CN111010057B - 用于五相同步马达驱动装置的逆变器换向技术 - Google Patents

用于五相同步马达驱动装置的逆变器换向技术 Download PDF

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Abstract

描述了用于五相同步马达驱动装置的逆变器换向技术的技术解决方案。一种用于转向系统中的五相马达的五相马达控制的示例方法包括由处理装置接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm。该方法还包括由处理装置至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量的位置θm生成五相马达的每个相的五个占空比。每个占空比包括基波分量和注入谐波分量。该方法还包括由处理装置对五个占空比中的每个执行脉宽调制技术，以生成逆变器的相脚中多个开关的接通时间。

Description

用于五相同步马达驱动装置的逆变器换向技术
技术领域
本申请总体上涉及一种用于电动助力转向系统的五相同步马达驱动装置的逆变器换向技术。
背景技术
由于三相同步马达驱动装置的广泛使用，用于这些马达驱动装置驱动的逆变器换向技术得到了很好的开发。然而，这些现有的逆变器换向方法没有针对五相同步马达驱动装置很好地开发。这些现有方法提供了低的整体总线电压利用率并引起失真。因此，期望实现更高的总线电压利用率和减小的失真。
发明内容
根据一个或多个实施例，一种用于五相马达驱动装置控制的方法包括：由处理装置接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm。该方法还包括由处理装置至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量的位置θm生成五相马达的每个相的五个占空比。每个占空比包括基波分量和注入谐波分量。该方法还包括由处理装置对五个占空比中的每个执行脉宽调制技术，以生成逆变器的相脚中多个开关的接通时间。
根据一个或多个实施例，一种五相马达控件包括占空比生成器模块，其接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm，并且至少部分地基于命令调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm生成用于五相马达的每个相的五个占空比。每个占空比包括基波分量和注入谐波分量。该设备还包括脉宽调制器，其对五个占空比中的每个执行脉宽调制技术，以生成逆变器的相脚中多个开关的接通时间。
根据一个或多个实施例，一种转向系统包括生成与马达扭矩命令相对应的扭矩的量的马达。转向系统还包括占空比生成器模块，其接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm，并且至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm为五相马达的每个相生成五个占空比。每个占空比包括基波分量和注入谐波分量。该转向系统还包括脉宽调制器，其对五个占空比中的每个执行脉宽调制技术，以生成连接到马达的逆变器的相脚中多个开关的接通时间。
从以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加清楚。
附图说明
本公开的主题在说明书结论处的权利要求书中具体指出且明确请求保护。本公开的前述及其它特征和优点根据连同附图的以下详细描述是清楚的，其中：
图1描绘了根据本公开的多个方面的电动助力转向系统的示例性实施例的框图；
图2描绘了根据本公开的多个方面的五相永磁体同步马达控制器的框图；
图3描绘了根据本公开的多个方面的五相永磁体同步马达的电压源逆变器的框图；
图4描绘了用于根据本公开的多个方面的转向系统中的五相马达控制的方法的流程图；
图5描绘了根据本公开的多个方面的五相正弦脉宽调制占空比波形的曲线图；
图6A描绘了根据本公开的多个方面的第一和第三谐波的波形的曲线图；
图6B描绘了根据本公开的多个方面的第一和第五谐波的波形的曲线图；以及
图7描绘了用于根据本公开的多个方面的各种脉宽调制技术的总线电压利用率的比较的图表。
具体实施方式
现参照附图，其中将参照具体实施例描述本公开，但不限于此，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是对本公开的说明，其可以以各种和替代形式实施。附图不一定是按比例的；一些特征可能被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。
如本文所使用的术语模块和子模块指的是一个或多个处理电路，诸如专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解的是，下文描述的子模块可以被组合和/或进一步细分。
