CN109153502A - 具有无传感器或传感器整流的集成电机驱动器/控制器 - Google Patents

Abstract

一种被配置为控制不同类型的电子整流电机(ECM)的电机控制器包括一系列不同的转子取向信号输入，以适应ECM电机类型之间的差异。所述电机控制器包括控制单元，所述控制单元接收电机操作命令并根据所述电机操作命令控制所述ECM的操作。所述控制单元接收并存储指定的ECM类型的数据，并且基于所述指定的ECM类型估计转子位置。

Description

具有无传感器或传感器整流的集成电机驱动器/控制器

背景技术

通过受控地将驱动电流施加到定子线圈以可控地旋转转子从而驱动电子整流电机(ECM)。在许多ECM中，转子包括与通过定子线圈生成的磁场相互作用的一个或多个永磁体。在许多ECM中，施加到定子线圈的驱动电流通过开关组件生成，该开关组件通过控制单元进行控制，从而可控地将定子线圈连接到DC电压和电接地以及从所述DC电压和电接地断开。

控制单元至少部分地基于转子取向估计控制开关组件。转子取向估计用于确保控制开关组件，使得定子线圈产生适于在转子上产生所需转矩的磁场。存在许多用于估计转子取向的不同方法。

附图说明

将参照附图描述根据本公开的各种实施方案，其中：

图1是示出根据多个实施方案的电机控制器的简化示意图，该电机控制器被配置为控制多个不同类型的ECM的任何指定类型的电子整流电机(ECM)，可以与ECM本地集成并且通过控制器区域网(CAN)接收电机控制命令；

图2是比较凸极和隐极ECM的简化示意图；

图3示出了根据多个实施方案的具有霍尔效应传感器、电机编码器和轮式编码器的ECM的电机换向图；

图4是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM包括霍尔效应传感器和电机编码器，其生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图5是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM包括霍尔效应传感器、电机编码器和ECM外部的对轮编码器，其生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图6是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM包括霍尔效应传感器和ECM外部的对轮编码器，其生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图7是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM包括霍尔效应传感器，其生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图8示出了针对特定ECM类型的若干样本，作为真转子电角度的函数的凸极性电感数据的曲线图；

图9示出了根据多个实施方案的仅通过凸极性电感测量确定的示例性转子取向角以及通过霍尔效应传感器和编码器跟踪确定的对应转子取向角的曲线图；

图10是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM包括电机编码器，其生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图11是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM包括电机编码器和ECM外部的对轮编码器，其生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图12是示出根据多个实施方案的连接到ECM和ECM外部的对轮编码器的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该对轮编码器生成由电机控制器用来估计转子取向并控制ECM的输出；

图13是示出根据多个实施方案的具有转子角估计误差的DQ电压和电流的电路模型的简化示意图；

图14是示出根据多个实施方案的连接到ECM的图1所示电机控制器的简化示意图，其中该ECM缺少任何生成可由电机控制器使用以估计转子取向并控制ECM的输出的传感器；

图15示出了根据多个实施方案的库存系统的部件，其中该库存系统采用包括图1所示多个电机控制器的移动驱动单元；

图16至图19示出了示例性移动驱动单元的部件，该移动驱动单元包括图1所示多个电机控制器，并且可用于图15所示的库存系统的特定实施方案。

具体实施方式

在以下描述中，将描述各种实施方案。出于解释的目的，将阐述具体的构造和细节，以便提供对实施方案的透彻理解。然而，对本领域的技术人员将显而易见的是，在没有具体细节的情况下也可以实施该实施方案。此外，为了不使所描述的实施方案变得模糊，可能会省略或简化众所周知的特征。

在多个实施方案中，电机控制器被配置为控制多个不同类型的电子整流电机(ECM)中的任何指定的一个。电机控制器可以配置为附接到由电机控制器控制的ECM。在多个实施方案中，电机控制器包括控制器区域网总线(CANBUS)接口，电机控制器可通过该接口接收电机驱动命令，所述电机驱动命令使电机控制器控制供应给ECM的定子线圈的电流，从而根据电机命令控制ECM的操作。在多个实施方案中，电机控制器被配置为通过CANBUS接口接受DQ坐标系电流命令并执行ECM的磁场定向控制。在多个实施方案中，电机控制器包括转子取向信号输入(例如，霍尔效应传感器输入、增量编码器输入)，其相对于指示由不同ECM类型生成的转子取向的信号适应多个不同的ECM类型。在多个实施方案中，电机控制器可以通过测量电机的电感特性并且测量反电动势波形实现无传感器转子角确定。在多个实施方案中，电机控制器被配置为对自身进行测试并测试ECM。在多个实施方案中，电机控制器被配置为通过CANBUS接口将所有传感器信息传输到上级控制器。在多个实施方案中，电机控制器被配置为使用定制通信协议通过CANBUS接口与上级控制器通信。在多个实施方案中，电机控制器被配置为响应于通过CANBUS接口接收的调谐命令而适应电机控制器的调谐。在多个实施方案中，电机控制器被配置为检测电机控制器何时不稳定并且实现电机控制器的自保关断。

现在参考附图，其中相同的参考标号表示各附图中的相同元件，图1示意性地示出了根据多个实施方案的电机控制器10，其示出为操作性地连接到ECM电机12的电机定子线圈。电机控制器10包括输入隔离组件14、开关组件16、控制单元18、反馈组件20和输入电压组件22。如本文所述，电机控制器10被配置为相对于由ECM 12生成的信号控制来自多个不同类型的ECM的任何指定类型的ECM，其中该信号由电机控制器10使用来估计用于整流ECM12的转子取向。

输入隔离组件14包括CANBUS输入24、+5V ISO输入26、睡眠信号输入28、制动信号输入30、滑行信号输入32和安全启动信号输入34。输入隔离组件14包括操作性地将CANBUS输入24与控制单元18连接的隔离的CAN发射器/接收器36。CAN收发器/接收器36的隔离(外部)侧的电力通过+5V ISO输入26从外部提供。隔离的CAN发射器/接收器36被配置为禁止从CANBUS输入24向控制单元18传输噪声，以及从控制单元18向CANBUS输入24传输噪声。输入隔离组件14还包括光学隔离组件38，其被配置为禁止噪声传入和传出睡眠信号输入28、制动信号输入30、滑行信号输入32和安全启动信号输入34。如下面更详细地描述的，在多个实施方案中，通过输入隔离组件14并通过经由CANBUS输入24接收的命令控制电机控制器10，所述命令是无论控制的ECM电机12的类型如何都不变的通信协议的一部分。

除了通过CANBUS输入24接收的电机控制命令之外，电机控制器10还响应于通过睡眠信号输入28、制动信号输入30、滑行信号输入32和安全启动信号输入34接收的附加直接控制信号。在多个实施方案中，这些其他输入信号是低电平有效的，因此断开具有与将其拉低相同的结果。在多个实施方案中，睡眠信号优先于滑行信号，滑行信号又优先于制动信号，制动信号最终优先于CAN总线命令。在多个实施方案中，这些其他输入信号可以由能够至少以5mA驱动的近似5V信号驱动。

睡眠信号通过控制电机控制器10的操作电力的供应为电机控制器10提供软关断控制，并且提供用于强制控制单元18的电力循环重置的装置。在更新电机控制器10的固件之后可以循环睡眠信号以强制控制单元18加载新固件。

当睡眠信号被断言时(通过将其拉低或断开)，电机控制器10可以被配置为在小于合适的时间跨度(例如，小于100毫秒)内进入完全断电模式。当睡眠信号被解除断言时(拉高)，可能需要更长的时间跨度(例如，高达1秒)以使电机控制器10完全唤醒并准备好驱动ECM 12。由于输入电压组件22包含需要启动和稳定的一系列电源，控制单元18需要从外部闪存加载其整个比特流，并且由于两个重置监控器的顺序延迟，因此可发生较长的唤醒时间跨度。

在睡眠模式下，允许ECM空转(开关组件16中的所有场效应晶体管(FET)都关闭)。唯一的例外是当接至电机控制器10的电池+和-线路在外部短接在一起时，在这种情况下，电机控制器10可能无法防止由于FET体二极管导通而引起的电机制动。

当滑行信号被断言时(通过将其拉低或断开)，控制单元18控制开关组件16以关闭所有六个FET。此外，开关组件16包括三个栅极驱动器IC，其响应于滑行信号被断言而进入关断模式。如果滑行信号被解除断言(拉高)，则控制单元18可以被配置为保持在锁定滑行(空转)状态，直到被睡眠信号重置。但是，纯硬件中的备份滑行路径将不再处于活动状态。

