439)
		3	相B顶部(开关434)
4	相A底部(开关431)
		5	相C顶部(开关438)
6	相B底部(开关435)

应该理解，DPWM1、DPWM2、和DPWM3之间的箝位方式是不同的。箝位方式基于瞬时电压空间矢量。基于电压空间矢量的角度，扇区数由处理器120确定，并且对应的相开关被箝位。

电流极性可以由副处理模块116确定，例如。如果相电流是正的，则下述当前的V_XN值由系统处理器120(使用电机端电压估算模块127)计算：

I_x是正的并且顶部开关被箝位，那么V_xN＝V_dc-V_IGBT (2)

I_x是正的并且底部开关被箝位，那么V_xN＝-V_diode (3)

如果相电流是负的，则下述当前的V_XN值由系统处理器120(使用电机端电压估算模块127)计算：

I_x是负的并且底部开关被箝位，那么V_xN＝V_IGBT (4)

I_x是负的并且顶部开关被箝位，那么V_xN＝Vdc+V_diode (5)

对于每个计数，在一示例性实施例中，系统处理器120基于逆变器电路188中的电流极性确定用于每个相的当前的控制阶跃电压V_xN。

在逆变器电路188的给定相的任何给定的一个时间处，顶部开关或底部开关被接通或它们都可以被断开(例如，如上所述的死区时间或消隐时间)。例如，在每个脉宽调制周期中，其中顶部开关或底部开关被接通的时间长度可以取决于与规定的脉宽调制周期内的每个相的每个开关相关的占空因数。例如，与相A相关的开关430的占空因数可以是40％，这表示在任何规定的脉宽调制周期内，在没有介入的死区时间的理想情况下，开关430在40％的时间内接通，并且开关431在60％的时间内接通。然而，如上所述，在任何规定的脉宽调制周期内，在顶部开关或底部开关都不接通的过程中引入非常少量的死区时间(例如，3微秒)以防止击穿。

此外，开关可以经由栅极驱动信号/电压接通或断开，所述栅极驱动信号/电压可以构成用于接通/断开指定的晶体管(例如，作为开关430运行的 IGBT晶体管)所需要的相对少量的电压。

多个当前相电压V_AN、V_BN和V_CN是(由处理器120执行的)瞬时电压计算值，并且是在电流调整间隔时间内的平均电压。处理器120在每个电流调整间隔时间内获得用于每个相的一个V_XN样本。

在利用FPGA的示例性实施例中，处理器120确定多个瞬时电压(例如，在图5B示出的双重控制模式中的V_AN、V_BN和V_CN的2500个测量值)，处理器120在步骤S751处平均一个有效电流调整间隔时间内的瞬时电压。

处理器120可以基于以下方程平均瞬时电压(也称为相线与负干线间的平均电压)V_XN：

其中T是每脉宽调制周期或每控制间隔时间内的计数/测量抽样的总数(例如，在单控制模式中每脉宽调制周期和每控制间隔时间内5000个计数，或在双重控制模式中每控制模式2500个计数(假设频率为5kHz并且采样速度为25mHz(例如，40ns)))。

返回至图7中的基于DSP的方法，在S752处，系统处理器120使用当前相电压V_XN确定端电压失量空间。处理器120基于以下方程确定端电压失量空间：

处理器120分开空间矢量V_s的实部和虚部，以基于以下方程计算空间矢量V_s的幅值：

通过计算空间矢量V_s的幅值，处理器120基于以下方程确定相线与中性线之间的端电压峰值(S753)，所述端电压峰值为估算的端电压：

在S755处，系统处理器120可以滤波估算的端电压。系统处理器120 可以滤波估算的端电压，因为估算的端电压可能包括不想要的振荡。因此，为提供更平滑的控制反馈信号，可以执行滤波以消除不想要的振荡。在一示例性实施例中，可以基于对估算的端电压进行的低通滤波来进行滤波。在一示例性实施例中，可以通过低通滤波来计算估算的端电压的移动平均数。

在S756处，系统处理器120可以基于以下方程经由阈值计算模块 127(阈值计算器646)确定相线与中性线之间的峰值电压阈值(端电压阈值)：

3的平方根被用于将端电压限制到空间矢量脉宽调制方案的线性区域。直流总线电压V_dc是动态值，并且端电压因此将也是依赖于直流总线电压 V_dc的动态值。

然后存在两个增益(端电压极限增益驾驶模式&端电压极限增益制动模式)，并且根据操作模式，处理器选择对应的增益以乘以端电压阈值。增益被选择以将端电压从最大值V_{term_max}向下限制到较低值。对于不同的应用值可以是不同的，其中用户可能想要将电压限制到460V或也许限制到 440V。