现参考附图，其中将参照具体实施例描述技术方案，而不是对其进行限制，图1是适于实现所公开实施例的电动助力转向系统(EPS)40的示例性实施例。转向机构36是齿条齿轮式系统，并且包括位于壳体50内的齿条(未示出)和位于齿轮壳体52下方的小齿轮(也未示出)。当转动在下文中表示为方向盘26(例如，手持式方向盘等)的操作者输入时，上转向轴29转动，并且通过万向接头34连接到上转向轴29的下转向轴51转动小齿轮。小齿轮的转动移动齿条，齿条移动拉杆38(仅示出一个)，进而移动转向节39(仅示出一个)，其转动可转向轮44(仅示出一个)。
电动助力转向辅助通过通常以标号24表示的控制设备提供，并且包括控制器16和电机19，该电机可以是永磁体同步马达(PMSM)，在下文中表示为马达19。控制器16由车辆电源10通过线路12供电。控制器16从车辆速度传感器17接收表示车辆速度的车速信号14。通过位置传感器32测量转向角，该位置传感器可以是光学编码型传感器、可变电阻型传感器或任何其他合适类型的位置传感器，并且向控制器16供应位置信号20。可以使用转速计或任意其他装置测量马达速度，并将其作为马达速度信号21传输到控制器16。可以测量或计算表示为ωm的马达速度，或者可以测量并计算表示为ωm的马达速度。例如，马达速度ωm可以被计算为由位置传感器32在规定的时间间隔内测量的马达位置θ的变化。例如，可以根据等式ωm＝Δθ/Δt将马达速度ωm确定为马达位置θ的导数，其中Δt是采样时间，并且Δθ是采样间隔期间的位置变化。可替代地，可以从马达位置导出马达速度作为位置相对于时间的变化率。应当理解，存在许多用于执行导数功能的众所周知的方法。
当方向盘26转动时，扭矩传感器28感测由车辆操作者施加到方向盘26的扭矩。扭矩传感器28可包括扭力杆(未示出)和可变电阻型传感器(也未示出)，该可变电阻型传感器向控制器16输出与扭力杆上的扭转量有关的可变扭矩信号18。尽管这是一类扭矩传感器，但是与已知信号处理技术共同使用的任何其它合适的扭矩感测装置也将满足要求。响应于各种输入，控制器向电动马达19发送命令22，该电动马达通过蜗杆47和蜗轮48向转向系统提供扭矩辅助，从而向车辆转向提供扭矩辅助。
应当注意，尽管通过参照用于电动转向应用的马达控制来描述所公开的实施例，但是应当理解，这些参照仅是说明性的，并且所公开的实施例可以应用于采用电动马达的任何马达控制应用，例如转向、阀控制等。此外，本文的参照和描述可适用于许多形式的参数传感器，包括但不限于扭矩、位置、速度等。还应注意，本文对电机的参照包括但不限于马达，以下为了简洁和简单起见，将仅对马达进行参照而不进行限制。
在所描绘的控制系统24中，控制器16利用扭矩、位置和速度等来计算传递所需输出功率的命令。控制器16被设置为与马达控制系统的各种系统和传感器进行通信。控制器16接收来自每个系统传感器的信号，量化接收到的信息，并响应于此提供输出命令信号，在本示例中，例如，提供给马达19。控制器16被设置为从逆变器(未示出)生成相应的电压，该逆变器可以可选地与控制器16结合并且在本文中称为控制器16，使得当应用于马达19时，生成期望的扭矩或位置。在一个或多个示例中，控制器24以反馈控制模式运转，如电流调节器，以生成命令22。可替代地，在一个或多个示例中，控制器24以前馈控制模式运转，以生成命令22。由于这些电压与马达19的位置和速度以及期望的扭矩有关，因此确定转子的位置和/或速度以及由操作者施加的扭矩。位置编码器连接到转向轴51，以检测角位置θ。编码器可以基于光学检测、磁场变化或其他方法来感测旋转位置。典型的位置传感器包括电位计、旋转变压器、同步器、编码器等，以及包括前述中的至少一个的组合。位置编码器输出指示转向轴51的角位置的位置信号20，从而输出马达19的角位置。
期望的扭矩可以由一个或多个传输指示施加的扭矩的扭矩信号18的扭矩传感器28确定。一个或多个示例性实施例包括这种扭矩传感器28并且来自其的扭矩信号18，可以响应于柔性扭杆、T形杆、弹簧或被设置为提供指示所施加扭矩的响应的类似设备(未示出)。
在一个或多个示例中，温度传感器23位于电机19处。优选地，温度传感器23被设置为直接测量马达19的感测部分的温度。温度传感器23将温度信号25传输到控制器16，以便于本文规定的处理和补偿。典型的温度传感器包括热电偶、热敏电阻、恒温器等，以及包括至少一个前述传感器的组合，其在适当放置时提供与特定温度成比例的可校准信号。
位置信号20、速度信号21和扭矩信号18等被施加到控制器16。控制器16处理所有输入信号，以生成对应于每个信号的值，得到可用于本文规定的算法中的处理的转子位置值、马达速度值和扭矩值。诸如上述的测量信号还根据期望被共同线性化、补偿和滤波，以增强特性或消除所获取信号的不期望特性。例如，信号可以被线性化，以提高处理速度，或者解决信号的大动态范围。此外，可以采用基于频率或时间的补偿和滤波来消除噪声或避免不期望的光谱特性。
为了执行规定的功能和期望的处理，以及因此执行计算(例如，马达参数的识别、控制算法等)，控制器16可以包括但不限于，处理器、计算机、DSP、存储器、存储装置、寄存器、定时、中断、通信接口和输入/输出信号接口等，以及包括至少一种前述的组合。例如，控制器16可包括输入信号处理和滤波，以实现来自通信接口的这种信号的准确采样和转换或获取。在本文稍后详细讨论控制器16的额外特征和其中的某些过程。