当制动信号被断言时(通过将其拉低或断开)，电机控制器10执行制动算法持续适当的时间跨度(例如，3秒)，然后通过接通所有三个低端FET连续短路电机。制动算法旨在使ECM 12进入受控制的停止。3秒后的连续短路旨在防止ECM 12在停止后旋转。控制单元18锁定制动状态，直到通过循环睡眠信号重置控制单元18或直到失去电力。即使失去电池电力，但只要通过12VH供电并且睡眠未被断言(即不是开路或低电平)，控制单元18将继续提供制动功能(算法持续3秒，然后连续短路)。可以采用任何合适的制动算法。例如，控制单元18可以使用估计的转子取向确定ECM 12的减速度，并且控制脉冲低端FET电机短路的占空比以将ECM 12的减速度控制到最佳水平。控制单元18还可以调节该开关的相位角，使得ECM 12中每一相的切断状态与电流过零点一致，这将最大化ECM 12绕组电阻中的动能耗散并且使从ECM 12传输到电源总线的能量最小。或者，控制单元18可以调节相位角以获得再生，从而在失电情况下的制动期间尽可能长时间地为其自身供电。

当安全启动信号输入34被断言时(通过将其拉低或断开)，控制单元从存储器加载恢复模式固件映像。因此，安全启动信号可用于在任何合适的情况下重启控制单元18，诸如从控制单元18的固件更新失败中恢复。

控制单元18还被配置为监视来自ECM 12的编码器输出(当ECM 12配备有编码器时)并执行一致性检查。在多个实施方案中，如果控制单元18检测到故障编码器并且命令制动，则控制单元18执行开环电机短路占空比分布，然后在3秒之后连续短路。控制单元18还可以被配置为监视可阻止正常制动的一些故障状态(如损坏的FET)，并且响应于检测到此类状态控制ECM 12滑行而不是制动。

开关组件16包括栅极驱动器40、六个功率FET 42和电流传感器44、46。通过栅极驱动器40控制六个功率FET 42，以控制ECM 12的定子电机线圈(A相线圈、B相线圈和C相线圈)与总线电压或接地电压的连接，从而控制ECM 12的操作。电流传感器44、46分别测量B相和C相线圈中的电流。A相线圈中的电流计算为B相和C线圈电流之和的负值。栅极驱动器40由控制单元18控制，以根据通过CANBUS接收的电机驱动命令并且根据其他输入信号(即睡眠信号、制动信号、滑行信号)向ECM 12的定子线圈供应电流。

控制单元18操作性地与隔离的CAN发射器/接收器36、制动信号输入30、滑行信号输入32、安全启动信号输入34、开关组件16的栅极驱动器40和反馈组件20耦接。控制单元18可包括任何合适的控制电子器件(例如，合适的现场可编程门阵列(FPGA))。

反馈组件20接收来自开关组件16的模拟反馈信号，其指示A相和B相定子线圈中每一者中的电流，A相、B相和C相定子线圈中每一者中的电压，以及总线电压和5伏比率度量电压。来自开关组件16的模拟反馈信号通过模数转换器48转换成供应给控制单元18的对应数字信号。反馈组件20还被配置为接收来自ECM 12的一系列不同信号的任何合适组合，包括指示转子取向的信号(例如，编码器信号、霍尔传感器信号)和热控开关信号。来自ECM 12的反馈信号通过信号调节50处理，并且处理后的信号被供应给控制单元18。反馈组件20还被配置为发射和接收热控开关IN和OUT信号，所述信号用于使1kHz方波信号通过电机定子内的恒温器。如果该恒温器打开，则电机控制器10将停止ECM 12的操作并通过CANBUS报告热控开关已打开。

输入电压组件22接收合适的直流电压(例如，来自电池的30至48VDC电压)，以用于为ECM 12和电机控制器10供电。输入电压组件22包括EMI/EMC滤波器52，以对接收的输入电压进行滤波并防止来自电机控制器10和ECM 12的噪声的上游传输。输入电压组件22包括分布式电机总线电容组件54和预充电组件56，该预充电组件在电机控制器10的初始启动期间通过在EMI/EMC滤波器52和分布式电机总线电容组件54之间临时耦接电阻临时限制流向分布式电机总线电容组件54的电流。输入电压组件22还包括一系列电压降压转换器，包括接收30至48伏直流输入电压并输出12伏直流电压的第一电压降压转换器58，接收12伏直流电压并输出5伏直流电压的第二电压降压转换器60，接收5伏直流电压并输出3.3伏直流电压的第三电压降压转换器62，以及接收5伏直流电压并输出1.2伏直流电压的第四电压降压转换器64。

矢量正弦驱动/磁场定向控制引擎

控制单元18用于驱动ECM 12所采用的基本技术由两个常见名称已知：矢量正弦驱动(VSD)或磁场定向控制(FOC)。这些名称反映了这样的事实，即这种控制方法的输入命令是驱动到ECM 12的三相定子线圈中的双元素电流矢量，其振幅表示电机转子角的正弦电流函数的振幅。所述三相由彼此之间相位相差120°的正弦曲线驱动，并且所述正弦曲线从转子角偏移某个相位偏移，该相位偏移取决于电流矢量命令的角度。

在围绕间隙圆周的每个点处，ECM 12的转子和定子之间的微小间隙中的局部磁场矢量是转子角以及命令电流矢量的振幅和方向的函数。在笛卡尔坐标中考虑，该矢量的一个分量(称为Q轴)与间隙中的永磁场垂直或正交(以下称为Q)。另一个分量与永磁场平行或定向对齐(以下称为D)。

Q分量负责大部分转矩的产生(如果ECM 12的转子在磁体(忽略其极性)和铁的分布方面径向对称-这也被称为“隐极”，则产生全部转矩)。D分量增强或减弱通过定子线圈的总磁场通量，负责电机端电压的“反电动势”部分。因此，Q分量可用于控制转矩，而D分量可用于减小或增加电机端电压，其也是转子转速的函数。

图2是比较凸极和隐极ECM的简化示意图。凸极性包括当转子转动时沿着从转子到定子的任何径向的总磁有效气隙的变化。有效气隙可以是实际气隙或永磁材料的任一者，所述永磁材料已经饱和并且表现出与空气或真空类似的dB/dH。如果ECM 12是“凸极的”(意味着当转子角改变时，从轴到定子的径向线段穿过不同比例的铁或电工钢-永磁材料或空气)，则正D电流分量可以增加由于磁阻(转子铁对定子中的电磁线圈的吸引)作用而由ECM12产生的转矩。在所有ECM中，可以使用负D分量以允许ECM 12比可用电源电压允许的更快地旋转。在隐极ECM中，D轴电流对转矩没有影响，在这种情况下，只有负D电流具有任何优势。

术语“凸极”或“凸极性”的产生是因为实现这种效果的方法之一(尽管不是唯一的方法)是在转子表面中切出凹口，以便某些点突出(“凸极”)而其他点不突出。由于永磁体材料已经磁饱和，在磁通密度(B场)对磁场(H场)的导数的意义上，其作用就像空气一样，因此也可以通过磁体布置中的间隙替代凹口实现凸极性。通过任何布置产生凸极性，其中所述布置在转子旋转时在电机圆周的每个点处引起变化的总有效“气隙”。因此，凸极性还表现为当转子转动时，在相线对之间测量的电感的变化。

电机控制器10使用两个霍尔效应电流传感器44、46感测三个电机相电流。两个传感器足以测量三个电流，因为基尔霍夫电流定律(KCL)要求所有三个电流之和为零，并且由于除所述三相线之外，ECM 12没有额外的电流路径进出绕组。所述两个直接测量的相电流称为B和C。A电流计算为B和C电流之和的负值。

电机控制器10通过控制单元18中的逻辑执行“帕克-克拉克变换”。控制单元18获取B和C测量电流以及当前转子角估计，并且计算D和Q轴测量电流。为了以更简洁的形式重述上述内容-这些D和Q电流表示定子中实际物理电流的磁场在与转子同步旋转的参考系中的投影，因此D和Q电流是概念电流，其必须在转子上的概念线圈中流动以产生与实际物理定子线圈相同的气隙磁场。

测量的D和Q电流作为反馈输入馈送至两个带比例积分(PI)补偿器的负反馈闭环控制器。这些控制器还接受D和Q轴电流设定点，并且产生D和Q轴电压信号作为输出。这些信号是作为电机控制器10的当前电源(电池)电压的一部分的D轴和Q轴电压控制作用。然后将电压矢量从直角/笛卡尔坐标转换为极坐标，作为调制振幅M和角度Θ_控制。然后添加转子角和Θ_控制以产生Θ_输出。

空间矢量调制(SVM)是用于从M、Θ_输出转换为三个脉冲宽度调制(PWM)占空比百分数的标准方法(每相一个)。控制单元18不是简单地合成三个正弦电压，而是合成其成对差异是正弦曲线(即相间电压仍然是正弦曲线)但是其峰值相位对地电压略低于差异相同的三个正弦曲线的波形。这允许针对相同的总线电压合成较大的线间电压正弦曲线，代价是对地的三相电压的平均值不为零，这对于特定应用可能不代表显著缺点。电机控制器10使用已知具有两个零矢量的交替反转占空比的特定形式的SVM。控制单元18包括三相PWM模块，该模块将三个占空比数转换为PWM驱动信号，以控制开关组件16的低端和高端MOSFET42。

