CN109743889B - 用于控制无刷电机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种控制电机的方法。该方法可以包括基于从位置传感器(28)接收的信号来确定第一电机控制参数测量值，基于检测到的电机电参数确定第二电机控制参数，并且基于第一和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作。

Description

用于控制无刷电机的方法和系统
版权声明
本专利文件的部分公开内容包含受版权保护的资料。版权所有人不反对任何人按照其在专利和商标局的专利文件或记录中的形式对本专利文件或专利公开内容进行复制，但在其他方面保留所有版权。
技术领域
本发明总体上涉及无刷电机控制，特别涉及使用传感器和无传感器方法来确定电机控制参数的用于控制无刷电机的方法和系统。
背景技术
无刷直流(“BLDC”)电机或者电动换向电机(“ECM”或者“EC电机”)，例如永磁同步电机(“PMSM”)，被用于很多设备中以提供用于对物体执行操作的可控的电力输入。最近，家用电器和其他设备中的BLDC电机的使用大大增加，因为BLDC电机比其他类型的电机(例如有刷电机)更具优势。这些优势包括更高的功率重量比，更好的可靠性和更长的使用寿命(部分因为缺少刷子接触)。这些优势使得BLDC电机比其他类型的电机更加高效，可以产生更少的能源消耗和更低的运行机动装置的成本。BLDC电机的另一个优势是它们可以比其他类型的电机更小更轻，可以用于大量的有严格的尺寸和重量限制的应用中。
例如，BLDC电机由于其结构紧凑、重量轻和功率重量比高而特别适用于为无人机(“UAV”)提供动力。有时被称为“无人驾驶机(drone)”的UAV通常包括多个电机以驱动一个或多个推进装置(例如螺旋桨，风扇等)以在飞行期间提供升力、推力和转向力。每个推进装置通常由一个独立的电机供电，以允许高度的机动性和控制。BLDC电机紧凑但强大的特性允许无人机比采用其他类型的电机可能实现的无人机更小，更灵活，更高效。
控制器硬件和软件技术的进步也促使了BLDC电机应用向紧凑型和便携式电子设备，包括无人机普及。具体而言，控制器技术的进步改善了对无刷电机换向过程的控制(即，对电机绕组之间的相位切换的控制)，这凸显了有刷和无刷电机之间的关键差异。在有刷电机中，通过使电刷与换向器接触的机械过程来执行换向，从而在电机旋转时顺序地使绕组通电，与有刷电机不同的是，BLDC电机使用控制电路顺序地将电流施加到每个电机绕组以沿期望的方向(例如向前或向后)驱动转子。为了实现平稳且连续的操作，换向控制电路必须准确知道电机电角度(即永磁体的磁场位置)，以便确定何时向每个绕组施加电流。
确定电机电角度的已知方法包括使用多个转子位置传感器，如低分辨率霍尔效应传感器或高分辨率增量编码器。由于编码器的成本很高，BLDC电机通常包括位于电机外壳内的多个霍尔效应传感器(通常为三个)，用于确定转子位置和旋转方向。但是，因为需要额外的硬件，使用多个霍尔效应传感器增加电机的成本和复杂性，也增加电机的尺寸和重量。此外，霍尔效应传感器易受噪声干扰，并且需要估算技术来确定传感器之间的转子位置，这可能会导致电机响应负载变化缓慢。
确定转子位置的替代方法包括使用“无传感器”技术。例如，一种称为“零交叉”方法的常用无传感器技术包括基于当转子的永磁体通过未通电绕组时产生的反电动势(电动势)来估算转子电角度。尽管已知的无传感器技术可以允许瞬时转子位置估算，但是该方法使用依赖于已知的某些电机参数(例如绕组电阻和电感、电机速度和输入电压)的算法，所述电机参数可能不在所有操作条件下保持恒定。因此，估算的电角度可能并不是在所有情况下或在所有速度范围内都准确。
因此，为了在更大范围的工作条件下允许更准确的换向和电机控制，需要改进的系统和方法来确定转子电角度。
发明内容
在一个方面中，本发明涉及一种控制电机的方法。该方法包括基于从位置传感器接收的信号产生第一电机控制参数测量值，基于一个或多个电机电参数产生第二电机控制参数测量值，并且基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的至少一个来控制电机的操作。
在另一方面中，本发明涉及一种用于控制电机的系统。该系统可包括控制器，所述控制器具有一个或多个处理器并且被配置为基于从位置传感器接收的信号来确定第一电机控制参数测量值，基于一个或多个电机电参数确定第二电机控制参数，并且基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作。
在又一方面中，本发明涉及一种无人机(UAV)系统，其包括一个或多个推进装置，每个推进装置可操作地连接到电机；以及控制器，与所述一个或多个推进装置通信并被配置为控制每个电机的操作，所述控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为基于从位置传感器接收的信号确定第一电机控制参数测量值，基于一个或多个电机电参数确定第二电机控制参数，并且基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作。
在又一方面中，本发明涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得计算机执行控制电机的方法，所述方法包括：基于从位置传感器接收的信号产生第一电机控制参数测量值，基于一个或多个电机电参数产生第二电机控制参数测量值，并且基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作。
在又一方面中，本发明涉及一种控制电机的方法。该方法可包括：基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值，并且当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中第二电机控制参数基于从位置传感器接收到的信号。
在又一方面中，本发明涉及一种用于控制电机的系统。该系统可包括控制器，所述控制器具有一个或多个处理器，并且被配置为基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值，并且当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中第二电机控制参数基于从位置传感器接收的信号。
在又一方面中，本发明涉及一种无人机(UAV)系统，其包括一个或多个推进装置，每个推进装置可操作地连接到电机；以及控制器，所述控制器与所述一个或多个推进装置通信并被配置为控制每个电机的操作，所述控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值，并且当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中第二电机控制参数基于从位置传感器接收的信号。
在又一方面中，本发明涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得计算机执行控制电机的方法，所述方法包括：基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值，并且当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中第二电机控制参数基于从位置传感器接收的信号。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的具有控制系统的示例性可移动物体的示意图；