系统处理器120在驾驶和/或制动操作状态下通过增益按照以下方程来调节端电压阈值以进一步减小最大输出电压(允许用户将端电压阈值减小到选择值)：

处理器120可以根据被选择的最大电压选择增益。

系统处理器120可以确定滤波过的估算端电压的移动平均数是否不同于实际的电机端电压。假如这样的话，则通过将补偿参数添加至估算的端电压值，可以修改估算的端电压。

为确定这种不同差异，系统处理器120将估算的电压与实际的被测量的(功率分析仪或示波器)端电压比较。在相移算法中完成这种比较以获得补偿参数。一旦已经确定补偿参数，则不需要测量实际电压。

系统处理器120通过以下方程确定用于驾驶模式和制动模式的修改后的估算端电压：

其中，“端电压偏移驾驶模式”是对于驾驶模式的补偿，并且“端电压偏移制动模式”是对于制动模式的补偿。

可以通过经验数据确定补偿参数“端电压偏移驾驶模式”和“端电压偏移制动模式”。例如，为选择补偿参数值，系统处理器120可以停用端电压补偿启动参数，以防止反馈控制。通过这样做，即使回路控制失效，将仍然计算估算的端电压。系统处理器120针对驾驶模式和制动模式将估算的端电压值与功率分析仪的实际的电机端电压值比较。系统处理器120 因此针对驾驶操作和制动操作来调节补偿参数“端电压偏移驾驶模式”和“端电压偏移制动模式”，使得估算的端电压和实际的被测量的端电压彼此相等和/或近似彼此相等。

在S757处，系统处理器120经由图1A和6示出的端电压反馈模块 108确定端电压反馈。系统处理器120可以通过确定(在确定是否施加任何补偿之后的)滤波后的估算端电压和(在确定是否通过增益调节端电压阈值之后的)端电压阈值之间的差来确定端电压反馈。在示例性实施例中，补偿和增益总是应用于端电压阈值和估算的端电压。

如果滤波后的估算端电压超过端电压阈值，则处理器120可以经由电流调节模块107并且使用所述差作为反馈参数，通过减小直轴电流命令来调节直轴电流命令(S758)。如果直轴电流需要被修改，则所述直轴电流将从负值(例如，-110A)改变成其幅值大于初始的直轴电流命令的负值(例如， -150A)。

然而，如果滤波后的估算端电压低于端电压阈值，则处理器120不对直轴电流命令进行调节(S759)。在S760处，处理器120基于直轴电流命令的调节来调节交轴电流命令以保持总电流幅值恒定。因此，如果在S759 处没有对直轴电流命令进行调节，则随后在S760处也不会对交轴电流命令进行调节。

参照步骤S757-S760描述的回路反馈可以由系统处理器120中的比例积分(PI)控制器执行。

图8根据示例性实施例图示了调节d/q轴电流幅值和对应的角度，使得总电流幅值保持恒定。在(通过调节直轴电流命令882和交轴电流命令 883)保持总电流幅值880恒定的同时改变γ(gamma)角881可以使能更好控制电机端电压，并且避免过度加热逆变器电路188上的马达绕组。

参见图1和6，在一示例性实施例中，系统处理器120可以执行电流调节模块107以确定d/q轴电流调节命令和γ角(被指定为图6中的id调节命令、iq调节命令和γ角调节值)。

调节d/q轴电流命令使得总电流幅值保持恒定可以基于下述计算：

其中图8的I_s 880是总电流幅值。对直轴电流命令882的调节可以基于以下方程确定：

I_{d_cmd_new}＝I_{d_cmd_raw}-I_{d_cmd_adjusted} (17)

因此，给定(1)和(2)，则可以基于以下方程确定对交轴电流命令883 的调节：

在发明人的另一专利中请(美国专利中请公开号：2012/0217923)中描述了关于处理器120可以如何确定误差以及调节d/q轴电流命令的更多细节，所述专利申请通过引用而被全部合并在本文中。

转矩观测和补偿

基于查找表的控制方案的转矩精确性通常受电机参数变化和异常操作状态(如由永磁体产生的自感和磁链)影响。

电机钢特性的源自不同的供应商的变化可以导致沿着d/q轴的不同饱和特性，并且因此改变自感系数L_d/L_q。这些电机参数变化可以改变用于所选择的电流操作点的生成转矩。

通过理解每个电机对于参数变化具有不同的特性和不同的反应，难以通过使用仅基于查找表的方法实现精确的转矩产生。

为增加这些变化的确定性，并且保持高精确的转矩产生，发明人已经发现了转矩估算方案和转矩补偿器。转矩观测器方案估算瞬时轴输出转矩。并且闭合回路转矩补偿方案基于原始转矩命令和估算转矩之间的差调节电流命令，使得生成的轴转矩仍然可以在电机参数变化和不同的操作状态下跟随原始参考转矩。