转子角估计概述

电机控制器10可被配置为相对于ECM 12生成的信号控制各个不同类型的ECM中的任何一个，其中所述信号可用于估计转子角。在控制单元18中实现的矢量正弦驱动/磁场定向控制(VSD/FOC)引擎依赖于转子角的合适估计。控制单元18可以被配置为(例如，通过编程电机类型数据值)以三种方式中的任何一种方式产生该转子角估计，如接下来的三个部分中详述的。

通过霍尔效应传感器和增量编码器信号估计转子角

图3示出了具有霍尔效应传感器和轮式编码器的ECM的电机换向图。对于具有霍尔效应传感器和编码器的ECM，控制单元18基于电机霍尔效应传感器的当前状态加载初始转子角估计。霍尔效应传感器是数字(开/关)磁场传感器，该传感器使用转子的主永磁体或辅助微磁体的任一者感测转子角并将其转换为3位数字。在3位数字的8种可能状态中，其中6种是有效的“霍尔状态”，每种状态表示360°旋转的特定60°宽的区段。该霍尔状态3位数字在电机的每个电旋转周期重复一次，而不是在电机转子每进行一次物理、机械旋转重复一次。取决于ECM 12的设计，每个物理旋转可以存在任何正整数个电周期。两者之间的比率(电周期/物理旋转)等于转子上的永磁体的“极对”数。这是转子上“极”数的一半。

一旦加载了初始角度估计，由于对应于现有霍尔状态的区段是60°宽，因此它将具有最多+/-30°的误差。增量编码器的输出(如果存在)使用标准正交解码进行解码，并且根据编码器指示转子已转动的方式递增或递减角度估计。

当霍尔状态改变时，则控制单元18得知确切的转子角，因为其知道“之前”和“之后”的霍尔状态，这意味着实际角度恰好在这两个状态之间的边界上。这用于通过简单地为其加载电机构造中出现该边界的角度从而更新角度估计。图4示意性地示出了电机控制器10和ECM 12之间的电连接，该ECM 12包括霍尔效应传感器和电机编码器，其生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。图5示意性地示出了电机控制器10和ECM12之间的电连接，该ECM包括霍尔效应传感器和电机编码器以及ECM 12外部的对轮编码器，其生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。轮式编码器可以安装在驱动轮或位于ECM 12外部并且由ECM 12旋转的其他合适构件上。图6示意性地示出了电机控制器10和ECM 12之间的电连接，该ECM包括霍尔效应传感器和ECM 12外部的对轮编码器，其生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。

如果仅存在霍尔传感器，则该模式产生每个电周期粗六角度步长。在没有编码器数据的情况下，转子的旋转速率可以基于相邻霍尔状态变化之间的时间跨度估计，并且用于更新霍尔状态变化之间的转子位置估计。图7示意性地示出了电机控制器10和ECM 12之间的电连接，该ECM仅包括霍尔效应传感器，其生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。如果存在霍尔传感器和电机转子增量编码器，则估计的转子角的精度将大大提高。如果没有霍尔传感器，则不能使用此模式。

通过增量编码器信号加凸极性估计转子角

图8示出了针对特定ECM类型的若干样本，作为真转子电角度的函数的凸极性电感数据的曲线图。如果存在增量编码器，则仅需要从另一个来源获得初始转子角估计，然后编码器可以从此处向前完全跟踪转子取向。电机控制器10可以被配置成为具有某些可预测和一致的凸极性属性的ECM生成初始转子角估计。

电机控制器10被配置为使用以下方法测量电机电感相对于转子角的变化。首先，控制单元18控制开关组件16以将已知振幅和相位的100Hz正弦电压施加到电机相。通过将正弦时变D或Q电压输入到直角坐标到极坐标转换，然后向前通过SVM和PWM模块生成施加的正弦电压。测量所得的D和Q轴电流。所有这一切都是通过以下条件实现的：实际物理转子通过其惯量相对于100Hz振动保持静止，并且VSD引擎使用的转子角是固定的已知值，该值对于控制单元18所使用的大多数功能而言为零。

由于D和Q轴电压命令与电源电压成比例并且电流测量是绝对的，因此控制单元18基于测量的电源电压进行补偿。通过根据测量的电源电压调整原始D和Q轴电压正弦曲线振幅来实现补偿，从而当电源在30和50伏之间变化时产生几乎恒定的电压驱动。

通过乘以与驱动电压正弦曲线同相和正交的单位正弦和余弦函数，然后进行低通滤波以去除100Hz和更高频率成分的残留部，从而对D和Q轴电流测量进行同步解调。这是一种称为IQ解调或“锁定”检测的标准技术。正交分量表示电感，同相分量则表示AC电阻。在多个实施方案中，控制单元18仅使用电感分量。

这些测量遵循如图8中所示的曲线。横轴是实际的真转子电角度，并且纵轴是两次测量中每一者的结果(底部曲线是向D轴施加电压激励，并且测量D轴电流；并且顶部曲线也是在D轴上施加激励，但是Q轴电流作为测量结果)。

控制单元18被配置为以查找表格形式存储ECM 12的可应用类型的电感函数，其中纵轴(测量结果)作为索引，并且执行查找以获得对应于测量的电感分量的该组可能的转子角。使用这些查找表结果以及基于所有测量结果选择使用哪条曲线的哪个部分的决策树，控制单元18得出两个转子角估计。由于所有这些凸极性电感函数都呈现180°对称性，并且因此无法用于区分两个相隔180°的转子角，因此存在两个所得的可能的转子角估计。

电机控制器10通过使用两个转子角估计中的一个沿Q轴施加已知的DC电压持续足够长的持续时间，以引起小的转子运动，从而执行最终消歧以识别初始转子取向估计。施加的DC电压引起所得的DC Q轴电流，如果使用的角度估计是正确的，则产生正(顺时针)转矩。如果使用的角度估计是正确的，则保留并使用所使用的角度估计。如果使用的角度估计不正确，则将使用的角度估计翻转180°。然后将识别的最终角度估计加载到保持实时估计的寄存器中，并且随着转子角随后改变，还通过增量编码器计数进行更新。图9示出了比较仅通过凸极性电感测量确定的示例性初始转子取向角估计和通过霍尔效应传感器和编码器跟踪确定的对应转子取向角估计的曲线图。

图10示意性地示出了电机控制器10和ECM 12之间的电连接，该ECM包括电机编码器，其生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。图11示意性地示出了电机控制器10和ECM 12之间的电连接，该ECM包括电机编码器和ECM 12外部的对轮编码器，其生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。图12示意性地示出了电机控制器10和无传感器ECM 12和ECM 12外部的对轮编码器之间的电连接，该对轮编码器生成由电机控制器10用来估计转子取向并控制ECM 12的输出。

仅通过反电动势估计转子角

控制单元18用于估计转子角的最终方法完全不需要基于电机的传感器，但是仅适用于在低速下不承受高转矩负载的ECM。这种最终方法称为反电动势转子位置跟踪，并且基于具有相位频率检测器(PFD，其中相位信息来自D轴电压并且频率信息来自Q轴电压)的锁相环(PLL)形式。这里的相位意味着转子角并且频率意味着电机转子的电旋转频率。

首先，电机控制器10通过以已知模式激励相位来强制转子达到已知的初始角度。这使得ECM 12如同粗分辨率步进电机一样工作。转子的这种初始定位要求电机上的负载足够轻以允许转子重新定位。

从该初始已知角度，控制单元18通过以下操作跟踪转子位置：(a)通过将驱动电流进入电机所需的Q轴电压除以电机的反电动势(BEMF)常数以估计转子速度；(b)数值积分速度以获得转子角的变化；并且(c)通过试图将D轴BEMF耦合驱动为零来进行逐步相位调整。D轴BEMF耦合是完整D轴电压减去电感交叉耦合和电阻项。图13是示出DQ电压和电流的电路模型的简化示意图，其中控制单元18采用的用于跟踪转子角的方法中存在误差。控制单元18采用比例积分(PI)速度控制回路，其获取估计的转子速度(来自Q轴电压)并且驱动Q轴电流以实现期望的速度。图14示意性地示出了电机控制器10和无传感器ECM 12之间的电连接。

故障监视

除了基本的电机驱动功能之外，电机控制器10还被配置为执行各种故障监视诸如过温、超速和过电压保护。在多个实施方案中，电机控制器10还配置为通过折返电流限制确保总命令电流保持低于当前电流限制(PCL)。折返电流限制保护开关组件16的MOSFET和ECM12在高命令电流情况下免受快速热损坏。折返电流限制保护是通过维持一个称为当前电流限制(PCL)的值以及两个可设定常数-尖峰电流限制和连续电流限制来实现的。只要命令的总DQ电流(sqrt(Id^2+Iq^2))保持低于连续电流限制，PCL即保持在高于连续电流限制的尖峰电流限制值。当命令电流超过连续电流限制时，PCL以每安培高于连续限制的超出命令电流0.2安培每秒的速率下降。换句话说，PCL斜线下降的速率是每秒0.2*(sqrt(Id^2+Iq^2)–continuous_current_limit)安培。PCL将在达到连续电流限制时停止斜线下降。同样，当命令电流低于连续电流限制时，PCL将以每秒0.2*(continuous_current_limit-sqrt(Id^2+Iq^2))安培的速率斜线上升。