图2是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图3A是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图3B是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图3C是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图3D是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图3E是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图3F是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图4是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图5是根据本发明的实施例的示例性控制系统；
图6是根据本发明的实施例的可用于无传感器测定的示例性轴线规定；
图7A是根据本发明的实施例的示例性控制系统；
图7B是根据本发明的实施例的示例性电流控制模块；
图8是根据本发明的实施例的示例性无刷电机；
图9是根据本发明的实施例的控制系统的图示；以及
图10是根据本发明的实施例的控制系统的示意图示。
具体实施方式
以下详细描述参考附图。在任何可能的情况下，在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。尽管在此描述了几个说明性的实施例，但是也可能对其修改、改变和进行其他实现方式。例如，可以对附图中示出的组件进行替代、添加或修改，并且可以通过对所公开的方法进行步骤的替代、重新排序、移除或添加来修改这里描述的说明性方法。相应地，以下详细描述不限于所公开的实施例和示例。相反，所附权利要求限定了适当的范围。
如本文所使用的，术语“无传感器”可以指用于不依赖于位置传感器的使用来确定一个或多个电机控制参数，例如电机角度(例如电机电角度或者电机角位置)、转速等的方法、过程、计算、算法和/或其他活动。
如本文所使用的，术语“位置传感器”可以指传感器、传感装置或传感系统，所述传感器、传感装置或传感系统被配置成在不知道电机电参数的情况下，产生用于确定电机角度的信号。“位置传感器”可以是被配置为检测电机或一个或多个电机部件的物理位置和/或运动的装置。
如本文所使用的，术语“电机电参数”可以指电、磁或电磁参数，例如电压、电流、电阻、电感、磁阻、阻抗、磁通量、磁场密度或其它导致或影响电机操作的一个电机或一个或多个电机部件的参数。
无人机(UAV)在许多行业中以及在许多情况下被发现是用于减轻人员直接执行某些任务的职责的有用工具。例如，无人机已被用于递送货物，进行监视，并在专业和娱乐场所采集各种类型的成像和感测数据(例如照片，视频，超声波，红外线等)，使人类能力更加灵活并增强人类能力。
虽然无人机可以是“无人”的，即在没有机载人员的情况下运行，但是它们经常完全或部分由可能负责控制飞行的多个方面和/或其他相关任务(例如，控制货物和操作成像设备等)的外部人员操作。因此，在许多情况下，无人机操作员负责维持无人机的稳定、受控制的飞行，并避免可能对无人机或其货物造成的损害(例如，可能由与其他物体的碰撞、硬着陆等造成的损坏)。在其他情况下，无人机可以全部或部分由自动飞行控制系统控制，该系统也可以负责确保无人机有效运行并且不会对无人机或其货物造成损害。
无论是人工还是自动执行，无人机飞行控制基本上都包括控制连接到无人机并配置为提供升力、推力和转向力的一个或多个推进装置。无人机推进装置通常由电机驱动，每个推进装置由单独的电机供电。无刷直流电机因为与有刷电机相比更高的功率重量比、更好的可靠性和更长的使用寿命而被经常选择。但是，由于无刷直流电机比有刷电机需要更复杂的换向控制，因此必须注意确保换相控制在不同类型的情况下稳健且有效。
当涉及电机停转事件时稳健的换向控制尤为重要。当电机被物理障碍(即，阻塞推进装置的东西)或控制故障阻止驱动时，可能会出现停转事件。试图在停转事件期间驱动电机可能导致不好的结果，例如电机过热，其会导致电机部件的损坏。此外，如果在飞行期间发生停转事件，可能会突然失去升力和/或推力，这可能导致不受控制的下降以及对无人机及其货物造成的损害。本发明的实施例克服了某些挑战并且提供了用于无人机和其他设备的直流电机的稳健的换向控制。
图1是可以被配置成在一环境内移动或行进的示例性可移动物体10。可移动物体10可以是被配置成在合适的介质(例如，表面、空气、水、铁轨、空间、地下等)上或内移动的任何合适的物体、装置、机构、系统或机器。例如，可移动物体10可以是无人机(UAV)。虽然为了本说明书的示例性目的，可移动物体10在这里被示出并描述为无人机，但应理解，其他类型的可移动物体(例如，轮式物体、航海物体、机车物体和其他空中物体等)也可以或可选地用于与本发明一致的实施例中。如本文所使用的，术语“无人机”可以指被配置为自动操作和/或控制(例如，经由电子控制系统)和/或由离机人员手动操作和/或控制的空中设备。
可移动物体10可以包括一个或多个推进组件12，并且可以被配置为承载有效载荷(图中未示出)。可移动物体10可以包括位于可移动物体10上的各个位置(例如，可移动物体10的顶部、侧面、前部、后部和/或底部)处的一个或多个(例如，1,2,3,3,4,5,10,15,20等)推进组件12以推进和转向可移动物体10。推进组件12可以是可操作以产生用于维持受控飞行的力的装置或系统。推进组件12可以包括一个或多个推进装置14，其被配置为参与维持受控飞行的力的产生。推进装置14可以可驱动地连接到安装在可移动物体10上的动力源，例如电机16。
例如，推进装置14可以包括转子、螺旋桨、叶片、喷嘴等，所述推进装置可以在轴体、轮轴、轮子、液压系统、气动系统或者被配置成从电机16到推进装置14传递动力的其他部件或系统上被驱动或者由轴体、轮轴、轮子、液压系统、气动系统或者被配置成从电机16到推进装置14传递动力的其他部件或系统驱动。推进组件12和/或推进装置14可相对于彼此和/或相对于可移动物体10调节(例如，可倾斜)。可选地，推进组件12和推进装置14可以相对于彼此和/或可移动物体10具有固定的取向。在一些实施例中，每个推进组件12可以是相同类型的。在其他实施例中，推进组件12可以是不同类型的。在一些实施例中，可以一致地控制所有推进组件12(例如，全部以相同的速度和/或角度)。在其他实施例中，可以独立地控制一个或多个推进装置，例如其速度和/或角度。
可移动物体10可以包括一个或多个电机16。例如，如图1的实施例所示，针对连接到可移动物体10上的每个推进组件12，可移动物体10可以包括一个电机16。在其他实施例中，一个或多个推进组件12可共享或以其他方式由共用电机16供电。可移动物体10可包括主控制器19和/或至少一个电机控制器18。每个电机控制器18可电连接至一个或多个电机并且被构造成选择性地操作一个或多个电机16以驱动推进组件12。
如图2所示，电机16可以是无刷直流电机。电机16可以包括定位在电机壳体或主体(未示出)内的转子20和定子22。转子20可以被配置为在电机16内旋转(例如，在轴体或轮轴上)，并且定子22可被配置为保持静止。转子20可以包括永磁体24，定子22可以包括一个或多个绕组26A-26C。图2的实施例示出转子20相对于绕组26A-26C位于中心或内部。在其他实施例中，定子22的绕组26A-26C可以相对于转子20位于中心或内部，并且转子20可以被配置为围绕绕组26A-26C的外部旋转。
如图2所示，电机16可以是三相电机。也就是说，电机16可以被配置为以三相模式激励绕组26A-26C。术语“相”可以指当绕组26A-26C中的一个或多个被通电时。在图2的实施例中，三相可以包括三个单独的绕组26A、26B和26C中的每一个的顺序激励。当每个绕组26A-26C通电时(即，当在绕组两端施加电压时)，通过绕组的电流在绕组周围产生磁场。由每个绕组26A-26C产生的磁场可以与永磁体24的磁场相互作用，取决于流过每个绕组26A-26C的电流的方向，所述相互作用可以是吸引或排斥永磁体24的北极或南极，从而引起电机16内的永磁体24的旋转。当永磁体24通过未被激励的绕组时，与永磁体24相关联的磁场的移动可以在未被激励的绕组中感应出电流。通过控制每个绕组26A-26C通电和断电的时机，可以控制永磁体24的旋转以及因此控制电机16的旋转。这个过程被称为换向。