在安全关键应用(诸如EPS系统)中对容错的需要日益增加。目前采用双绕组三相永磁体同步电机(PMSM)来为EPS系统中使用的电致动器中的故障提供容错。这些电机通常与两个逆变器和/或微控制器组合，用以提供完全的电气冗余。然而，当一半系统发生故障时，可以提供的总辅助减少到一半。这可以通过过度利用剩余的一半系统而仅稍微增大。
双绕组电机的潜在替代方案是多相同步电机(其中PMSM落入更广泛的同步电机的类别中)。这些电机由多于五个的相组成，其中每个相可独立控制。因此，在单点逆变器或电机故障下，总系统容量比基于双绕组电机的电驱动系统高得多。然而，对于控制与多相电机共同使用的功率逆变器来说，所做的工作非常少，因此这种电机无法容易地用于工业应用。具有相对低的电压利用率的基本正弦PMW(SPWM)换向技术目前通常用于多相驱动系统。
根据本公开的多个方面，描述了用于基于五相PMSM的电驱动系统中使用的功率变换器(逆变器)的注入各种谐波的脉宽调制(PWM)换向技术。特别地，本公开描述了将诸如三次和五次谐波的奇次谐波注入到基本正弦PWM波形上，以提高DC总线电压利用率。此外，当考虑单次谐波以提高功率变换器的电压输出时，以数学方式给出DC总线电压利用率上限。
图2描绘了根据本公开的多个方面的五相PMSM控制器16的框图。电流参考计算器202将扭矩命令Tc转换为d/q电流参考Idqc，随后将其发送到电流控制器206。电流控制器206可以是利用电流测量的反馈调节器或前馈补偿器。温度T可以馈送到参数补偿器204中，以根据需要调整PMSM电参数。随后，电流控制器206生成d/q电压命令，其等效于所命令的调制指数mi和相位超前角δ。通过功率转换器换向模块208的占空比生成器210将mi和δ转换为每个相的等效占空比dph。
一旦生成了每个相的等效占空比dph，脉宽调制器212随后生成功率转换器(例如，逆变器216)的相脚中的不同开关(例如，FET)的接通时间tph。随后，由电源214供电的逆变器216向马达(例如，PMSM 19)供应所需的电压，这产生电流Iph和电磁扭矩Te。随后，位置θr和电流Iph被测量并分别反馈到控制系统的位置测量器220和电流测量器222以闭合控制回路。测量位置θm与相电流共同使用，以计算d/q测量电流Idqm，其用于闭合回路电流控制。电压源逆变器(VSI)通常用作基于PMSM的电驱动装置中的功率转换器。
虽然实际电机的设计和结构对于三相和多相(大于三相)PMSM是不同的，但是通过使用适当的变换矩阵用以将相电流和电压转换为同步帧中的等效DC量，对于所有这些电机，在同步或d/q参考帧中矢量控制的相同原理是可能的。本公开聚焦于用于五相PMSM电驱动系统的功率变换器(例如，逆变器216)的换向的不同技术。
根据本公开的多个方面，图3中描绘了用于五相PMSM电机的逆变器216。马达(例如，PMSM 19)的五个相中的每一相连接到由两个开关组成的一个相脚。例如，逆变器216包括五个相脚310、320、330、340、350，每个相脚具有两个开关(例如，相脚310包括开关312、314；相脚320包括开关322、324；相脚330包括开关332、334；相脚340包括开关342、344；相脚350包括开关352、354)。
上开关和下开关(例如，开关312、314分别表示相脚310的上开关和下开关)的占空比(等效于导通时间)分别表示为dx和dx'，其中x＝a,b,c,d,e用于五个相脚。相对地的电压被表示为Vxg(例如，对于相脚310为Vag，对于相脚320为Vbg等)。通过由图2的占空比生成器210计算的占空比控制这些电压Vxg。通常，正弦脉宽调制(SPWM)是利用逆变器生成正弦电压的最简单方式。然而，利用SPWM输出的基波AC电压的最大幅值不是最佳的，并且可以通过注入各种零序谐波(诸如单个或多个奇次谐波)来提高。
图4示出了根据本公开的多个方面的用于转向系统中的五相马达控制的方法400的流程图。该方法可以在例如图1所描绘的EPS系统40中实现，或者在任何其他合适的机器或系统中实现。现参照图1和/或图2的元件描述图4。
在框402，诸如占空比生成器210的处理装置接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm。
在框404，诸如占空比生成器210的处理装置至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm为五相马达的每一相生成五个占空比。每个占空比可包括基波分量和注入谐波分量。根据本公开的多个方面，占空比生成器210可以将谐波(例如，三次谐波、五次谐波等)注入到五个占空比中的一个或多个。例如，每个占空比包括基波分量和注入谐波分量。注入谐波分量可以是五次谐波和/或三次谐波。在一些示例中，注入谐波分量仅是五次谐波或仅是三次谐波。然而，在其他示例中，注入谐波分量可包括五次谐波和三次谐波。
在框406，诸如脉宽调制器212的处理装置对五个占空比中的每一个执行脉宽调制技术，以生成逆变器的相脚中的多个开关的接通时间。