至少一个示例性实施例公开了估算交流电机的轴转矩的方法。该方法包括确定相电流命令值，基于实际相电流值并且基于交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值以得到与相电流命令值一致的直流电压表示和正交电压表示，确定交流电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于交流电机的直流电压表示和正交电压表示以及电流命令值，并且基于与基于源自交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定交流电机的估算轴转矩。

在示例性实施例中，该方法进一步包括调节应用于交流电机的转矩命令，使得估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

在示例性实施例中，效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

在示例性实施例中，调节转矩命令的步骤包括确定转矩命令和估算轴转矩之间的误差，基于所述误差生成饱和转矩值并且基于饱和转矩值生成调节的转矩命令。

在示例性实施例中，调节转矩命令的步骤包括基于比例积分(PI)功能生成调节的转矩命令。

在示例性实施例中，该方法进一步包括确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一种，并且获得与操作模式相关的效率表格，效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

在示例性实施例中，该方法进一步包括接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率，并且基于端子功率和对应于输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

在示例性实施例中，确定估算轴转矩的步骤包括基于估算的轴功率和轴转速来确定轴转矩，并且通过滤波轴转矩确定估算轴转矩。

至少一个示例性实施例公开了一种估算交流电机的轴转矩的方法。该方法包括测量与交流电机的一个或多个定子绕组相关的相电流，基于交流电机的被测量的相电流表示并且基于交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值以得到与被测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示，确定交流电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于交流电机的估算端电压值与直流电压表示和正交电压表示中的一个、以及电流命令值，并且基于与基于源自交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定交流电机的估算轴转矩。

在示例性实施例中，该方法进一步包括调节应用于交流电机的转矩命令，使得估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

在示例性实施例中，效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

在示例性实施例中，调节转矩命令的步骤包括确定转矩命令和估算轴转矩之间的误差，基于所述误差生成饱和转矩值并且基于饱和转矩值生成调节的转矩命令。

在示例性实施例中，调节转矩命令的步骤包括基于比例积分(PI)功能生成调节的转矩命令。

在示例性实施例中，该方法进一步包括确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一个，并且获得与操作模式相关的效率表格，效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

在示例性实施例中，该方法进一步包括接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率，并且基于端子功率以及对应于输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

在示例性实施例中，确定估算轴转矩的步骤包括基于估算的轴功率和轴转速来确定轴转矩，并且通过滤波轴转矩确定估算轴转矩。

至少一个示例性实施例公开了包括一种处理器的系统，所述处理器被配置成用于确定与交流电机相关的相电流命令值，基于实际相电流值并且基于交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值以得到与相电流命令值一致的直流电压表示和正交电压表示，确定交流电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于交流电机的直流电压表示和正交电压表示以及相电流命令值，并且基于与基于源自电机特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定交流电机的估算轴转矩。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于调节应用于交流电机的转矩命令，使得估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

在示例性实施例中，效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于确定转矩命令和估算轴转矩之间的误差，基于所述误差产生饱和转矩值并且基于饱和转矩值生成调节的转矩命令。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于比例积分(PI)功能产生调节的转矩命令。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一个，并且获得与操作模式相关的效率表格，效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率，并且基于端子功率以及对应于输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于估算的轴功率和轴转速来确定轴转矩，并且通过滤波轴转矩确定估算轴转矩。

至少一个示例性实施例公开了包括一种处理器的系统，所述处理器被配置成用于测量与交流电机的一个或多个定子绕组相关的相电流，基于交流电机的被测量的相电流表示并且基于交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个来估算端电压值，变换端电压值以得到与被测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示，确定交流电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于交流电机的估算端电压值与直流电压表示和正交电压表示中的一个、以及电流命令值，并且基于与基于源自交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定交流电机的估算轴转矩。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于调节应用于电机的转矩命令，使得估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

在示例性实施例中，效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于确定转矩命令和估算轴转矩之间的误差，基于所述误差产生饱和转矩值并且基于饱和转矩值生成调节的转矩命令。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于比例积分(PI)功能产生调节的转矩命令。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一个，并且获得与操作模式相关的效率表格，效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率，并且基于端子功率以及对应于输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

在示例性实施例中，处理器被配置成用于基于估算的轴功率和轴转速来确定轴转矩，并且通过滤波轴转矩确定估算轴转矩。

返回参照图3，转矩估算模块129基于自上述电机端电压估算生成的逆变器相电压V_AN、V_BN和V_CN生成估算的转矩数据T_est。

如下文将更详细地描述，转矩估算模块129直接基于端电压和电流命令估算端子功率。效率将端子功率转换成轴功率。电流命令被用于取代实际电流以减少估算功率中的振荡。转矩估算模块129基于估算功率、测量转速和操作点效率信息来估算电机轴转矩。操作点效率信息存储在马达表征阶段期间获得的查找表中。