为了有效地执行电机换向，必须知道电机控制参数，例如电机速度n或者转子20(即转子20的永磁体24的磁极)和绕组26A-26C之间的角位移(被称为电角度θ)。电角度θ可以理解为例如由α和β轴定义的定子参考系和例如由d和q轴定义的转子参考系之间的角偏移。α和β轴可以是相对于定子22的固定参考轴，用于限定定子部件(例如绕组26A-26C)的位置。d轴和q轴可以相对于转子20固定，但相对于α和β轴可移动。当电机16运转中转子20移动时，d轴和q轴可以相对于α和β轴移动，并且电角度θ可以被定义为例如在d轴和α或β轴中的任一轴之间或者在q轴与α轴和β轴中的任一轴之间的角度差。当已知电角度θ时，电机控制器18可以在适当的时机对绕组26A-26C通电，以有效地控制转子20的速度和转动方向以及因此控制电机16的速度和转动方向。
图3A-3F示出了用于控制转子20的顺时针旋转的三相电机换向的六个可能的阶段。应该理解，也可以通过改变通过绕组26A-26C的电流的方向来使用相似或不同的阶段来控制逆时针旋转。虽然为了方便起见首先讨论图3A，但应当理解，当电机换向开始时，转子20可以定位在任何电角度θ处。在图3A中，磁体24的北极位于绕组26A和26B之间，并且磁体24的南极与绕组26C对齐。绕组24A通电以产生其内侧为北极的磁场以排斥永磁体24的北极，同时绕组26B通电以产生内侧为南极的磁场以吸引永磁体24的北极，由此引起转子20的顺时针旋转。绕组26C在该阶段不通电，但是永磁体24的运动在绕组26中感应出电流，因此产生被称为电动势(“EMF”)或反电动势EMF(“BEMF”)的电压。反电动势可以指：根据法拉第感应定律，当电机永磁体的磁场与电机绕组之间存在相对运动时，电机绕组两端产生的电压。
在图3B中，在永磁体24的南极经过绕组26的中部之后，绕组26C可以被激励以产生内侧为南极的磁场。这样，永磁体24的南极和绕组26C的南极可以相互排斥，而由绕组26A产生的磁场的北极吸引永磁体24的南极以促进转子20的顺时针旋转。绕组26B可以在该阶段断电，永磁体24的运动可以在绕组26B中感应出电流，从而在绕组26B中产生反电动势。这种模式可以通过换向的每个阶段继续，以保持电机16沿顺时针方向的旋转，如图3C-F所示。
为了加速或减慢电机16的旋转，可以调整施加到通电的绕组26A-26C的电压的强度(以及根据欧姆定律的对应电流)，例如通过响应于来自电机控制器18的命令来调整。例如，随着转子20的速度增加，电机控制器18可能不得不调整换向定时以更快速地切换相，以便实现转子20在正确方向上的平滑且连续的旋转运动。如果电机控制器18没有通过适当地调整换向定时(例如，使其加速或减速以便维持或达到期望的电机速度)来快速响应电机16的实际速度的变化，可能会出现由通电绕组26A-26C产生的磁场周期性地阻止转子20的期望运动的情况，从而引起电机16的不平稳运动或抖动。在这些情况下，电机的转矩输出可能间歇地减小，从而影响可移动物体10的飞行稳定性。
在一些情况下，由较差的换向定时引起的间歇转矩输出可导致推力不足以维持可移动物体10的飞行和适当的转向。在其他情况下，较差的换向控制可能导致转子20卡住，这也可能导致推力和受控飞行的缺失。当电机16的转矩输出减小或停止时(例如，当转子20卡住或减速时，当换向控制不平稳地推进转子运动时等)的情况可以被称为停转事件。
当电机16的运动被阻碍或阻止时可能发生停转事件。当电机16的运动受到阻碍或阻止时，存在飞行控制可能减弱或消失或者产生的推力不足以维持飞行的风险，这可能导致对可移动物体10的损害。另外，当电机16因为阻止电机16响应于用户的命令移动的外部影响停止运转时(即当绕组26A-26C被电流激励但电机16由于外部影响而被阻止移动时)，绕组26A-26C可能过热失效或导致可移动物体10的其他部件的损坏。
因此，在任何时候电机控制器18精确地知道转子20的电角度θ是非常重要的。电角度θ和电机速度n可以指示停转事件。知道电机16的电角度θ和电角度θ(或电机速度n)的变化率可以允许在电机控制受到影响或对电机16造成损坏之前检测到并校正停转事件。
如图4所示，为了帮助向电机控制器18提供与转子20的电角度θ相关的信息，电机16可以配备有与电机控制器18(如图1所示)通信的一个或多个位置传感器28。例如，位置传感器28可以是霍尔效应传感器，其被配置为当永磁体24在电机16内旋转时检测由永磁体24产生的磁场。当永磁体24旋转时，位置传感器28可以基于与磁体24的最近的磁极相关联的磁场的强度和极性来产生电压输出。
尽管图4示出了三个位置传感器28(即每对相邻绕组之间一个)，但应该理解，可以使用更多或更少的位置传感器28。电机16内使用的位置传感器28的数量可以取决于与电机16的整体设计相关联的各种因素。例如，可以基于电机16的整体尺寸和重量限制、电机16的成本约束、电机16内的绕组数、用于给绕组供电的电相数量和/或其他因素来选择位置传感器28的数量。当使用更少的位置传感器时，电机16的总体成本可以降低。此外，使用更少的传感器需要使用更少的电路部件，这允许电机16更轻，尺寸更小并且更稳健和可靠(即它可能具有更少的潜在故障途径)。另一方面，当使用更多的位置传感器28时，可以在转子20的每一次旋转中产生更多的位置样本，从而提高电机控制器18能够基于这些信号确定电机参数的精度。
根据各种因素，例如成本约束、精度要求、尺寸、重量、可靠性、预期环境条件和/或其他因素，可以使用不同类型的位置传感器28。例如，与其他类型的传感器相比，霍尔效应传感器可能相对具有成本效益。霍尔效应传感器也可以相对较小，重量轻，并且包括较少易于磨损的部件，并因此随时间变化保持可靠性。由于霍尔效应传感器根据“霍尔效应”进行工作，所述“霍尔效应”依赖于磁场与流过导体的电流之间的关系，所以霍尔效应传感器的输出可能受其环境条件的影响，这可能导致不准确的电机参数测定。例如，霍尔效应传感器的性能可受温度的影响，温度可能在电机16的操作期间波动(例如由于变化的天气条件，绕组26A-26C内的发热等)，导致不同的读数和不一致电机参数确定。对霍尔效应传感器读数的准确性的另一影响可能包括由电机16的电子部件内的电流波动引起的电磁干扰的量。例如，当绕组26A-26C和/或其他电部件和电路被电流激励或去电流激励时，每个元件产生的磁场会产生“噪音”并干扰霍尔效应传感器对转子位置的检测。当电机16以高速运行时，噪声和/或其他类型的失真可能会增强。在非常低的速度下，例如当电机16最初启动时，霍尔效应传感器可能能够有效地确定转子20的位置。进一步地，如果霍尔效应传感器受到一定量的震动或以其他方式受到物理干扰而导致未对准(例如，由于冲击力，由于生产或维修期间的错位等原因)，基于霍尔效应传感器的任何测定都可能受到不利影响。
可能比霍尔效应传感器成本更高的其他可能类型的位置传感器可以包括光学传感器、电磁分解器、编码器、巨磁阻传感器(GMR)和/或其他传感器。光学传感器可能比其他类型的传感器具有更高的准确性和精度特性。它们也可能相对不受环境条件的影响。光学传感器也可能包括多个移动部件并占用比其他类型的传感器更多的空间。与其他类型的位置传感器相比，电磁分解器可能相对更精确，但也可能相对较重且占用更多空间。电磁分解器可以包括多个移动部件，但是与其他类型的传感器相比，电磁分解器也可以更稳健(即耐损坏)。GMR传感器可能比霍尔效应传感器更昂贵，但比其他类型的传感器更便宜。GMR传感器也可能相对稳健并且不包含移动部件。GMR传感器可以通过观察由相邻磁场导致的导电材料的电阻变化来检测相邻磁场中的变化。与霍尔效应传感器类似，GMR传感器输出的准确性和一致性可能受环境条件，特别是环境温度的影响。
参考图5，位置传感器28可以产生指示转子20的位置或方位的信号PS1、PS2和PS3。电机控制器18可以被配置为使用信号PS1、PS2以及PS3中的一个或多个来确定各种电机参数，例如转子20的电角度θ，转子20的速度n和转子20的旋转方向。当位置传感器28是霍尔效应传感器时，电机控制器18可以被配置以分析每个位置传感器28的输出，用于确定永磁体24的磁极何时接近(即，垂直于，对齐，在其前方，在一定距离内等)每个位置传感器28。