还可以包括额外的进程，并且应当理解，图4中描绘的进程表示示例，并且可以添加其他进程或者可以移除、修改或重新布置现有进程，而不偏离本公开的范围和精神。
图5描绘了根据本公开的多个方面的五相SPWM占空比波形的曲线图500。这是用于通过脉宽调制器212执行脉宽调制的最基本技术。在该技术中，相电压彼此相隔360/n电角度，其中n是多相PMSM 19的相的数量。在五相PMSM 19的情况下，相电压彼此相隔72(例如，360/5)电角度。用于SPWM技术的占空比以数学方式表达如下：
Figure BDA0002225712480000081
其中α＝1,2,3...是相数量并且表示相a,b,c,…。用于SPWM技术的占空比波形在图5的曲线图500中示出。
考虑将单次谐波注入到正弦波形中的情况。在此提出了一种找到在特定频率下的注入信号的最佳幅值以实现最大DC总线利用率的数学方法。为了简单起见，仅将三次谐波视为实例。推导的规则可以应用于更高次谐波注入，几乎没有变化。
具有基波和三次谐波的调制信号的数学表达可表示为
Figure BDA0002225712480000082
为了求解系数A和B，上述等式可通过移除诸如偏移或相移的常量进行简化
d′3rd＝A(cos(θr)-B cos(3θr))
该优化问题的目的是找到使A最大化的B的最佳值。这可通过取上述等式关于θr的导数实现，即
Figure BDA0002225712480000083
通过求解上述等式来获得最佳θr_opt以实现d′3rd的最大值
Figure BDA0002225712480000084
将θr_opt代入到d′3rd中，得出
Figure BDA0002225712480000085
下一步骤是根据B找出A的最大值。这可通过查找以下函数的最小值来完成
Figure BDA0002225712480000091
通过取函数f(B)关于B的导数，可得到B＝1/6和
Figure BDA0002225712480000092
具有三次谐波注入的调制信号的最终表达式为
Figure BDA0002225712480000093
该波形在图6A中图形化地示出。类似地，遵循上述推导过程，具有五次谐波注入的调制信号可表达为
Figure BDA0002225712480000094
从d3rd和d5tF的表达式可以看出，与SPWM相比，最大基本输出电压分别增大15.47％和5.15％。用于注入第n次谐波的DC总线利用率的一般表达式可以写作1/cos(π/2n)，其中n是注入谐波的次数。图5、图6A和图6B分别示出了具有每个单次分量的d3rd和d5tF的调制信号。
对于五相PMSM，通常将五次谐波注入到基波电压中，以使逆变器输出最大化。这可从以下推导中得到证明。五相PMSM的两个相邻相上的线间电压可表达为
Figure BDA0002225712480000095
其中Lab、Rab和Ke分别是线间电感、电阻和反电动势(BEMF)或扭矩常量，iab是相电流，并且Vab是实际马达输入电压。在简化后，其变为
Figure BDA0002225712480000096
可以看出，五次谐波被抵消，仅保留基础电压。其图形化表示在图6B中示出。还可通过施加三次谐波注入d3rd来增大基础电压
Figure BDA0002225712480000097
Figure BDA0002225712480000101
可以看出，最大逆变器输出电压变为0.57735·VDC，其比仅注入五次谐波高9.8％。将三次谐波注入到五相PMSM的副作用是，它将激励三次电流谐波，从而生成更高次的扭矩脉动。
在图7中示出对上述不同情况的归一化总线电压利用率(考虑三次谐波注入情况作为基础)的比较。
与三次谐波的情况类似，一般的n次谐波还可被引入到占空比或PWM波形中，从而增大总线电压利用率，但是具有较高的电流谐波以及因此具有扭矩脉动的负面影响。
需要注意的是，这种折衷可以是合适的，取决于特定的应用要求。本发明的实施例引入的大体构思是，除基本占空比或PMW波形之外还注入特定谐波，以增大或最佳地最大化总线电压利用率。
尽管仅结合有限数量的实施例对本公开进行了详细的描述，但应容易理解的是，本公开并不受限于所披露的这些实施例。相反，本公开能够被修改为包含此处未描述但与己描述的本公开的范围相称的任何数量的变型、改型、替代或者等同设置。另外，尽管已经描述了本公开的多个实施例，但应理解的是，本公开的多个方案可仅包括所描述的实施例的某一些或者多个实施例的结合。因此，本公开不应被视为受前文的描述所限制。

Claims (12)

1.一种用于五相马达的五相马达控制方法，包括：
由处理装置接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm；
由所述处理装置至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm生成五相马达的每个相的五个占空比信号，其中，每个占空比信号包括基波分量和注入谐波分量，其中所述注入谐波分量包括至少一个五次谐波；以及