在每个时刻，如果命令电流(sqrt(Id^2+Iq^2)小于PCL，则命令电流被馈送到PI电流控制器设定点。但是，如果命令电流超过PCL，则D轴命令在未改变情况下馈送，但Q轴命令减小至sqrt(PCL^2-Id^2)*sign(Iq)，其中Id和Iq分别是命令的Id和Iq。如果这将导致虚数，则将Iq设置为零并且将Id设置为等于PCL。

折返电流限制确保命令的总电流(在DQ电流矢量的欧几里德范数意义上)始终保持在PCL或低于PCL。D轴被优先化，因为当使用D轴执行磁场削弱时，相比于减小Q轴电流，如果减小D轴电流，则对驱动电机的能力会产生更大的不利影响。

电机控制器10还被配置为监视其中PI控制器不稳定或者不导致电流遵循命令值的电流控制故障。控制单元18通过在每个时刻计算abs(Id-Id_cmd)+abs(Iq-Iq_cmd)之和进行该操作，其是电流误差矢量的1-范数。然后将其馈送至具有合适时间常数(例如，100毫秒)的一阶低通滤波器。如果其输出超过预设阈值，则电机控制器10将切断所有电流并通过CANBUS声明电流控制故障。

示例具体实施-库存管理系统

图15示出了库存系统110的内容。库存系统110包括管理模块115、一个或多个移动驱动单元120、一个或多个库存保持器130以及一个或多个库存站150。移动驱动单元120响应于由管理模块115传送的命令在工作空间170内的各点之间运输库存保持器130。每个库存保持器130存储一个或多个类型的库存项目。因此，库存系统110能够在工作空间170内的位置之间移动库存项目，以便于从库存系统110进入、处理和/或移除库存项目以及完成涉及库存项目的其他任务。

管理模块115将任务分配给库存系统110的适当部件，并且协调各种部件的操作以完成任务。这些任务不仅可以涉及库存项目的移动和处理，还可以涉及库存系统110的部件的管理和维护。例如，管理模块115可将工作空间170的部分分配为移动驱动单元120的存放空间，安排移动驱动单元电池的再充电或更换，存储空库存保持器130，或者执行与由库存系统110及其各种部件所支持的功能相关联的任何其他操作。管理模块115可以选择库存系统110的部件来执行这些任务，并且将适当的命令和/或数据传送到所选择的部件以促进这些操作的完成。尽管图15中示出为单个分立部件，但管理模块115可以表示多个部件，并且可以表示或包括移动驱动单元120的部分或库存系统110的其他元件。因此，在特定实施方案中，下面描述的特定移动驱动单元120和管理模块115之间的任何或所有交互可以表示该移动驱动单元120与一个或多个其他移动驱动单元120之间的对等通信。

移动驱动单元120在工作空间170内的位置之间移动库存保持器130。移动驱动单元120可以表示基于库存保持器130和/或库存系统110的其他元件的特征和配置适合于在库存系统110中使用的任何设备或部件。在库存系统110的特定实施方案中，移动驱动单元120表示配置为在工作空间170自由移动的独立的自供电设备。此类库存系统的实例在2015年7月21日公布的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR POSITIONING A MOBILE DRIVE UNIT”的美国专利No.9,087,314和2012年10月2日公布的标题为“METHOD AND SYSTEM FORTRANSPORTING INVENTORY ITEMS”的美国专利No.8,280,547中公开，其全部公开内容通过引用方式并入本文。在另选实施方案中，移动驱动单元120表示跟踪的库存系统的元件，其被配置为沿着轨道、导轨、线缆、起重机系统或穿过工作空间170的其他引导或支撑元件移动库存保持器130。在此类实施方案中，移动驱动单元120可以通过与引导元件诸如动力导轨的连接接收电力和/或支撑。此外，在库存系统110的特定实施方案中，移动驱动单元120可以被配置为利用另选输送设备在工作空间170内和/或工作空间170的分离部分之间移动。移动驱动单元120的示例性实施方案的内容和操作将在下面参考图16至图19进一步讨论。

此外，移动驱动单元120能够与管理模块115通信以接收识别所选择的库存保持器130的信息，传输移动驱动单元120的位置，或者交换管理模块115或移动驱动单元120在操作期间将使用的任何其他合适的信息。移动驱动单元120可以以无线方式、使用移动驱动单元120和管理模块115之间的有线连接和/或以任何其他适当的方式与管理模块115通信。作为一个实例，移动驱动单元120的特定实施方案可以使用802.11、蓝牙或红外数据协会(IrDA)标准或任何其他适当的无线通信协议与管理模块115通信并且/或者彼此通信。作为另一个实例，在跟踪的库存系统110中，可以有线连接在其上移动驱动单元120的轨道或其他引导元件，以促进移动驱动单元120与库存系统110的其他部件之间的通信。此外，如上所述，管理模块115可包括各个移动驱动单元120的部件。因此，出于本说明书和所附权利要求书的目的，管理模块115和特定移动驱动单元120之间的通信可以表示特定移动驱动单元120的部件之间的通信。一般来讲，可以基于库存系统110的配置和特征以任何适当的方式供电、推进和控制移动驱动单元120。

库存保持器130存储库存项目。在特定实施方案中，库存保持器130包括多个存储箱，每个存储箱能够保持一个或多个类型的库存项目。库存保持器130能够由移动驱动单元120承载、滚动和/或以其他方式移动。在特定实施方案中，库存保持器130可以提供额外的推进力以补充移动驱动单元120在移动库存保持器130时提供的推进力。

此外，在特定实施方案中，库存项目140还可以悬挂在库存保持器130内或上的挂钩或挂杆(未示出)。一般来讲，库存保持器130可以以任何适当的方式将库存项目140存储在库存保持器130内和/或库存保持器130的外表面上。

此外，每个库存保持器130可以包括多个面，并且每个箱可以通过库存保持器130的一个或多个面接近。例如，在特定实施方案中，库存保持器130包括四个面。在此类实施方案中，可以通过两个面中的任一个接近位于这两个面的拐角处的箱，同时可通过该四个面的其中一个中的开口接近其他箱中的每一者。移动驱动单元120可以被配置为在适当的时间旋转库存保持器130，以将特定面和与该面相关联的箱呈现给操作员或呈现库存系统110的其他部件。

库存项目表示适合于在自动库存系统110中存储、检索和/或处理的任何对象。为了便于描述，“库存项目”可以表示存储在库存系统110中的特定类型的任何一个或多个物体。因此，如果库存保持器130当前保持某个类型的一个或多个单元，则特定库存保持器130当前“存储”特定库存项目。作为一个实例，库存系统110可以表示邮购商品仓库设施，并且库存项目可以表示存储在该仓库设施中的商品。在操作期间，移动驱动单元120可以检索包含订单中请求包装以交付客户的一个或多个库存项目的库存保持器130，或者检索承载包含用于装运的库存项目聚合收集的货盘的库存保持器130。此外，在库存系统110的特定实施方案中，包含已完成订单的箱子本身可表示库存项目。

在特定实施方案中，库存系统110还可包括一个或多个库存站150。库存站150表示指定用于完成涉及库存项目的特定任务的位置。此类任务可包括从库存保持器130中移除库存项目，将库存项目引入库存保持器130，对库存保持器130中的库存项目进行计数，分解库存项目(例如，从货盘或箱子规格的组至各个库存项目)，合并库存保持器130之间的库存项目，以及/或者以任何其他合适的方式处理或装卸库存项目。在特定实施方案中，库存站150可以仅表示可在工作空间170内完成涉及库存项目的特定任务的物理位置。在另选实施方案中，库存站150可以表示物理位置以及用于处理或装卸库存项目的任何适当设备，诸如用于监视库存项目进出库存系统110的流动的扫描器，用于与管理模块115通信的通信接口，以及/或者任何其他合适的部件。库存站150可以由操作人员完全或部分地控制，或者可以是完全自动化的。此外，作为库存系统110的操作的一部分，库存站150的操作人员或自动操作装置能够对库存项目执行某些任务，诸如包装、计数或传输库存项目。

工作空间170表示与库存系统110相关联的区域，其中移动驱动单元120可以进行移动并且/或者可以存储库存保持器130。例如，工作空间170可以表示库存系统110在其中操作的邮购商品仓库的全部或部分楼层。在一些实施方案中，工作空间170包括多个楼层，并且提供坡道、电梯、输送机和/或其他设备的一些组合以便于在多个楼层之间移动移动驱动单元120和/或库存系统110的其他部件。尽管出于说明目的，图15示出了其中工作空间170包括固定、预先确定和有限的物理空间的库存系统110的实施方案，但库存系统110的特定实施方案可包括配置为在具有可变尺寸和/或任意几何形状的工作空间170内操作的移动驱动单元120和库存保持器130。虽然图15示出了其中工作空间170完全被建筑物所包围的库存系统110的特定实施方案，但另选实施方案可利用其中工作空间170的一些或全部位于室外，在车辆(诸如货船)内，或以其他方式不受任何固定结构的限制的工作空间170。