角度观测器模块30可以被配置为分析信号PS1-3以产生第一电角度测量值θ1并且确定电机16的转子速度n。第一电角度测量值θ1可以指基于信号PS1-3中的一个或多个来确定的电角度θ的测量值。使用电机16的几何结构的已知信息(例如，相邻绕组26A-26C之间的距离，每个位置传感器28之间的距离，从每个传感器28到相邻绕组26A-26C的距离以及α和β轴的位置)和转子20的位置(以及因此获得固定到转子20的d和q轴的位置)，角度观测器模块30可以被配置为产生转子20的第一电角度测量值θ1。角度观测器模块30也可以被配置为跟踪和分析在每个第一电角度测量值θ1之间经过的时间长度并且使用该信息来确定转子速度n。基于转子速度n和第一电角度测量值θ1，角度观测器模块30还可以被配置成粗略估计(推断)当电机16位于相邻的位置传感器28之间时的电角度θ。
角度观测器模块30可以将第一电角度测量值θ1和转子速度n输出到电机控制器18中的电流控制模块32。电流控制模块32可以被配置为接收多个输入并且基于这些输入产生电机控制命令34。例如，电流控制模块32可以被配置为从输入装置(例如，远程控制装置)或从电机控制器18的另一部分(例如飞行控制模块)接收参考速度信号nref。参考速度信号nref可以指示由电机控制器18实现或保持的期望的实际电机速度n。电流控制模块32可以被配置为将参考速度信号nref与由角度观测器模块30确定的电机速度n进行比较以确定(例如，使用比例(P)，积分(I)，导数(D)，PI或PID控制方法)一个或多个电流控制参考信号。电流控制参考信号可以与电流测量信号iA和iB进行比较，所述电流测量信号可以指示供应给两个通电绕组(例如，26A和26B)的电流。应该注意，在此处讨论中仅出于举例和方便的目的提到了绕组26A和26B。绕组26A-26C的其他组合可以在电机控制期间的不同时间点通电。电流控制模块32可以处理(例如经由Clark变换、Park变换、比较、PI控制器、逆Park变换等)电流测量信号iA和iB(从绕组26A-26C取得的两个或更多个电流测量值)，并且结合第一电角度测量值θ1产生用于激励绕组26A-26C的电压控制信号。电压控制信号可以通过使用控制功能(例如脉宽调制(PWM)控制器的控制功能)来处理，以根据期望的换向计划输出电机控制命令34。例如，电流控制模块32可以被配置为基于所确定的电角度θ和转子速度n输出电机控制命令34以实现图3A-3F中所示的电机阶段(上文已讨论)。电机控制命令34可被输入到三相逆变器36中，用于调制DC电压输入以根据期望的换向定时计划在不同的电相位处向每个绕组26A-26C提供电流(即确保每个绕组26A-26C根据换向计划在适当的时间通电或不通电)。
在电机16的操作期间，由角度观测器模块30确定的电角度θ和/或电机速度n可以指示电机停转事件是否已经发生。例如，每当参考速度nref大于零(即每当操作员或电机控制器18命令驱动推进组件12)，电流控制模块32都可以预期实际电机速度n大于零，并且电角度θ根据电机速度n和/或参考速度nref而改变。电流控制模块32可以被配置为比较电机16的实际速度n和参考速度nref，并且当实际转子速度n与参考速度nref之间的差比预定的阈值大且持续预定的时间段时，或者以其他方式指示停转事件时，确定电机16是否减速或停止(即停转)。例如，电流控制模块32可以被配置为产生第一转速测量值(例如基于一个或多个位置传感器或一个或多个电机电参数确定转子速度n)，确定参考速度测量值(例如确定参考速度值nref)，并将所述第一转速测量值与所述参考速度测量值进行比较。当所述第一转速(例如，转子速度n)和所述参考速度(例如，nref)之间的差超过阈值时，电流控制模块32可以确定已经发生电机停转事件。
电流控制模块32还可以被配置为或可选地被配置为将当前电角度θnow(例如由第一电角度测量值θ1表示)与预期(即将来的)电角度θnext进行比较以确定是否已经发生电机停转事件。预期电角度θnext可以根据确定的转子速度、参考速度nref或电角度θ的变化率(即基于多个之前的角度确定值分别由电机速度确定)基于电角度θ在采样时间段内的预期变化来确定。在采样时间段过去之后，如果所述当前电角度θnow大于或小于所述预期电角度θref的量达到了预定的阈值，大于或小于所述预期电角度θref的量达到了预定的阈值且持续预定时间段，或者以其他方式指示电机停转事件，则电流控制模块32可以确定发生了电机停转事件。
电机控制器18还可以被配置为使用无传感器方法来执行电机换向和/或检测电机停转事件。也就是说，角度观测器模块30可以被配置为在没有接收位置传感器28的信息的情况下确定电机16的电角度θ和/或速度n。例如，如图6所示，几个电参数可以是已知的，可测量的，和/或可以确定的、可以指示其他电机参数。每个绕组26A-26C可以与相应的电“相位”以及其自身对应的电参数相关联。因此，与每个绕组26A-26C相关联的电参数可以与相应的“相位”相关联。换句话说，电参数(例如，电流、电压、电阻、电感等)可以被称为“相位参数”(例如，相电流、相电压、相电阻、相电感等)。在一些实施例中，每个绕组26A-26C的电流iA-C可以被测量或以其他方式确定。每个绕组的电压VA-C可以被测量或基于每个绕组26A-26C的电流iA-C和电阻ΩA-C的已知值来确定(例如基于欧姆定律)。电感LA-C可以基于电压VA-C和电流iA-C随时间的变化和/或其他已知信息来确定。
如图7A所示，可以提供例如电流iA-C的测量参数及其他参数(例如，VA-C，ΩA-C，LA-C和/或其它)以输入到角度观测器模块30和/或电流控制模块32，所述参数也可以以其他方式由角度观测器模块30和/或电流控制模块32来确定。角度观测器模块30可以被配置为根据电机参数并根据预期的确定策略使用角度和速度确定算法来确定第二电角度θ2和/或电机速度n。所述第二电角度θ2可以指使用无传感器检测方法执行的电角度θ的测量值。可以使用诸如滑模观测器(SMO)方法、扩展卡尔曼滤波器(EKF)方法、模型参考自适应系统(MRAS)方法、自适应观测器和/或人工神经网络(ANN)的各种无传感器检测方法。这样的方法可以包括测量绕组26A-26C的电流iA-C和/或电压VA-C中的一个或多个和/或确定绕组电感LA-C、反电动势、转子磁通量和/或其他参数中的一个或多个。应该说明也可以使用其他无传感器算法。
角度观测器模块30可以将第二电角度测量值θ2和转子速度n输出到电机控制器18中的电流控制模块32。电流控制模块32可以被配置为将参考速度信号nref与由角度观测器模块30确定的电机速度n进行比较以确定一个或多个电流控制参考信号。电流控制参考信号可以与电流测量信号iA和iB进行比较，所述电流测量信号可以指示供应给两个通电绕组(例如，26A和26B)的电流。电流控制模块32可以处理电流测量信号iA和iB(例如经由Clark变换、Park变换、比较、PI控制，逆Park变换等)并且结合第二电角度测量值θ2产生用于激励绕组26A-26C的电压控制信号。可以使用各种无传感器电机控制方法，例如反电动势过零检测方法、三次谐波电压积分方法、续流二极管导通检测方法和反电动势积分方法。应该注意，本发明不限于这些方法，并且可以使用其他无传感器控制方法。
图7B示出了电流控制模块32的示例性控制结构。在图7B的示例中，可以测量或以其他方式基于绕组26A-26C的特性确定电压VA、VB、VC和电流iA、iB(绕组26A-26C的任何两个电流测量值)。使用Clarke变换可以将三相电流iA、iB、iC(仅示出了iA和iB，因为其中一个绕组中的电流，即iC，为零)从三相参考系(图6中由下标A、B和C表示)到两轴正交静止参考系(图6中由α和β轴表示)转化为静止的两相电流iSα和iSβ(可分别称为α轴实际电流和β轴实际电流)。使用Park变换可以将静止的两相电流iSα和iSβ转换为正交移动(即转动)参考系(图6中由d和q轴表示)中的移动两相电流iSd和iSq(其可以被分别称为d轴实际电流和q轴实际电流)。以这种方式，可以将三相电参数(例如IA-C、VA-C、LA-C、ΩA-C等)转换成相应的移动两相电参数(例如isd、Vsd，Lsd、Ωsd、isq、Vsq、Lsq、Ωsq等)。在反馈控制(例如使用PI控制)中，可以将移动的两相电流iSd和iSq分别与d轴电流目标值iSdref和q轴电流目标值iSqref进行比较以生成d轴电压目标值VSdref和q轴电压目标值VSqref。使用逆Park变换，可以将d轴电压目标值VSdref和q轴电压目标值VSqref变换回静止参考系，分别作为α轴目标电压VSαref和β轴目标电压VSβref，并且使用控制函数进行处理以产生电机控制命令34，所述控制函数可以是脉冲宽度调制(PWM)控制函数，所述电机控制命令34用于输入到三相逆变器36以驱动电机16。