在马达表征期间中，在不同的转速点处使用多个电流命令，这生成 MTPA(最大转矩每安培)曲线和MTPV(最大转矩每伏特)曲线。记录了许多项目，如相电流、相电压、转矩、转速等。通过记录电机输入功率(端子功率)以及轴功率，生成效率数据。通过针对每个被描述的操作点将轴功率除以输入功率，生成效率查找表。然后查找表的输入是转矩命令百分比和电压-转速比。输出将是一个效率值。

通常，马达表征是用于针对特定的转速和转矩命令来确定直轴命令和交轴命令的步骤。在多个转矩命令和多个转速处重复该步骤。可以使用任何已知的马达表征步骤。

转矩估算模块129不需要使用电机参数信息。

转矩估算模块129包括转子位置θ_v计算模块310，转子位置θ_v计算模块310确定对相电压V_AN、V_BN和V_CN进行派克变换的转子位置θ_v。转子位置计算模块310基于用于对相电流θ_p进行派克变换的转子位置或用于在 SVPWMθ_e中进行逆派克变换的外推转子位置来确定转子位置θ_v。

转子位置θ_p是在抽样相电流的同一瞬间的(来自变压器的)实际转子位置值。处理器根据θ_p、死区时间、脉宽调制周期、和转速来计算θ_e。

图9A-9C图示了计算转子位置θ_v的不同示例。

图9A图示了使用基于端电压估算的双重控制DSP来确定转子位置θ_v的示例性实施例。

图9A图示了四个控制周期，四个控制周期等于使用双重控制的两个脉宽调制开关周期。使用第k个(k^th)控制周期作为示例，系统处理器120 执行多个任务。

当第k个周期的相电流信息，即，i_abc[k]就绪时，系统处理器120将获得该电流信息。在补偿紧之后的时间点处的转子位置处，即，在转子位置θ_P[k]处，执行相电流的派克变换以获得实际的电流i_dq[k]。

电流调整控制器111基于实际的电流信息i_dq[k]和电流命令生成参考电压

脉宽调制模块112基于和θ_e[k]生成三相占空因数d_abc[k]。虽然在第k个周期处生成d_abc[k]，但是其仅在第k+1个周期内有效。并且在第 k个周期内，用于控制的实际的有效占空因数是d_abc[k-1]。由于占空因数跟踪机制，在步骤k处在SVPWM中使用外推位置，即，θ_e[k]，被用于。

对于双重控制，PWM_θ_外推_向下模式中的θ_e[k]和θ_P[k]之间的关系可以表示为：

其中T_s表示控制迭代的周期(将脉宽调制开关循环的周期表示为T_s，sw，对于单控制T_s＝T_s，sw，而对于双重控制T_s＝T_s，sw/2)。

应该理解，向上模式和向下模式分别指脉宽调制波形的正斜率和负斜率。

对于PWM_θ_外推_向上模式，用于位置外推法的方程是不同的，并且可以表示为：

系统处理器120使用诸如占空因数信息d_abc[k-1]、相电流信息 i_abc[k]和直流总线电压V_dc[k]之类的信息，在该步骤k处执行如上所述的电机端电压估算方案。估算的端子相电压是V_abcN[k]。

参见图9A，转子位置θ_v[k]的时间点与V_abcN[k]的平均时间点同步。因此，系统处理器120如下计算转子位置θ_v[k]：

或基于以下确定：

θ_v[k]＝θ_e[k-1] (22)

应该理解，k表示控制迭代(周期)的指数。变量之后的k指数表示对应的变量被用于那个控制迭代。例如，转子位置θ_P[k]表示转子位置θ_P用于第k个控制迭代。另一示例，转子位置θ_e[k]表示转子位置θ_e[k]用于第k 个控制迭代。虽然转子位置θ_e[k]是外推位置，并且其位于下一个控制周期内，即，第k+1个周期内，但在第k个控制迭代中计算和使用θ_e[k]。

图9B图示了使用基于端电压估算的双重控制FPGA来确定转子位置θ_v的示例性实施例。转子位置θ_v[k]的时间点仍然与V_ABCN[k]的平均时间点同步。

考虑到用于基于FPGA方法的端电压估算的时间周期，系统处理器120如下计算转子位置θ_v[k]：

或：

θ_v[k]＝θ_e[k-2]+ω·23.2us (24)