在操作中，管理模块115选择适当的部件以完成特定任务，并且将任务分配118传输至所选择的部件以触发相关任务的完成。每个任务分配118定义要由特定部件完成的一个或多个任务。这些任务可涉及库存项目的检索、存储、补充和计数，以及/或者移动驱动单元120、库存保持器130、库存站150和库存系统110的其他部件的管理。取决于部件和要完成的任务，特定任务分配118可以识别与对应任务相关联的位置、部件和/或动作，以及/或者相关部件在完成分配的任务时要使用的任何其他适当信息。

在特定实施方案中，管理模块115部分地基于管理模块115从库存系统110的其他部件和/或从与管理模块115通信的外部部件接收的库存请求生成任务分配118。这些库存请求识别待完成的涉及存储或将要存储在库存系统110内的库存项目的特定操作，并且可以表示任何合适形式的通信。例如，在特定实施方案中，库存请求可以表示装运单，该装运单指定已通过客户购买并且要从库存系统110检索以便发货给客户的特定库存项目。管理模块115还可独立于此类库存请求生成任务分配118，作为库存系统110的整体管理和维护的一部分。例如，管理模块115可以响应于特定事件的发生(例如，响应于移动驱动单元120请求停放空间)，根据预先确定的安排(例如，作为日常启动例程的一部分)，或者基于库存系统110的配置和特征在任何适当的时间生成任务分配118。在生成一个或多个任务分配118之后，管理模块115将生成的任务分配118传输至适当的部件以完成对应任务。然后，相关部件执行其分配的任务。

具体地，关于移动驱动单元120，在特定实施方案中，管理模块115可以将任务分配118传送到所选择的移动驱动单元120，所述任务分配针对所选择的移动驱动单元120识别一个或多个目的地。管理模块115可以选择移动驱动单元120以基于所选择的移动驱动单元120的位置或状态、所选择的移动驱动单元120已经完成先前分配的任务的指示、预先确定的安排，并且/或者基于任何其他合适的考虑因素分配相关任务。这些目的地可以与管理模块115正在执行的库存请求或管理模块115试图实现的管理目标相关联。例如，任务分配可以基于库存系统110的配置、特征和/或状态，作为整体或库存系统110的各个部件限定要检索的库存保持器130的位置，要访问的库存站150，应该停放移动驱动单元120直到接收另一个任务的存储位置，或者与任何其他任务相关联的位置。例如，在特定实施方案中，此类决定可以基于特定库存项目的流行度、特定库存站150的人员配置、当前分配给特定移动驱动单元120的任务和/或任何其他适当的考虑因素。

作为完成这些任务的一部分，移动驱动单元120可在工作空间170内对接并运输库存保持器130。移动驱动单元120可以通过以任何其他合适的方式连接、提升和/或以其他方式与库存保持器130交互从而与库存保持器130对接，使得当对接时，移动驱动单元120联接至并且/或者支撑库存保持器130，并且可以在工作空间170内移动库存保持器130。虽然下面的描述侧重于被配置为以特定方式对接的移动驱动单元120和库存保持器130的特定实施方案，但是移动驱动单元120和库存保持器130的另选实施方案可以被配置为以任何适合允许移动驱动单元120在工作空间170内移动库存保持器130的方式对接。此外，如下所述，在特定实施方案中，移动驱动单元120表示库存保持器130的全部或部分。在此类实施方案中，移动驱动单元120可以在运输库存保持器130之前不与库存保持器130对接，并且/或者移动驱动单元120可以分别保持与特定库存保持器130连续对接。

在库存系统110的适当部件完成分配的任务时，管理模块115可以与相关部件进行交互以确保可用于库存系统110的空间、设备、人力和其他资源的有效使用。作为这种交互的一个具体实例，在特定实施方案中，管理模块115负责规划移动驱动单元120在工作空间170内移动时所采取的路径，并且负责将工作空间170的特定部分的使用分配给特定移动驱动单元120以完成分配的任务。在此类实施方案中，移动驱动单元120可以响应于被分配任务，请求到与任务相关联的特定目的地的路径。此外，虽然下面的描述侧重于其中移动驱动单元120从管理模块115请求路径的一个或多个实施方案，但在另选实施方案中，移动驱动单元120可生成其自己的路径。

库存系统110的部件可向管理模块115提供关于其当前状态、与其进行交互的库存系统110的其他部件，以及/或者与库存系统110的操作相关的其他状态的信息。这可允许管理模块115利用来自相关部件的反馈更新算法参数，调整策略或以其他方式修改其决策以响应于操作状态的变化或特定事件的发生。

此外，虽然管理模块115可以被配置为管理库存系统110的部件的操作的各个方面，但是在特定实施方案中，部件本身也可以负责与其操作的某些方面相关的决策，从而减少管理模块115上的处理负荷。

因此，基于其对库存系统110的各种部件的位置、当前状态和/或其他特征的了解以及对当前正在完成的所有任务的认知，管理模块115可以生成任务、分配系统资源的使用，并且以一种从系统范围视角优化操作的方式引导各个部件完成任务。此外，通过依赖于集中、系统范围的管理和本地、特定于部件的决策两者的组合，库存系统110的特定实施方案可以能够支持用于有效地执行库存系统110的操作的各个方面的多种技术。因此，通过实施下面描述的一种或多种管理技术，管理模块115的特定实施方案可以提高库存系统110的效率并且/或者提供其他操作益处。

图16至图19更详细地示出了移动驱动单元120的特定实施方案的部件。具体地讲，图16至图18包括示例性移动驱动单元120的正视图和侧视图。移动驱动单元120包括对接头210、驱动模块220、对接致动器230和控制模块270。此外，移动驱动单元120可以包括被配置为检测或确定移动驱动单元120、库存保持器130和/或库存系统110的其他适当元件的位置的一个或多个传感器。在所示实施方案中，移动驱动单元120包括位置传感器240、保持器传感器250、障碍物传感器260和识别信号发射器262。

在移动驱动单元120的特定实施方案中，对接头210将移动驱动单元120联接到库存保持器130，并且/或者在移动驱动单元120对接到库存保持器130时支撑库存保持器130。对接头210可另外允许移动驱动单元120诸如通过提升库存保持器130、推进库存保持器130、旋转库存保持器130和/或以任何其他适当的方式移动库存保持器130来操纵库存保持器130。对接头210还可以包括诸如肋、销钉和/或波纹等部件的任何适当组合，以便于库存保持器130的这种操纵。例如，在特定实施方案中，对接头210可包括高摩擦部分，该高摩擦部分在移动驱动单元120对接到库存保持器130时邻接库存保持器130的一部分。在此类实施方案中，当对接头210移动和旋转时，在对接头210的高摩擦部分和库存保持器130的表面之间产生的摩擦力可以分别引起库存保持器130中的平移和旋转移动。因此，移动驱动单元120可以通过移动或旋转对接头210独立地或作为移动驱动单元120整体移动的一部分操纵库存保持器130。

驱动模块220推进移动驱动单元120，并且当移动驱动单元120和库存保持器130对接时，推进库存保持器130。驱动模块220可表示可操作为推进移动驱动单元120的任何适当的部件集合。例如，在所示实施方案中，驱动模块220包括一对机动轮224和一对稳定轮226。一个机动轮224位于移动驱动单元120的每一侧，并且一个稳定轮226位于移动驱动单元120的每一端。机动轮224的每一者通过相关联的驱动单元225驱动，该驱动单元包括如本文所述的ECM 12和相关联的集成电机控制器10。

对接致动器230使对接头210朝向库存保持器130移动，以便于移动驱动单元120和库存保持器130的对接。对接致动器230还能够以其他合适的方式调节对接头210的位置或取向以便于对接。基于移动驱动单元120和库存保持器130的配置，对接致动器230可包括任何适当的部件以用于移动对接头210或以其他方式调节对接头210的位置或取向。例如，在所示实施方案中，对接致动器230包括附接到对接头210的中心的机动轴(未示出)。机动轴可操作以适当地提升对接头210以与库存保持器130对接。在多个实施方案中，对接致动器230包括与机动轴以驱动方式联接的关联的ECM 12和如本文所述的集成电机控制器10。

驱动模块220可以被配置为以任何适当的方式推进移动驱动单元120。例如，在所示实施方案中，机动轮224可操作以沿第一方向旋转，从而沿向前方向推进移动驱动单元120。机动轮224还可操作以沿第二方向旋转，从而沿向后方向推进移动驱动单元120。在所示实施方案中，驱动模块220还被配置为通过沿着彼此不同的方向旋转机动轮224或通过以彼此不同的速度旋转机动轮224来旋转移动驱动单元120。

位置传感器240表示一个或多个传感器、检测器或适合于以任何适当方式确定移动驱动单元120的位置的其他部件。例如，在特定实施方案中，与库存系统110相关联的工作空间170包括多个基准标记，所述基准标记将标记覆盖工作空间170的全部或一部分的二维网格上的点。在此类实施方案中，位置传感器240可包括相机和合适的图像和/或视频处理部件诸如适当编程的数字信号处理器，以允许位置传感器240检测相机视场内的基准标记。当位置传感器240检测到基准标记时，控制模块270可存储位置传感器240更新的位置信息。因此，位置传感器240可利用基准标记保持移动驱动单元120的位置的准确指示，并且当在工作空间170内移动时辅助导航。