可以基于期望的电机换向计划(例如基于电机16的几何形状)来选择PWM控制函数。例如，可以基于第二电角度测量值θ2、转子速度n以及所选择的无传感器控制方法(例如算法和模型等)，配置电流控制模块32以输出电机控制命令34，从而实现图3A-3F中所示的电机阶段(上面讨论的)。可以将电机控制命令34输入到三相逆变器36中，用于调制DC电压输入VDC以激励绕组26A-26C。
在电机16的操作期间，由角度观测器模块30使用无传感器方法确定的电角度θ和/或电机速度n可以指示电机停转事件是否已经发生。例如，可以使用第二电角度测量值θ2来执行与上面讨论的那些使用第一电角度测量值θ1来检测电机停转事件的技术相类似的技术。还可以使用其他停转确定技术，例如通过电流感测方法和反电动势确定方法。例如，即使当电机16工作期间绕组26A-26C通电时，无论磁体24何时旋转，都会在每个绕组26A-26C中产生反电动势。反电动势可以反抗由逆变器36提供的电压输入，由此改变电压电势VA-C和与每个绕组26A-26C相关联的电流iA-C(通过欧姆定律)。在一些实施例中，可以测量和分析电流iA-C以确定电机停转状况。例如，当电机16停转时，不产生反电动势，因此与每个线圈相关联的电压VA-C可以约等于、成比例于从逆变器36接收的电压输入(例如，总线电压或供电电压)或根据从逆变器36接收的电压输入来确定。由于输入电压不被抵消，与每个绕组26A-26C相关联的电流iA-C可能突然增加(按照欧姆定律)。可以监测和分析测量的电流值iA-C以确定何时发生指示电机停转事件的电机停转条件(例如，电流变化超过阈值和/或持续超过阈值时间量)。或者，可以直接监视和分析反电动势，以确定电机停转状况的时间(例如电压变化超过阈值和/或持续超过阈值时间量)。
在一些情况下，为了实现期望的电机操作质量，无传感器换向和位置确定方法可能不够精确。也就是说，电机参数确定有时可能不准确，这会对第二电角度测量值θ2和电机速度n确定产生不利影响，并因此对电机换向产生不利影响。例如，当环境条件(例如环境温度)波动时，依赖于电流和电压感测和/或确定技术的无传感器方法可能变得不准确或不一致。也就是说，随着温度变化，绕组26A-26C中的电阻可能改变，这可能显著影响电流和电压确定。而且，如果提供给绕组26A-26C的输入或总线电压不一致(例如由于电池或其他电压源中的电压变化)，则可能导致电流和/或电压确定不准确。另外，由于当电机16停止时反电动势为零，以及反电动势与电机速度n成比例，在低速运行期间，电角度θ和电机速度n的确定可能由于换向噪声或其他干扰而削弱或不准确。在较高的电机转速下，可用于测量或计算电角度θ和转子速度n的时间可能会更短。因此，使用与某些无传感器控制方法相关的滤波和/或其他信号调节或处理技术会导致不准确的第二电角度测量θ2和转子速度n确定，因为在高电机转速时，所述技术不能在下一个换向周期接续之前完成。
在较宽的速度范围内，在变化的环境条件下，和在可移动物体10维持破坏性冲击的情况下，为了使得电机16持续运行，可以为其配备至少一个位置传感器28以及用于执行无传感器电机控制的设备。例如，如图8所示，除被配置为执行无传感器控制(例如下面讨论的结合电机控制器18的功能)，电机16可以仅包括一个位置传感器28。仅包含一个位置传感器可以提供低成本解决方案，以提供补充和/或冗余的用来确定电角度θ和电机速度的特征。在一些实施例中，一个位置传感器28可以是霍尔效应传感器，其可以进一步降低电机16的成本，同时提供关于电机16的操作的附加信息。应该注意的是，可以使用任何其他类型的位置传感器，例如上面讨论的那些传感器。在其他实施例中，可以包括多个位置传感器以提供与无传感器控制特征相结合的冗余和/或补充信息。如图8所示，以虚线示出的位置传感器28可指示单个传感器的可选位置或附加传感器可放置的位置。应该注意的是，可以采用位置传感器28的其他位置和/或配置。
如图9所示，电机16可以包括至少一个位置传感器28(即，仅一个或者多个等)，正如上文类似的解释过的，其被配置为向电机控制器18提供一个或多个位置传感器信号PS1-3。以虚线示出的线可以指示至少一个位置传感器28的可选位置和其与电机控制器18的相关连接或附加传感器(即多个传感器)的位置和相关的连接。正如上文类似地解释的那样，电机控制器18可以进一步配置为执行电角度θ和转子速度n的无传感器确定和/或无传感器换向(即，电机16可以包括用于将电机参数传递给电机控制器18的传感设备、电路和/或其他设备)。电机控制器18还可以包括角度比较模块38，其被配置为将第一电角度测量值θ1与第二电角度测量值θ2进行比较，并且便于对电角度测量值中的一个进行选择或修改，从而确定用于电机控制的最终电角度θF，这将在下面进一步详细解释。
图10示出了与本发明的实施例一致的示例性控制系统40。控制系统40可以包括主控制器19、电机控制器18、输入设备42和传感系统。输入设备42可以是或包括一个或多个用户操作的控制器(例如远程控制设备)和/或其他控制器控制模块。可以配置输入设备42以提供用于操作可移动物体10的输入信号。例如，可以配置输入设备以产生指示可移动物体的推进组件12的期望速度、旋转方向或取向的一个或多个输入信号。输入设备42产生的输入信号可以指示或可以用于产生参考信号，例如参考速度nref。可以配置输入设备42经由例如无线或有线通信连接的方式与电机控制器18进行电子通信。
传感系统44可以包括位于电机16的内部和/或外部的一个或多个传感器(例如位置传感器28)，被配置为产生感测信号以确定第一电角度测量值θ1、转子速度n和/或其它与电机16相关的控制参数。例如，传感系统可以包括位置传感器28、电流传感器、电压传感器、温度传感器、振动传感器、震动(即冲击)传感器、定时器和/或其它传感器。可以配置传感系统44经由一个或多个无线或有线通信连接与主控制器19和/或电机控制器18进行电子通信。
主控制器19可以包括被配置为支持和/或执行可移动物体10的功能的一个或多个处理器、存储器、电路和/或其他部件。主控制器19可以是单个控制器或包括多个单独或一起运行的控制器或控制器模块。例如，主控制器19可以是被配置成控制可移动物体10的一个或多个飞行操作的飞行控制器。例如，主控制器19可以被配置为控制可移动物体的垂直、横滚、俯仰和/或偏航运动。主控制器19还可以或可选地被配置为使用自动飞行控制来控制可移动物体10的飞行跟踪(例如目标跟踪)功能。在一些实施例中，主控制器19的部件可以包括电机控制器18和/或其他控制器或控制模块。也就是说，电机控制器18可以是主控制器19的一部分或组成主控制器19的一部分。在其他实施例中，主控制器19可以与电机控制器18分离并且与电机控制器18通信。
主控制器19还可以是或者可选地是被配置为控制可移动物体10的各种功能的总控制器。例如，主控制器19可以被配置为控制通信功能、发射信号(例如经由光、声音等)和/或其他系统，例如传感系统、远程控制系统(例如用于用户终端的)和/或辅助系统。辅助系统可能包括诸如照相机、跟踪系统、货物系统、工具等设备。
电机控制器18可以包括一个或多个部件，例如存储器46和至少一个处理器48。存储器46可以是或者包括非暂时性计算机可读介质，并且可以包括一个或多个非暂时性计算机可读介质的存储单元。存储器46的非暂时性计算机可读介质可以是或者包括任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)或适合存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备。存储单元可以包括非暂时性计算机可读介质(例如可移除介质或外部存储器，如SD卡和RAM等)的永久和/或可移除部分。