23.2us是硬件延迟和FPGA滤波器延迟的总和。滤波器延迟由滤波器的级数确定。因此，延迟的总和的值可以由于不同的滤波器结构和级数而改变。

底部波形图示了DSP中断服务程序(ISR)启动的时间，和DSP不得不执行全部马达控制算法的最大时间量。

图9C图示了使用基于端电压估算的单控制FPGA来确定转子位置θ_v的示例性实施例。

在第k个控制周期内，电流命令是可获得的，这与之前的情况相同。系统处理器120计算第k-1个周期内的当前相电压V_ABCN[k]，并且在第k个控制周期内使用V_ABCN[k]。在第k个周期内用作电压派克变换的转子位置作为转子位置θ_v[k]，θ_v[k]位于一个Ts的中点。转子位置θ_v[k]和θ_P[k]之间的关系可以表示为：

或：

返回参照图3，派克变换模块315从转子位置计算模块310获得转子位置θ_v。派克变换模块315对当前相电压V_ABCN的执行派克变换，以产生旋转坐标系d-q轴电压V_dq。

应该理解，坐标系指用于表示和测量诸如马达的转子或定子或二者的位置(例如，旋转角位置)、速度、转矩、电参数、和取向之类的性质的坐标系。在旋转坐标系中，多相马达的瞬时定子电流可以表示为笛卡尔坐标系中的单个定子电流复矢量。如果派克变换或类似的变换被应用于定子电流复矢量，则坐标系具有与(例如，磁场上局部最大的)转子磁通位置一起旋转的直轴(d轴)分量和交轴(q轴)分量。对于具有附接至转子的永磁体的马达，转子磁通位置不相对于转子改变，与电磁体被用于某些转子的情况相反。

系统处理器120在两相静止坐标系中获得电压分量V_αβ。在静止坐标系中，从静止观察者的观点来观察转子或定子或二者的位置(例如，旋转角位置)、转速、转矩、电参数和取向。静止坐标系可以指坐标系与马达的定子对准的情况，或直轴和交轴不与转子一起旋转的情况。对于转子或定子而言，静止坐标系与旋转坐标系相互排斥。

电压分量V_αβ分别等于电压分量V_{s_real}和V_{s_imaginary}，电压分量V_{s_real}和V_{s_imaginary}在上述的电机功率估算中被确定为：

系统处理器120如下执行派克变换：

为进一步减少被计算的V_dq中的振动，可以采用移动平均数。用于移动平均数的窗口长度可以根据移动平均函数和对电压的派克变换的执行速率而改变。例如，可以使用10ms的窗口长度。如果脉宽调制频率是 6000Hz，则60个步骤的移动平均数等于60/6＝10ms。

端子功率估算模块320从派克变换模块315获得旋转坐标系d-q轴电压V_dq。端子功率估算模块320基于电压V_dq和最终电流命令i_d*、i_q*生成估算的端子功率P_est，如果估算的端电压大于端电压阈值，则最终电流命令i_d*、i_q*可以是电流命令i_{q_cmd}、i_{d_cmd}或其调节值。

端子功率估算模块320基于电机端子功率、轴转矩、电压和电流之间的基本关系。从机械观点出发，端子输入功率可以表示为：

P_est＝T_shaftω_shaft+ΔP_losses (30)

其中，ΔP_losses是总功率损耗，其包括铜耗、磁心损耗、摩擦和偏差等，并且ω_shaft是轴转速，T_shaft是轴转矩。从电学观点出发，端子输入功率可以表示为：

因为实际的d-q轴电流信息可以在相应的基准值附近具有较大振动，因此最终d-q轴电流命令i_d*、i_q*用于功率估算。因此，系统处理器120 如下计算估算的端子功率P_est：

轴转矩估算模块330从端子功率估算模块320获得估算的端子功率 P_est。轴转矩估算模块330基于估算的端子功率P_est、内插效率η和轴转速ω_shaft生成估算转矩。可以使用任何已知的方法获得轴转速ω_shaft。

在IPM表征过程中，可获得对应于每个转矩命令百分比和电压-转速比率的结合的电机效率数据。类似于d-q轴电流查找表，效率查找表也根据标准产生，效率查找表也使用比率和转矩命令百分比作为输入。考虑到效率查找表和电流查找表具有相同输入，效率查找表与i_d和i_q查找表(例如，109)并联连接以共享相同的输入。在分离驾驶特性和制动特性的情况下，将存在针对驾驶模式和制动模式的两个不同的效率查找表。

效率提取模块325包括分别用于驾驶模式和制动模式的(存储在数据存储装置260的)效率查找表。基于转矩命令百分比、比率和模式，效率提取模块325利用与模式相关的查找表并且产生内插效率η。

对于驾驶模式，

η·P_terminal＝T_shaft·ω_shaft并且η＝T_shaft·ω_shaft/P_terminal (33)