保持器传感器250表示一个或多个传感器、检测器或适于检测库存保持器130并且/或者以任何适当的方式确定库存保持器130的位置(作为绝对位置或相对于移动驱动单元的位置120)的其他部件。保持器传感器250能够检测库存保持器130的特定部分或作为整体的库存保持器130的位置。然后，移动驱动单元120可以使用检测到的信息与库存保持器130对接或以其他方式与该库存保持器进行交互。

障碍物传感器260表示能够检测位于移动驱动单元120能够移动的一个或多个不同方向上的物体的一个或多个传感器。障碍物传感器260可以利用任何适当的部件和技术，包括适于检测位于移动驱动单元120的行进方向上的物体的光学、雷达、声纳、压力感测和/或其他类型的检测设备。在特定实施方案中，障碍物传感器260可以将描述其检测到的物体的信息传输至控制模块270，以供控制模块270使用以识别障碍物并采取适当的补救措施以防止移动驱动单元120与障碍物和/或其他物体碰撞。

障碍物传感器260还可以检测由在所示移动驱动单元120附近操作的其他移动驱动单元120发射的信号。例如，在库存系统110的特定实施方案中，一个或多个移动驱动单元120可包括发射驱动识别信号的识别信号发射器262。驱动识别信号向其他移动驱动单元120指示发射驱动识别信号的物体实际上是移动驱动单元。识别信号发射器262能够发射红外线、紫外线、音频、可见光、无线电和/或其他合适的信号，所述信号向接收者指示发射设备是移动驱动单元120。

此外，在特定实施方案中，障碍物传感器260还能够检测由其他移动驱动单元120发射的状态信息。例如，在特定实施方案中，识别信号发射器262能够在发射的识别信号中包括与移动驱动单元120有关的状态信息。该状态信息可以包括但不限于发射移动驱动单元120的位置、速度、方向和制动能力。在特定实施方案中，移动驱动单元120可以使用由其他移动驱动单元发射的状态信息，从而避免在与那些其他移动驱动单元紧密靠近操作时发生碰撞。

控制模块270监视和/或控制驱动模块220和对接致动器230的操作。控制模块270还可以从传感器诸如位置传感器240和保持器传感器250接收信息，并且基于该信息调节驱动模块220、对接致动器230以及/或者移动驱动单元120的其他部件的操作。此外，在特定实施方案中，移动驱动单元120可以被配置为与库存系统110的管理设备通信，并且控制模块270可以接收发射到移动驱动单元120的命令，并且利用移动驱动单元120的适当通信部件将信息传送回管理设备。控制模块270可以包括适合于提供所描述的功能的任何适当的硬件和/或软件。在特定实施方案中，控制模块270包括被编程为提供所描述的功能的通用微处理器。此外，控制模块270可以包括对接致动器230、驱动模块220、位置传感器240和/或保持器传感器250的全部或部分，并且/或者与移动驱动单元120的这些元件中的任何元件共享部件。

此外，在特定实施方案中，控制模块270可以包括位于部件中的硬件和软件，所述部件在物理上不同于容纳驱动模块220、对接致动器230和/或上述移动驱动单元120的其他部件的设备。例如，在特定实施方案中，在库存系统110中操作的每个移动驱动单元120可以与在服务器上操作的软件过程(在本文中称为“驱动代理”)相关联，其中所述服务器与容纳驱动模块220、对接致动器230和移动驱动单元120的其他适当部件的设备通信。驱动代理可以负责请求和接收任务、请求和接收路线、发射与移动驱动单元120相关联的状态信息，并且/或者以其他方式代表物理容纳驱动模块220、对接致动器230和移动驱动单元120的其他适当部件的设备与管理模块115和库存系统110的其他部件进行交互。因此，出于本说明书和随后的权利要求书的目的，术语“移动驱动单元”包括代表移动驱动单元120提供所描述的功能的软件和/或硬件诸如代理进程，其可以位于与上述驱动模块220、对接致动器230和/或移动驱动单元120的其他部件物理上区别的设备中。

虽然图16至图18示出了包含某些部件并且被配置为以特定方式操作的移动驱动单元120的特定实施方案，移动驱动单元120可以表示被配置为运输库存保持器30以及/或者促进库存保持器的运输的任何适当的部件和/或部件的集合。作为另一个实例，移动驱动单元120可以表示桥式起重机系统的一部分，其中一个或多个起重机组件能够在电线或导轨的网络内移动到适于与特定库存保持器130对接的位置。在与库存保持器130对接之后，然后起重机组件可以提升库存保持器130并将库存移动到另一个位置以完成分配的任务。

图19示出了包括与相应ECM 12集成的多个电机控制器10的示例性移动驱动单元120的部件。在所示实施方案中，移动驱动单元120包括两个驱动单元225(每个机动驱动轮224一个)、提升致动器230和旋转致动器232。所述两个驱动单元225的每一者、提升致动器230和旋转致动器232包括ECM 12和如本文所述的相关联的集成电机控制器10。每个电机控制器10通过CANBUS与控制模块270通信地耦接。尽管未明确示出，但是到每个电机控制器10的每个其他输入连接可以适当地与控制模块270耦接，以从控制模块270接收对应的控制信号。如本文所述，可以在移动驱动单元120中采用多于一个类型的ECM 12，并且控制单元18可以被配置为(例如，通过编程控制单元18中的ECM电机类型数据位)根据由相应ECM 12生成的转子位置信号的类型控制相应的ECM 12，并且使用公共命令协议通过CANBUS与控制模块270进行交互，而不管所采用的ECM的类型如何。

CAN接口协议

电机控制器10被配置为允许更新用于向电机控制器10提供电机控制命令的CAN接口协议。为了能够识别安装在电机控制器10上的当前CAN接口协议版本，电机控制器10被配置为通过传输与当前安装的CAN接口协议相对应的协议版本信息以响应于协议识别请求命令。

电机控制器10被配置为通过CANBUS接受电机控制命令。驱动电机命令设定新的Id和Iq当前设定点，电机控制器10通过该设定点操作ECM 12。禁用电机命令导致电机控制器10将ECM 12置于自由轮模式。运行诊断命令导致电机控制器10执行诊断序列，其中开关组件16的FET以诊断序列操作以评估电机控制器10的功能，特别关注开关组件16的功能以及ECM 12的某些方面。例如，在连接到B相和C相两者的FET 42断开的情况下，A相连接到Vbus，并且检查每个相的电压以查看所有相是否具有Vbus电压(无故障)或者是否有任何相不能拉高(故障)。类似地，A相可以接地，并且检查每个相的电压以查看所有相是否具有接地电压(无故障)或者是否有任何相不能被拉低(故障)。诊断序列可能生成的潜在故障消息包括：A相无法拉低、A相无法拉高、A相滞留在低电平、A相无法禁用；B相无法拉低、B相无法拉高、B相滞留在低电平、B相无法禁用；C相无法拉低、C相无法拉高、C相滞留在低电平、C相无法禁用和一般故障。一般故障意味着由于任何原因而无法执行诊断。一个可能的原因是所述三相未通过电机绕组连接在一起，当一个或多个相不能跟随主动驱动相时检测到该故障。

电机控制器10可以被配置为通过CANBUS传送附加故障。这些附加故障可包括：过电压故障(例如，10ms滤波电池电压测量结果超过60伏)、欠压故障(例如，10ms滤波电池电压测量结果低于20伏)、过温故障(例如，FET/印刷电路板过温传感器指示超过100摄氏度)、电机热控开关开路故障(例如，电机控制器10检测到电机热控开关回路的连续性丧失)、电流控制故障(例如，100ms滤波的RMS电流跟踪误差超过10A，其可以指示电流反馈控制不稳定)、超速故障(例如，由转子角估计器确定的电机转子转速超过预设最大转子转速)、一般故障(例如，任何其他内部故障)以及参数无效故障(例如，自上次重启未编程或无效值)。

因此，说明书和附图应被认为是出于例示性目的而非限制性目的。然而，很显然，在不脱离如在权利要求书中阐述的本发明的较宽泛的精神和范围的情况下可对其做出各种修改和改变。

其他变型也落在本公开的精神内。因此，虽然本公开的技术易受各种修改和替代构造的影响，然而某些示出的实施方案在附图中示出并在上文中详细描述。然而，应当理解，并不旨在将本发明限制于所公开的特性形式，相反地，旨在涵盖落在如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同形式。

除非在本文另作说明或与上下文明显矛盾，否则在描述所公开实施方案的上下文中(尤其是在以下权利要求书的上下文中)，术语“一个/种”和“该/所述”以及类似指代词的使用应解释为涵盖单个和多个两者。除非另外指出，术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即意味着“包括但不限于”)。术语“连接”应当被理解为部分或全部地包含在其中、附接至或接合在一起，即使存在某物介入。除非这里另有说明，这里所述的数值的范围仅仅用作分别指代落在该范围内的每个独立的值的简化方法，并且每个独立的值与它在这里被单独引述一样引用到说明书中。在此所描述的所有方法可以任何合适的次序来执行，除非在此另有说明或另外与上下文明显矛盾。任何和所有实例或者此处提供的示例性语言(例如，“诸如”)的使用都仅仅是为了更好地说明本公开的实施方案，除非另外声明，否则不对本公开的范围构成限定。说明书中任何语言均不应解释为将任何未要求权利保护的元素作为实施本公开的必要元素。