可以将电机控制器18、输入装置42和传感系统44的其他区域的信息和数据传送并存储在存储器46的非临时性计算机可读介质中。可以配置与存储器相关联的非临时性计算机可读介质46存储处理器48可执行的逻辑，代码和/或程序指令，以执行利用本发明描述的方法的任何合适的实施例。例如，可以配置与存储器相关联的非临时性计算机可读介质46存储当由处理器48执行时使处理器执行包括一个或多个步骤的方法的计算机可读指令。由处理器基于存储在所述非暂时性计算机可读介质中的指令执行的方法可以涉及处理输入，诸如存储在存储器46的非暂时性计算机可读介质中的数据或信息的输入、从输入设备42接收的输入、从传感系统44接收的输入(例如直接从传感器接收到或从存储器中检索到)和/或其他输入。可以配置所述非暂时性计算机可读介质用于存储来自传感系统44和/或输入设备42的待由处理器48处理的感测数据。在一些实施例中，所述非暂时性计算机可读介质可以用于存储处理器48产生的处理结果。
处理器48可以包括一个或多个处理器并且可以实现为可编程处理器(例如中央处理单元(CPU))。处理器48可以可操作地耦合到存储器46或另一存储设备，所述存储器或存储设备被配置为存储可由处理器48执行的用于执行一个或多个方法步骤的程序或命令。应该注意的是存储器46可以存储这里描述的方法步骤，处理器54可执行所述方法步骤以使其由处理器48执行。
在一些实施例中，处理器48可以包括和/或可选地操作性耦合到一个或多个控制模块，例如角度观察器模块30、电流控制模块32和角度比较模块38，这将在下面更详细的解释。转送模块56可以被配置为控制从一个视角(例如用户的视角和可移动物体10的视角等)到另一视角(例如用户的视角、可移动物体10的视角或其它视角的另一个)转送诸如输入、命令和其他信号的信息的方法。跟踪控制模块58可以被配置成帮助控制可移动物体10的推进组件12以相对于六个自由度(例如沿着其坐标轴的三个平移方向和围绕其坐标轴的三个旋转方向)来调整可移动物体10的空间布置、速度和/或加速度。如图10所示，角度观测器模块30、电流控制模块32和角度比较模块38可以在软件中实现以便在处理器48上执行，或者可以在与处理器48分离的硬件或软件部件(在图中未示出)中实现。
电机控制器18的部件可以以任何合适的构造布置。例如，电机控制器18的一个或多个部件可以位于可移动物体10上、相关联的载体上、有效载荷中、输入装置42内、传感系统44内或者与一个或多个上述设备通信的附加外部设备内。在一些实施例中，一个或多个处理器或存储器设备可以位于不同位置处，例如在可移动物体10上和/或合适的离机位置，使得任何由系统执行的处理和/或存储功能的合适的方面都可以发生在一个或者多个上述提到的位置。
参考图9和图10，控制系统40可以被配置为控制电机16的各个方面，例如用于实现和/或维持可移动物体10的期望飞行特性的电机换向时间和转速(参考图1)。在电机16的操作期间，电机控制器18可以被配置为基于从一个或多个位置传感器28(例如一个传感器28、多个传感器28等)接收的一个或多个信号PS1-3(例如，一个信号、多个信号等)来确定第一电角度θ1。信号PS1-3可以被传送到角度观测器模块30，角度观测器模块30可以接着基于信号PS1-3来确定第一电角度θ1。电机控制器18还可以被配置成基于检测到的电机电参数来确定第二电角度测量值θ2。例如，可以通过上述方法来测量或以其他方式确定绕组26A-26C的电流iA-C、电压VA-C、电感LA-C和/或电阻ΩA-C并将其传送到角度观测器模块30。随后角度观测器模块30可以基于所确定的电机参数(即使用上述的无传感器确定方法)确定第二电角度θ2。
角度比较模块38可以被配置然后用于确定第三电角度测量值θ3。第三电角度测量值θ3可以是基于第一和第二电角度测量值θ1和θ2。例如，可以通过利用第一和第二电角度测量值θ1、θ2中的一个来修改另一个或以数学方式将它们组合来确定第三电角度测量值θ3。例如，可以通过对第一和第二电角度测量值θ1、θ2进行求平均，基于它们之间的差值增大或减小第一或第二电角度测量值θ1、θ2中的一个(例如基于值差或百分比差)来确定第三电角度测量值θ3，或者使用电角度测量值θ1、θ2来执行不同类型的数学过程(例如涉及算法、模型、方程或公式)以便确定第三电角度测量值θ3。当第一和第二电角度测量值θ1、θ2相似时，第三电角度测量值θ3可以与第一和第二电角度测量值θ1、θ2中的每一个相同或相对相似。当第一和第二电角度测量值θ1、θ2不相似时，第三电角度测量值θ3可以与第一和第二电角度测量值θ1、θ2中的一个或两者都不相似(例如取决于用于确定第三电角度测量值θ3的方法)，但可以比第一和第二电角度测量值θ1、θ2中的一者或两者更接近电机16的真实电角度θ。
可以配置角度比较模块38以接着选择第一、第二和第三电角度测量值θ1-3中的一个以用于控制电机16。角度比较模块38可以首先将第一和第二电角度测量值θ1、θ2进行比较来确定它们是否不同。当它们不相异时(或者如果它们的差异在阈值差异内)，则角度比较模块38可以选择第一或第二电角度测量值θ1、θ2中的任一个。第一或第二电角度测量值θ1、θ2在不相异(或者它们的差值不超过阈值)时可以独立于其他参数进行选择，例如电机速度n、环境温度、输入电压和/或其他因素。当第一和第二电角度测量值θ1、θ2不同时(例如当它们的差异超过阈值时)，角度比较模块38可以接着分析其他电机参数和/或环境条件以确定电机16的当前操作条件是更适合依靠位置传感器28还是用于确定电角度θ的无传感器方法。例如，在低速和可接受的温度下，可以配置角度比较模块38来选择基于来自位置传感器28的读数的第一电角度测量值θ1。在高速度和可接受的温度下，可以配置角度比较模块38来选择基于电机参数(例如电参数)的第二电角度测量值θ2。当运行条件不适合完全依赖于第一或第二电角度测量值θ1、θ2时，例如当温度高或快速波动时，当过度的噪声或干扰使两种测定值不确定时，或者在非常高的电机速度下，角度比较模块可以选择第三电角度测量值θ3以减小依赖于电角度θ和电机速度n的不准确测量的可能性或影响。
仍然参考图9和图10，在电机16的操作期间，可以配置电机控制器18以基于检测到的电机参数(例如电参数)和来自多个位置传感器28(或单个位置传感器28)的信号来确定是否发生电机停转事件。例如可以使用无传感器方法和位置传感器28两者以上述讨论的方式确定指示电机停转事件的电机停转条件。当电机停转条件由无传感器方法或基于位置传感器28的方法之一确定时，无传感器方法和位置传感器28中的另一个可用于验证电机停转条件确定。例如，当电机控制器18基于检测到的电机参数(例如，电参数)确定电机停转条件已经发生时，电机控制器18可以通过检查由一个或多个位置传感器28产生的信号PS1-3是否指示电机16实际上未被停止(即它仍在移动)来验证或确认上述确定。通过这种方式，看起来表明电机发生电机停转条件的电机电流i1-3的突然增加可以很快地被确认或否决为实际的停转条件或其他现象，例如突然接收到用于高加速度的命令，实际转子速度n的突然变化或电机16上的突然负载变化。
例如，可以配置电流控制模块32以基于检测到的电机电参数(例如使用无传感器方法)来产生第一转速测量值。电流控制模块还可以基于从一个或多个位置传感器接收的信号来确定第二转速测量值。可以配置电流控制模块以随后将第一转速测量值与第二转速测量值进行比较以确定是否产生电机停转条件。当第一转速测量值和第二转速测量值之间的差异超过阈值时，电流控制模块32可以确定电机停转事件已经发生。
当电流增加不是因为实际停转事件时，应该继续进行电机控制和换向以防止可移动物体10的突然飞行失控。当电流增加是因为实际停转事件时，可以配置电机控制器18以采取保护措施，诸如限制施加到绕组26A-26C的电压、尝试改善停转状况(例如，重置电机操作、降低电机的功率输出等)，或者切换到确定电角度θ和转子速度n的不同方法。当确定电机停转事件已经被消除时，控制器18可以增加电机的功率输出和/或允许电机的功率输出根据正常的操作控制程序而增加。
例如，当确定尚未发生电机停转事件时，例如基于由位置传感器28产生的信号确认电流尖峰归因于非电机停转事件的事件时，可以配置电机控制器18以使用初始选择的电角度测量值θ1-3来继续控制电机16的操作。当将电流尖峰或其他电机停转条件归因于电机停转事件时(即当确定电机停转已经发生时)，可以配置电机控制器18以基于上述方法来选择电角度测量值θ1-3中的不同的一个，并且基于随后选择的电角度测量值θ1-3来控制电机16的包括换向在内的后续操作。这样，如果操作条件改变(即环境条件或内部电机条件)，或者如果位置传感器28或无传感器设备在飞行期间失效，另一个位置确定系统可以作为备用系统以允许维持对可移动物体10的充分控制。这可以允许在降低可移动物体10失控的可能性和/或由于变化的环境条件和/或其他操作条件而导致的损害的可能性的情况下来控制可移动物体10。应该理解的是，基于电流的电机停转条件也可以或可选地基于电压。