而对于制动模式，

P_terminal＝η·T_shaft·ω_shaft并且η＝P_terminal/T_shaft·ω_shaft (34)

轴转矩估算模块按照下述方式估算转矩T_est：

因为已经在IPM表征阶段收集了操作点效率数据，因此轴转矩估算模块330可以利用任何转速和负载条件下的内插效率η以如下处理功率损耗：

为进一步滤除估算的转矩中的噪声，轴转矩估算模块330可以使用二级低通滤波器。并且轴转矩估算模块330对估算的转矩的最终表达是：

其中A是二级低通滤波器的直流增益。

转矩补偿模块131使用估算轴转矩和原始的转矩命令之间的误差以调节原始的转矩命令。转矩补偿模块131减小估算的转矩和原始的转矩命令之间的误差。因为已经仅修改了转矩命令，因此d-q轴电流查找表仍然确定电流命令轨迹，这强迫电流命令接近最优效率。

转矩补偿模块131被配置成用于基于来自轴转矩估算模块330的估算的转矩数据T_est来产生最终转矩命令数据T_{cmd_final}。转矩补偿模块131可以是基于转换(slewing)或基于PI的。

图10图示了根据示例性实施例的基于转换的转矩补偿方案。

如图10所示，转矩补偿模块131A确定了估算的转矩数据T_est和转矩命令T_cmd之间的差，该差被确定为T_err。转矩补偿模块131A通过限幅器 1030传递该差。限幅器1030的极限是在系统级基础上并且基于经验数据被确定的。由处理器基于电连接逆变器电路188的电机确定限幅器1030 的极限。例如，电机具有非常大的额定转矩时的误差极限将比电机具有更小的额定转矩时的误差极限大。

限幅器1030向确定单元1050输出饱和差T_{err_sat}。转矩补偿模块131A 然后确定饱和差T_{err_sat}是否大于误差容限。类似于限幅器的极限，误差容限是在系统级基础上并且基于经验数据被确定的。如果饱和差T_{err_sat}小于或等于误差容限，则确定单元1050确定第k个周期的最终转矩命令T_{cmd_final}是用于之前的第k-1个周期的最终转矩命令。如果饱和差T_{err_sat}大于误差容限，则确定单元1050确定第k个周期的最终转矩命令T_{cmd_adj}是用于之前的第k-1个周期以及饱和差T_{err_sat}的最终转矩命令。

图11图示了根据示例性实施例的基于PI的转矩补偿方案。转矩补偿模块131B包括PI调节器1105。

PI调节器1105生成对原始转矩命令T_cmd的调节。所述调节被增加到原始转矩命令T_cmd以形成补偿的转矩命令T_{cmd_compensate}。

PI调节器1105获得原始转矩命令T_cmd和估算的转矩T_est之间的误差。 PI调节器1105从表格1110获得PI增益。PI增益被在线调谐。PI增益被在实验室测试中调谐。通过确定用于上升时间、稳态误差、和其它PI控制器系统设计特性的值来设置增益。一旦获得增益，它们被存储在数据存储装置260中。

PI调节器1105还从表格1115获得极限，并且从积分器发生器1120 获得积分器保持信号。表格1115的极限包括积分器和PI总和的极限。该极限被设置成原始转矩命令的百分比。例如，该极限可以是原始转矩命令的10％，所以对于100Nm的原始转矩命令，积分器和总和极限是10Nm。这将给出10Nm的最大调节转矩命令和110Nm的最大最终转矩命令。

PI调节器1105还被配置成用于获得复位信号。每当接收到PI余数启动信号、开关控制禁止信号或转矩补偿禁止信号时，复位信号可以由或门生成。一旦复位，则积分器值被复位。

PI调节器1105基于误差、PI增益和极限来输出转矩命令调节项，ΔT。

加法器1130将原始转矩命令T_cmd和转矩命令调节T_{cmd_adj}相加。加法器1130的输出是转矩命令限幅器1135的输入，转矩命令限幅器1135产生调节的补偿转矩命令T_{cmd_compensate}。转矩命令限幅器1135防止原始转矩命令T_cmd和转矩命令调节T_{cmd_adj}的总和超过转矩极限。

图12图示了根据示例性实施例的、生成用于转矩命令限幅器1135的转矩上/下限的方法。

基于转速-转矩曲线，获得用户设定转矩Cust_Rated_Torq_Nm。基于比率-转矩曲线，获得基本转矩Base_Torq。根据马达特性数据，基本转矩值分别与具有额定直流总线电压电平的不连续的转速点相关。在IPM马达表征过程期间，每个被表征的转子轴转速具有被限定为在所述转速处的基本转矩的最大输出转矩。如此，基本转矩也可以被称为最大转矩。