除非另外特别说明，否则析取语言诸如短语“X、Y或Z中的至少一者”旨在被理解为在上下文中通常用于表示项目、术语等可以是X、Y或Z中的任一者，或其任何组合(例如，X、Y和/或Z)。因此，这种析取语言通常不旨在且不应该暗示某些实施方案需要存在X中的至少一者、Y中的至少一者或Z中的至少一者。

本文中描述了本公开的优选实施方案，包括本发明人已知的用于执行本公开的最佳模式。通过阅读上述说明书，这些优选实施方案的变型形式对于本领域技术人员将变得显而易见。发明人预期本领域熟练技术人员可合适地使用这些变型形式，发明人将通过不同于这里描述的具体实施方案的其他方式实施本公开。因此，本公开包括适用的法律所允许的所附权利要求书中列举的主题的所有修改和等同形式。此外，除非在本文中另有说明或与上下文明显矛盾，在其所有可能的变型中，上述元素的任何组合都为本公开所包含。

本文中所引用的所有参考文献包括出版物、专利申请和专利在某种程度上引入本文供参考，就像单独和特别说明每篇参考文献一样引入供参考，并且在本文中引入其全部内容。

可参考以下条款对本公开的实施方案进行描述：

条款1一种电机控制器，该电机控制器被配置为控制至少三个不同类型的电子整流电机(ECM)中任何指定的一个，该电机控制器包括：控制器区域网(CAN)连接；开关组件，该开关组件被配置为控制流经ECM的A相定子线圈、ECM的B相定子线圈和ECM的C相定子线圈的电流；B相电流传感器，其被配置为测量流经B相定子线圈的电流；C相电流传感器，其被配置为测量流经C相定子线圈的电流；转子取向信号输入，其包括：一个或多个霍尔传感器输入，其被配置为接收由响应于ECM的霍尔传感器生成的输出，该ECM包括被配置为感测ECM的转子取向的一个或多个霍尔传感器；以及一个或多个编码器输入，其被配置为接收由响应于ECM的一个或多个编码器生成的输出，该ECM包括被配置为感测转子取向的一个或多个编码器；以及操作性地与CAN连接、转子取向信号输入、B相电流传感器、C相电流传感器和开关组件耦接的控制单元，该控制单元被配置为：

通过CAN连接接收D和Q轴电流命令；通过CAN连接接收指定至少三个不同类型的ECM中的一个的数据并将指定的ECM类型存储在存储器中，所述至少三个不同类型的ECM包括：a)包括被配置为感测转子取向的一个或多个霍尔传感器的ECM，b)包括被配置为感测转子取向的一个或多个编码器的ECM，以及c)不包括被配置为感测转子取向的任何传感器的ECM；并且根据D轴和Q轴电流命令，使用基于以下中的至少一者估计的转子取向控制开关组件以操作ECM：a)由一个或多个霍尔传感器生成的输出，b)由一个或多个编码器生成的输出，或者c)来自B相电流传感器和C相电流传感器的输出。

条款2根据条款1所述的电机控制器，还包括以下中的至少一者：操作性地连接到控制单元并且独立于CAN连接的制动输入，控制单元被配置为响应于通过制动输入接收的制动信号，控制开关组件以在抵抗转子的旋转的制动模式下操作ECM；操作性地连接到控制单元并且独立于CAN连接的睡眠输入，控制单元被配置为响应于通过睡眠输入接收的睡眠信号，进入其中电机控制器具有小于5毫安的输入电流的睡眠模式；操作性地连接到控制单元并且独立于CAN连接的滑行输入，控制单元被配置为响应于通过滑行输入接收的滑行信号，控制开关组件以在使得转子能够自由旋转的滑行模式下操作ECM；或者操作性地连接到控制单元并且独立于CAN连接的安全启动输入，控制单元被配置为响应于通过安全启动输入接收的安全启动信号控制开关组件以不操作ECM。

条款3根据条款1所述的电机控制器，其中控制单元被配置为通过CAN连接接收命令并且通过CAN连接输出作为指定的ECM类型的不变量的响应。

条款4根据条款1所述的电机控制器，其中控制单元被配置为当线间反电动势(EMF)超过用于驱动ECM的电池电压时，控制开关组件以利用磁场削弱限制电机驱动。

条款5一种电机控制器，该电机控制器被配置为控制多个不同类型的电子整流电机(ECM)中的任何指定的一种，该电机控制器包括：

操作命令连接；开关组件，该开关组件被配置为控制流经ECM的A相定子线圈、ECM的B相定子线圈和ECM的C相定子线圈的电流；转子取向信号输入；以及操作性地与操作命令连接、转子取向信号输入和开关组件耦接的控制单元，该控制单元被配置为：通过操作命令连接接收电机操作命令；接收指定多个不同类型的ECM中的一者的数据，所述多个不同类型的ECM包括以下中的至少两者：a)包括被配置为生成指示转子取向的输出的一个或多个霍尔传感器的ECM，b)包括被配置为生成指示转子取向的输出的一个或多个编码器的ECM，以及c)不包括被配置为生成指示转子取向的输出的任何传感器的ECM；并且根据电机操作命令，使用基于以下中的至少两者估计的转子取向控制开关组件以操作ECM：a)由响应于包括一个或多个霍尔传感器的指定的ECM类型的该一个或多个霍尔传感器生成的输出，b)由响应于包括一个或多个编码器的指定的ECM类型的该一个或多个编码器生成的输出，或者c)来自响应于不包括任何传感器的指定的ECM类型的B相电流传感器和C相电流传感器的输出。

条款6根据权利要求5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为通过测量ECM的电感并基于测量的ECM电感选择初始转子取向来估计初始转子取向。

条款7根据条款5所述的电机控制器，其中：操作命令连接包括控制器区域网(CAN)连接；并且控制单元被配置为通过CAN连接接收命令，并通过CAN连接输出作为指定的ECM类型的不变量的响应。

条款8根据条款5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为响应于通过制动信号输入接收的制动信号，控制开关组件以在抵抗转子的旋转的制动模式下操作ECM。

条款9根据条款5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为响应于通过睡眠输入接收的睡眠信号，进入其中电机控制器具有小于5毫安的输入电流的睡眠模式。

条款10根据条款5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为响应于通过滑行信号输入接收的滑行信号，控制开关组件以在使得转子能够自由旋转的滑行模式下操作ECM。

条款11根据条款5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为响应于通过安全启动输入接收的安全启动信号，从存储器加载恢复模式固件映像。

条款12根据条款5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为当线间反电动势(EMF)超过用于驱动ECM的电池电压时，控制开关组件以利用磁场削弱限制电机驱动。

条款13根据条款5所述的电机控制器，还包括：B相电流传感器，其被配置为测量流经B相定子线圈的电流；以及C相电流传感器，其被配置为测量流经C相定子线圈的电流；并且其中控制单元被配置为基于来自响应于指定的ECM类型的B相电流传感器和C相电流传感器的输出估计转子取向，其中所述指定的ECM类型不包括被配置为生成指示转子取向的输出的任何传感器。

条款14根据条款5所述的电机控制器，其中控制单元被配置为监视操作命令连接以获得周期性心跳信号，并且响应于未发生所述周期性心跳信号中的一个或多个，在使得转子自由旋转的滑行模式下操作ECM。

条款15一种库存管理系统，包括：被配置为存储库存项目的库存保持器；被配置为运输库存保持器的移动驱动器单元，该移动驱动单元包括：被配置为推进移动驱动单元的驱动轮；被配置为提升库存保持器的提升平台；连接到提升平台并且可操作以提升该提升平台的提升致动器；可操作以旋转提升平台的旋转致动器；第一集成驱动组件，包括第一电子整流电机(ECM)和操作性地连接到第一ECM的第一ECM控制器，第一ECM与驱动轮以驱动方式联接，第一ECM控制器被配置为根据第一ECM控制器接收的第一D和Q轴电流命令控制通过第一ECM的定子线圈的电流流动；第二集成驱动组件，包括第二ECM和操作性地连接到第二ECM的第二ECM控制器，第二ECM以驱动方式与提升平台联接，第二ECM控制器被配置为根据第二ECM控制器接收的第二D和Q轴电流命令控制通过第二ECM的定子线圈的电流流动；第三集成驱动组件，包括第三ECM和操作性地连接到第三ECM的第三ECM控制器，第三ECM以驱动方式与旋转致动器联接，第三ECM控制器被配置为根据第三ECM控制器接收的第三D和Q轴电流命令控制通过第三ECM的定子线圈的电流流动；与第一ECM控制器、第二ECM控制器和第三ECM控制器通信地耦接的控制器区域网(CAN)；控制单元，其与CAN通信地耦接并且被配置为：至少通过经由CAN将第一D和Q轴电流命令传输到第一ECM控制器以控制第一集成驱动组件的操作；至少通过经由CAN将第二D和Q轴电流命令传输到第二ECM控制器以控制第二集成驱动组件的操作；至少通过经由CAN将第三D和Q轴电流命令传输到第三ECM控制器以控制第三集成驱动组件的操作；以及管理模块，该管理模块被配置为至少指示移动驱动单元执行库存保持器的提升、移动或旋转中的至少一者。