在一些实施例中，可以配置电机控制器18和/或主控制器19以通过确定第一电机控制参数(例如电角度θ的测量值、电机速度n等)是否异常并且当第一电机控制参数异常时使用第二电机控制参数(例如电角度的第二测量值或第二电机速度等)来控制电机16，以此来进行电机16的控制。例如，第一电机控制参数可以是基于电机电参数确定的电机控制参数，例如电角度θ(例如θ2)或电机转速n的无传感器测量值。电机电参数可以包括电流(iA-C、iSα、iSβ、iSd、iSq、iSdref、iSqref等)、电压(VA-C、Vsd、Vsq、VSdref、VSqref、VSαref、VSβref)、电感LA-C、Lsd、Lsq等)和/或电阻(ΩA-C、Ωsd、Ωsq等)。电机电参数还可以包括温度，诸如环境温度、一个或多个绕组26A-26C的温度或电机16的内部温度，所述温度可影响或关联其他电参数。
当电机电参数在预定范围之外时，可以确定第一电机控制参数是异常的。例如，每个电机电参数可以与预定数值范围相关联，所述预定数值范围与特定条件下的运行相关联。当针对给定的一组运行条件确定一个或多个电参数在预定范围或阈值之外时，可以将第一电机控制参数确定为异常。在一些实施例中，预定范围或阈值可以是预定或预期值的值或值的范围或百分比或百分比的范围。
当第一电机控制参数被确定为异常时，可以产生第二电机控制参数测量值并用于控制电机16。第二电机控制参数测量值可以是基于从一个或多个位置传感器(例如，位置传感器28)接收的信号(例如，PS1、PS2、PS3等)而得出的电角度θ或电机速度n的测量值。例如，在电机16的低速或极端温度(例如高或低)操作期间，使用无传感器方法确定的电角度θ和电机速度n的测量值可能是异常的。当电角度θ和电机速度n的测量值被确定为异常时，可以基于用一个或多个来自位置传感器(例如位置传感器28)的信号(例如，PS1、PS2、PS3)确定的电角度θ和电机速度n的测量值来控制电机16。以这种方式，可以使用在各种操作条件下准确的冗余系统来控制电机16。
对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的方法和系统进行各种修改和变化。考虑所公开的方法和系统的说明和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本公开的意图是说明书和示例仅被认为是示例性的，真正的范围由权利要求及其等同物指示。

Claims (60)

1.一种控制电机的方法，包括：
基于从位置传感器接收的信号产生第一电机控制参数测量值；
基于一个或多个电机电参数产生第二电机控制参数测量值；和
基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的至少一个来控制电机的操作；
还包括基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
2.如权利要求1所述的方法，还包括检测所述电机电参数。
3.如权利要求1所述的方法，还包括基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值的比较来选择第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电机控制参数测量值是基于仅由一个霍尔效应传感器生成的信息来确定的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电机控制参数测量值是基于由编码器、旋转变压器、磁电阻传感器或多个霍尔效应传感器产生的信息确定的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中控制电机的操作包括控制多个电机绕组的换向。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括基于检测到的电机电参数和从所述位置传感器接收的信号来确定是否发生电机停转事件。
8.如权利要求7所述的方法，其中确定是否发生电机停转事件包括：
基于检测到的电机电参数来产生第一转速测量值；
基于从位置传感器接收的信号产生第二转速测量值；和
比较第一转速测量值和第二转速测量值。
9.根据权利要求7所述的方法，其中确定是否发生电机停转事件包括：
基于从位置传感器接收的信号产生第一转速测量值；
基于参考速度信号确定参考速度；和
将第一转速测量值与参考速度进行比较。
10.如权利要求7所述的方法，还包括当确定所述电机停转事件未发生时，基于所述第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中选定的一个继续控制所述电机的操作。
11.如权利要求7所述的方法，还包括：
当确定电机停转事件已经发生时，选择第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的另一个；和
基于所选择的第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的所选择的另一个来控制电机的后续操作。
12.根据权利要求7所述的方法，还包括当确定电机停转事件已经发生时产生反馈信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述反馈信号指示所述电机停转事件。
14.如权利要求12所述的方法，还包括将所述反馈信号发送到主控制器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述主控制器是飞行控制器。
16.根据权利要求7所述的方法，还包括：当确定所述电机停转事件已经发生时，停止所述电机。
17.根据权利要求7所述的方法，还包括：当确定所述电机停转事件已经发生时，减小所述电机的输入功率。
18.根据权利要求7所述的方法，还包括当确定所述电机停转事件已被消除时增加所述电机的输入功率。
19.一种用于控制电机的系统，包括：
控制器，其具有一个或多个处理器并被配置为：
基于从位置传感器接收的信号确定第一电机控制参数测量值；
基于一个或多个电机电参数确定第二电机控制参数；和
基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作；
还包括基于所述第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器被配置为确定所述电机电参数。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值的比较来选择所述第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的所述一个。
22.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于仅由一个霍尔效应传感器生成的信息来确定所述第一电机控制参数。
23.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器被配置为基于由编码器、旋转变压器、磁阻传感器或多个霍尔效应传感器产生的信息来确定所述第一电机控制参数测量值。
24.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于所述第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值或第三电机控制参数测量值中选择的一个来控制多个电机绕组的换向。
25.根据权利要求19所述的系统，其中，所述控制器被配置为基于检测到的电机电参数和从所述位置传感器接收的信号来确定电机停转事件是否发生。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述控制器被配置为：
基于检测到的电机电参数来产生第一转速测量值；