用户设定转矩和基本转矩中的最小值被用作额定转矩Rated_Torq_Nm。并且然后转矩上限和下限由额定转矩和降额转矩百分比的乘积确定(Torq_Upper/Lower_Limit_pct_out)。

然后，由额定转矩Rated_Torq_Nm和高/低降额转矩百分比的乘积确定上限和下限。这些百分比从0％(完全降额)变化到100％(没有降额)。存在数个计算高/低降额转矩百分比的方法。在示例性实施例中，可以存在对于较高电机温度、较高逆变器温度、直流总线电压、电机转速、硬件极限等的降额。最严厉的(最低百分比的)降额被用作最终降额百分比值。

额定转矩受限于最大定值转矩并且也受限于硬件转矩命令极限。

返回参照图11，选择器1140选择原始转矩命令T_cmd和补偿转矩命令 T_{cmd_compensate}中的一个作为最终转矩命令T_{cmd_final}。

选择器1140接收Torq_Comp_Enable标记以确定转矩命令、原始转矩命令T_cmd或补偿转矩T_{cmd_compensate}中的哪个应该被用作实际最终转矩命令 T_{cmd_final}。

存在确定Torq_Comp_Enable的值，即是否能使转矩补偿器工作的数个示例。出于测试目的，可以使用手动地改变的总体标记。在另一示例性实施例中，Torq_Comp_Enable标记可以基于转速。例如，系统处理器可以使转矩补偿器能够让转速超过1000RPM。可以通过使用磁滞作用或继电器来实现这种依赖于转速的启动特征。

图13图示了根据示例性实施例的转矩估算和补偿的方法。图13的方法可以由处理器120，并且更具体地，由电机端电压估算模块127、转矩估算模块129和转矩补偿模块131执行。

在S1305处，处理器120确定相电流(i_a、i_b和i_c)。在S1310处，处理器120估算电机的端电压。例如，可以使用图7示出的方法估算端电压。然后在S1315处，处理器变换估算的端电压。例如，派克变换模块315从转子位置计算模块310获得转子位置θ_v。派克变换模块315对估算的端电压的实部和虚部执行派克变换以产生旋转坐标系d-q轴电压V_dq。然后在S1320处，处理器确定端子功率。例如，端子功率估算模块320从派克变换模块315获得旋转坐标系d-q轴电压V_dq。端子功率估算模块320基于电压V_dq和最终电流命令i_d*、i_q*生成估算的端子功率P_est，如果估算的端电压大于端电压阈值，则最终电流命令i_d*、i_q*可以是电流命令i_{q_cmd}、i_{d_cmd}或这些电流命令的调节值。

在S1325处，处理器确定估算轴转矩。估算轴转矩可以被估算，轴转矩估算模块330可以利用任何转速和负载条件下的内插效率η以如下方式处理功率损耗：

为进一步滤除估算的转矩中的噪声，轴转矩估算模块330可以使用二级低通滤波器。并且轴转矩估算模块330对估算的转矩的最终表达是：

示例性实施例被如此描述，明显的是，可以以多种方式改变这些示例性实施例。这种改变不被认为是违反示例性实施例的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言，所有的这种修改例旨在被包括在权利要求的包括范围内。

Claims (32)

1.一种估算交流电机的轴转矩的方法，该方法包括下述步骤：

确定相电流命令值；

基于实际的相电流值并且基于所述交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个估算端电压值；

变换所述端电压值以得到与所述相电流命令值一致的直流电压表示和正交电压表示；

确定所述交流电机的一个或多个端子的端子功率，端子功率直接基于所述交流电机的所述直流电压表示和正交电压表示以及所述相电流命令值；以及

基于与基于源自所述交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定所述交流电机的估算轴转矩。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：

调节应用于所述交流电机的转矩命令，使得所述估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

4.根据权利要求2所述的方法，其中调节所述转矩命令的步骤包括：

确定所述转矩命令和估算轴转矩之间的误差，

基于所述误差生成饱和转矩值，以及

基于所述饱和转矩值生成调节的转矩命令。

5.根据权利要求2所述的方法，其中调节所述转矩命令的步骤包括，

基于比例积分(PI)函数生成调节的转矩命令。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：

确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一种；以及

获得与所述操作模式相关的效率表格，所述效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压一转速比率的效率值，所述效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括下述步骤：

接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率；以及

基于所述端子功率以及对应于所述输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述估算轴转矩的步骤包括：

基于所述估算的轴功率和轴转速确定所述轴转矩，以及

通过对所述轴转矩进行滤波确定所述估算轴转矩。

9.一种估算交流电机的轴转矩的方法，该方法包括下述步骤：

测量与所述交流电机的一个或多个定子绕组相关的相电流；

基于所述交流电机的被测量的相电流表示并且基于所述交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个估算端电压值；