条款16根据条款15所述的库存管理系统，其中第一、第二和第三ECM控制器中的每一者具有相同的配置并且可编程以指定由相应ECM控制器控制的多个不同类型的ECM中的一个，所述多个不同类型的ECM包括以下中的至少两者：a)包括被配置为生成指示转子取向的输出的一个或多个霍尔传感器的ECM，b)包括被配置为生成指示转子取向的输出的一个或多个编码器的ECM，以及c)不包括被配置为生成指示转子取向的输出的任何传感器的ECM。

条款17根据条款16所述的库存管理系统，其中第三ECM是多个不同类型的ECM中不同于第一或第二ECM中的至少一者的类型。

条款18根据条款16所述的库存管理系统，其中第一、第二和第三ECM控制器中的每一者包括：B相电流传感器，其被配置为测量流经相应ECM的B相定子线圈的电流；以及C相电流传感器，其被配置为测量流经相应ECM的C相定子线圈的电流；并且第一、第二和第三ECM控制器中的每一者被配置为基于来自响应于指定的ECM类型的B相电流传感器和C相电流传感器的输出估计转子取向，其中所述指定的ECM类型不包括任何传感器。

条款19根据条款15所述的库存管理系统，其中第一、第二和第三ECM控制器中的每一者被配置为执行以下操作中的至少一者：响应于通过制动信号输入接收的制动信号，在抵抗相应驱动轮的旋转的制动模式下操作相应ECM；响应于通过睡眠输入接收的睡眠信号，进入具有小于5毫安的输入电流的睡眠模式；响应于通过滑行信号输入接收的滑行信号，在使得相应驱动轮自由旋转的滑行模式下操作相应ECM；响应于通过安全启动输入接收的安全启动信号，从存储器加载恢复模式固件映像；或者当线间反电动势(EMF)超过用于驱动相应ECM的电池电压时，利用磁场削弱限制电机驱动。

条款20根据条款15所述的库存管理系统，其中第一、第二和第三ECM控制器中的每一者被配置为监视CAN以获得周期性心跳信号，并且响应于未发生所述周期性心跳信号中的一个或多个，在使得相应驱动轮自由旋转的滑行模式下操作相应ECM。

Claims (14)

1.一种电机控制器，所述电机控制器被配置为控制至少三个不同类型的电子整流电机(ECM)中的任何指定的一个，所述电机控制器包括：

控制器区域网(CAN)连接；

开关组件，其被配置为控制流经ECM的A相定子线圈、所述ECM的B相定子线圈和所述ECM的C相定子线圈的电流；

B相电流传感器，其被配置为测量流经所述B相定子线圈的电流；

C相电流传感器，其被配置为测量流经所述C相定子线圈的电流；

转子取向信号输入，其包括：

一个或多个霍尔传感器输入，其被配置为接收由响应于所述ECM的霍尔传感器生成的输出，所述ECM包括被配置为感测所述ECM的转子取向的所述一个或多个霍尔传感器；以及

一个或多个编码器输入，其被配置为接收由响应于所述ECM的一个或多个编码器生成的输出，所述ECM包括被配置为感测所述转子取向的所述一个或多个编码器；以及

操作性地与所述CAN连接、所述转子取向信号输入、所述B相电流传感器、所述C相电流传感器和所述开关组件耦接的控制单元，所述控制单元被配置为：

通过所述CAN连接接收D和Q轴电流命令；

通过所述CAN连接接收指定至少三个不同类型的ECM中的一个的数据并将所述指定的ECM类型存储在存储器中，所述至少三个不同类型的ECM包括：a)包括被配置为感测转子取向的一个或多个霍尔传感器的ECM，b)包括被配置为感测转子取向的一个或多个编码器的ECM，以及c)不包括被配置为感测转子取向的任何传感器的ECM；并且

根据所述D轴和Q轴电流命令，使用基于以下中的至少一者估计的转子取向控制所述开关组件以操作所述ECM：a)由所述一个或多个霍尔传感器生成的所述输出，b)由所述一个或多个编码器生成的所述输出，或者c)来自所述B相电流传感器和所述C相电流传感器的输出。

2.根据权利要求1所述的电机控制器，还包括以下中的至少一者：

操作性地连接到所述控制单元并且独立于所述CAN连接的制动输入，所述控制单元被配置为响应于通过所述制动输入接收的制动信号，控制所述开关组件以在抵抗所述转子的旋转的制动模式下操作所述ECM；

操作性地连接到所述控制单元并且独立于所述CAN连接的睡眠输入，所述控制单元被配置为响应于通过所述睡眠输入接收的睡眠信号，进入其中所述电机控制器具有小于5毫安的输入电流的睡眠模式；

操作性地连接到所述控制单元并且独立于所述CAN连接的滑行输入，所述控制单元被配置为响应于通过所述滑行输入接收的滑行信号，控制所述开关组件以在使得所述转子能够自由旋转的滑行模式下操作所述ECM；或者

操作性地连接到所述控制单元并且独立于所述CAN连接的安全启动输入，所述控制单元被配置为响应于通过所述安全启动输入接收的安全启动信号，控制所述开关组件以不操作所述ECM。

3.根据权利要求1所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为通过所述CAN连接接收命令并且通过所述CAN连接输出作为所述指定的ECM类型的不变量的响应。

4.根据权利要求1所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为当线间反电动势(EMF)超过用于驱动所述ECM的电池电压时，控制所述开关组件以利用磁场削弱限制电机驱动。

5.一种电机控制器，所述电机控制器被配置为控制多个不同类型的电子整流电机(ECM)中的任何指定的一个，所述电机控制器包括：

操作命令连接；

开关组件，所述开关组件被配置为控制流经ECM的A相定子线圈、所述ECM的B相定子线圈和所述ECM的C相定子线圈的电流；

转子取向信号输入；以及

操作性地与所述操作命令连接、所述转子取向信号输入和所述开关组件耦接的控制单元，所述控制单元被配置为：

通过所述操作命令连接接收电机操作命令；

接收指定多个不同类型的ECM中的一者的数据，所述多个不同类型的ECM包括以下中的至少两者：a)包括被配置为生成指示转子取向的输出的一个或多个霍尔传感器的ECM，b)包括被配置为生成指示转子取向的输出的一个或多个编码器的ECM，以及c)不包括被配置为生成指示转子取向的输出的任何传感器的ECM；并且

根据所述电机操作命令，使用基于以下中的至少两者估计的转子取向控制所述开关组件以操作所述ECM：a)由响应于包括所述一个或多个霍尔传感器的所述指定的ECM类型的所述一个或多个霍尔传感器生成的所述输出，b)由响应于包括一个或多个编码器的所述指定的ECM类型的所述一个或多个编码器生成的所述输出，或者c)来自响应于不包括任何传感器的所述指定的ECM类型的B相电流传感器和C相电流传感器的输出。

6.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为通过测量所述ECM的电感并基于所述测量的ECM电感选择初始转子取向来估计初始转子取向。

7.根据权利要求5所述的电机控制器，其中：

所述操作命令连接包括控制器区域网(CAN)连接；并且

所述控制单元被配置为通过所述CAN连接接收命令并且通过所述CAN连接输出作为所述指定的ECM类型的不变量的响应。

8.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为响应于通过制动信号输入接收的制动信号，控制所述开关组件以在抵抗所述转子的旋转的制动模式下操作所述ECM。

9.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为响应于通过睡眠输入接收的睡眠信号，进入其中所述电机控制器具有小于5毫安的输入电流的睡眠模式。

10.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为响应于通过滑行信号输入接收的滑行信号，控制所述开关组件以在使得所述转子能够自由旋转的滑行模式下操作所述ECM。

11.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为响应于通过安全启动输入接收的安全启动信号，从存储器加载恢复模式固件映像。

12.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为当线间反电动势(EMF)超过用于驱动所述ECM的电池电压时，控制所述开关组件以利用磁场削弱限制电机驱动。

13.根据权利要求5所述的电机控制器，还包括：B相电流传感器，其被配置为测量流经所述B相定子线圈的电流；以及C相电流传感器，其被配置为测量流经所述C相定子线圈的电流；并且其中所述控制单元被配置为基于来自响应于所述指定的ECM类型的所述B相电流传感器和所述C相电流传感器的所述输出估计转子取向，其中所述指定的ECM类型不包括被配置为生成指示转子取向的输出的任何传感器。

14.根据权利要求5所述的电机控制器，其中所述控制单元被配置为监视所述操作命令连接以获得周期性心跳信号，并且响应于未发生所述周期性心跳信号中的一个或多个，在使得所述转子自由旋转的滑行模式下操作所述ECM。