基于从位置传感器接收的信号产生第二转速测量值；和
比较第一转速测量值和第二转速测量值。
27.根据权利要求25所述的系统，其中所述控制器被配置为：
基于从位置传感器接收的信号产生第一转速测量值；
基于参考速度信号确定参考速度；和
比较第一转速测量值与参考速度。
28.根据权利要求25所述的系统，其中所述控制器被配置为当确定所述电机停转事件未发生时，基于所述第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的所选定的一个来继续控制所述电机的操作。
29.根据权利要求25所述的系统，其中所述控制器被配置为：
当确定电机停转事件已经发生时，选择第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的不同的一个；和
基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的所选择的不同的一个来控制电机的后续操作。
30.根据权利要求25所述的系统，其中，所述控制器被配置为当确定所述电机停转事件已经发生时生成反馈信号。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述反馈信号指示所述电机停转事件。
32.根据权利要求30所述的系统，其中所述控制器是配置成将所述反馈信号发送到主控制器的电机控制器。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述主控制器是飞行控制器。
34.根据权利要求25所述的系统，其中，所述控制器被配置为当确定所述电机停转事件已经发生时停止所述电机。
35.根据权利要求25所述的系统，其中，所述控制器被配置为当确定所述电机停转事件已经发生时，减小所述电机的输入功率。
36.根据权利要求25所述的系统，其中，所述控制器被配置为当确定所述电机停转事件已被消除时增加所述电机的输入功率。
37.一种无人机(UAV)系统，包括：
一个或多个电机，其中每个电机可操作以驱动一个或多个推进装置；和
控制器，其与所述一个或多个电机通信并且被配置为控制每个电机的操作，所述控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置为：
基于从位置传感器接收的信号确定第一电机控制参数测量值；
基于电机电参数确定第二电机控制参数；和
基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作；
所述一个或多个处理器还配置为基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
38.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得计算机执行控制电机的方法，所述方法包括：
基于从位置传感器接收的信号产生第一电机控制参数测量值；
基于至少一个电机电参数产生第二电机控制参数测量值；和
基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值中的一个来控制电机的操作；
还包括基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
39.一种控制电机的方法，包括：
基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值；和
当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中第二电机控制参数基于从位置传感器接收的信号；
还包括基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述第一电机控制参数是基于由编码器、旋转变压器、磁电阻传感器或多个霍尔效应传感器产生的信息确定的。
41.根据权利要求39所述的方法，其中所述电机电参数是电流、电压、电阻和温度中的一个。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述电机电参数与电机相位、静止参考系和移动参考系中的至少一个相关联。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，所述温度是环境温度、所述电机的内部温度和绕组的温度中的至少一个。
44.根据权利要求39所述的方法，其中所述电机电参数是相电流、相电压、d轴电阻和电机温度中的一个。
45.根据权利要求39所述的方法，还包括：当所述电机电参数在预定范围之外时，确定所述第一电机控制参数测量值为异常。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述预定范围是参数值的范围。
47.根据权利要求45所述的方法，其中所述预定范围是参数值的百分比范围。
48.根据权利要求45所述的方法，其中所述预定范围对应于一个或多个操作条件。
49.一种用于控制电机的系统，包括：
控制器，其具有一个或多个处理器并被配置为：
基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值；和
当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中，第二电机控制参数基于从位置传感器接收到的信号；
所述控制器还被配置为基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
50.根据权利要求49所述的系统，其中所述第一电机控制参数是基于由编码器、旋转变压器、磁电阻传感器或多个霍尔效应传感器产生的信息确定的。
51.根据权利要求49所述的系统，其中所述电机电参数是电流、电压、电阻和温度中的一个。
52.根据权利要求51所述的系统，其中所述电机电参数与电机相位、静止参考系和运动参考系中的至少一个相关联。
53.根据权利要求51所述的系统，其中，所述温度是环境温度、所述电机的内部温度和绕组的温度中的至少一个。
54.根据权利要求49所述的系统，其中所述电机电参数是相电流、相电压、d轴电阻和电机温度中的一个。
55.根据权利要求49所述的系统，还包括：当所述电机电参数在预定范围之外时，确定所述第一电机控制参数测量值为异常。
56.根据权利要求55所述的系统，其中所述预定范围是参数值的范围。
57.根据权利要求55所述的系统，其中所述预定范围是参数值的百分比范围。
58.如权利要求55所述的系统，其中所述预定范围对应于一个或多个操作条件。
59.一种无人机(UAV)系统，包括：
一个或多个电机，其中每个电机可操作以驱动一个或多个推进装置；和
控制器，其与所述一个或多个电机通信并且被配置为控制每个电机的操作，所述控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：
基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值；和
当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中，第二电机控制参数基于从位置传感器接收到的信号；
所述一个或多个处理器还被配置为基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
60.一种存储指令的非临时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得计算机执行控制电机的方法，所述方法包括：
基于电机电参数产生第一电机控制参数测量值；和
当第一电机控制参数被确定为异常时，基于第二电机控制参数测量值来控制电机的操作，其中第二电机控制参数基于从位置传感器接收的信号；
还包括基于第一电机控制参数测量值和第二电机控制参数测量值来确定第三电机控制参数测量值；
基于所述电机当前的操作条件从第一电机控制参数测量值、第二电机控制参数测量值、第三电机控制参数测量值中选择一个以用于控制电机。
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