变换所述端电压值以得到与所测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示；

确定所述交流电机的一个或多个端子的端子功率，所述端子功率直接基于所述交流电机的被估算的端电压值与直流电压表示和正交电压表示中的一个、以及电流命令值；并且

基于与基于源自所述交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定所述交流电机的估算轴转矩。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括下述步骤：

调节应用于所述交流电机的转矩命令，使得所述估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述效率值随着所述转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

12.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述转矩命令的步骤包括，

确定所述转矩命令和估算轴转矩之间的误差，

基于所述误差生成饱和转矩值，以及

基于所述饱和转矩值生成调节的转矩命令。

13.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述转矩命令的步骤包括，

基于比例积分(PI)函数生成调节的转矩命令。

14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括下述步骤：

确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一种；以及

获得与所述操作模式相关的效率表格，所述效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，所述效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括下述步骤：

接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率；以及

基于所述端子功率以及对应于所述输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述估算轴转矩包括：

基于所述估算的轴功率和轴转速确定所述轴转矩，以及

通过对所述轴转矩进行滤波确定所述估算轴转矩。

17.一种用于控制交流电机的电机系统，包括：

处理器，所述处理器被配置成用于

确定与交流电机相关的相电流命令值；

基于实际的相电流值并且基于所述交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个估算端电压值；

变换所述端电压值以得到与所述相电流命令值一致的直流电压表示和正交电压表示；

确定所述交流电机的一个或多个端子的端子功率，所述端子功率直接基于所述交流电机的所述直流电压表示和正交电压表示以及相电流命令值；并且

基于与基于源自所述交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定所述交流电机的估算轴转矩。

18.根据权利要求17所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

调节应用于所述交流电机的转矩命令，使得所述估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

19.根据权利要求18所述的电机系统，其中所述效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

20.根据权利要求18所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

确定所述转矩命令和估算轴转矩之间的误差，

基于所述误差产生饱和转矩值，以及

基于所述饱和转矩值产生调节的转矩命令。

21.根据权利要求18所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

基于比例积分(PI)函数产生调节的转矩命令。

22.根据权利要求17所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一种；以及

获得与所述操作模式相关的效率表格，所述效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，所述效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

23.根据权利要求22所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率；以及

基于所述端子功率以及对应于所述输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

24.根据权利要求23所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

基于所述估算的轴功率和轴转速确定所述轴转矩，以及

通过对所述轴转矩进行滤波确定所述估算轴转矩。

25.一种用于控制交流电机的电机系统，包括：

处理器，所述处理器被配置成用于

测量与交流电机的一个或多个定子绕组相关的相电流；

基于所述交流电机的被测量的相电流表示并且基于所述交流电机的占空因数和死区时间比率中的至少一个估算端电压值；

变换所述端电压值以得到与所测量的相电流一致的直流电压表示和正交电压表示；

确定所述交流电机的一个或多个端子的端子功率，所述端子功率直接基于所述交流电机的被估算的端电压值与直流电压表示和正交电压表示中的一个、以及电流命令值；并且

基于与基于源自所述交流电机的特性的电机参数的至少一个效率值相一致的端子功率确定所述交流电机的估算轴转矩。

26.根据权利要求25所述的电机系统，其中所述处理器被配置成用于

调节应用于所述交流电机的转矩命令，使得所述估算轴转矩基本上等于采样间隔时间内的转矩命令。

27.根据权利要求26所述的电机系统，其中：所述效率值随着转矩命令和电压-转速比率中的至少一个变化。

28.根据权利要求26所述的电机系统，其中：所述处理器被配置成用于

确定所述转矩命令和估算轴转矩之间的误差，

基于所述误差产生饱和转矩值，以及

基于所述饱和转矩值产生调节的转矩命令。

29.根据权利要求26所述的电机系统，其中：所述处理器被配置成用于

基于比例积分(PI)函数产生调节的转矩命令。

30.根据权利要求25所述的电机系统，其中：所述处理器被配置成用于

确定操作模式，所述操作模式是制动模式和驾驶模式中的一种；以及

获得与所述操作模式相关的效率表格，所述效率表格包括分别对应于转矩命令百分比和电压-转速比率的效率值，所述效率表格被存储在存储装置中并且效率表格包括所述至少一个效率值。

31.根据权利要求30所述的电机系统，其中：所述处理器被配置成用于

接收输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率；以及

基于所述端子功率以及对应于所述输入转矩命令百分比和输入电压-转速比率的效率值来确定估算的轴功率。

32.根据权利要求31所述的电机系统，其中：所述处理器被配置成用于

基于所述估算的轴功率和轴转速确定所述轴转矩，并且

通过对所述轴转矩进行滤波确定所述估算轴转矩。