由所述处理装置对五个占空比信号中的每个执行脉宽调制技术，以生成逆变器的相脚中多个开关的接通时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注入谐波分量仅为五次谐波。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注入谐波包括两个注入谐波，两个注入谐波之一是五次谐波。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述注入谐波包括两个注入谐波，两个注入谐波之一是五次谐波，两个注入谐波中的另一个是三次谐波。
5.一种用于五相马达的五相马达控制设备，包括：
占空比生成器模块，接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm，并且至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm生成用于五相马达的每个相的五个占空比信号，其中，每个占空比信号包括基波分量和注入谐波分量，其中所述注入谐波分量包括至少一个五次谐波；以及
脉宽调制器模块，对五个占空比信号中的每个执行脉宽调制技术，以生成逆变器的相脚中多个开关的接通时间。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述所述注入谐波分量仅为五次谐波。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述注入谐波包括两个注入谐波，两个注入谐波之一是五次谐波。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述注入谐波包括两个注入谐波，两个注入谐波之一是五次谐波，两个注入谐波中的另一个是三次谐波。
9.一种转向系统，用于对所述转向系统中的五相马达实施五相马达控制，所述转向系统包括：
马达，生成与马达扭矩命令相对应的扭矩的量；
占空比生成器模块，接收所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm，并且至少部分地基于所命令的调制指数mi、相位超前角δ和测量位置θm为五相马达的每个相生成五个占空比信号，其中，每个占空比信号包括基波分量和注入谐波分量，其中所述注入谐波分量包括至少一个五次谐波；以及
脉宽调制器模块，对五个占空比信号中的每个执行脉宽调制技术，以生成连接到马达的逆变器的相脚中多个开关的接通时间。
10.根据权利要求9所述的转向系统，其中，所述所述注入谐波分量仅为五次谐波。
11.根据权利要求9所述的转向系统，其中，所述注入谐波包括两个注入谐波，两个注入谐波之一是五次谐波。
12.根据权利要求9所述的转向系统，其中，所述注入谐波包括两个注入谐波，两个注入谐波之一是五次谐波，两个注入谐波中的另一个是三次谐波。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11146196B2 (en) * 2018-03-16 2021-10-12 Nissan Motor Co., Ltd. Electric machine control method and electric machine control device
CN112054735B (zh) * 2020-08-25 2022-03-22 江苏大学 一种内嵌式永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195550A (zh) * 2010-03-09 2011-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 优化多相设备中第三次谐波电流引入的方法、系统和装置
FR2969867A1 (fr) * 2010-12-28 2012-06-29 Renault Sa Systeme de commande d'un ondulateur de tension alimentant un moteur electrique multiphase de vehicule automobile.
CN102545763A (zh) * 2011-01-03 2012-07-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 调整脉宽调制（pwm）波形占空比的方法、系统和设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6400116B1 (en) * 1998-06-09 2002-06-04 Nsk Ltd. Motor drive control apparatus
GB0213098D0 (en) * 2002-06-07 2002-07-17 Trw Ltd Motor control device
WO2006057317A1 (ja) * 2004-11-24 2006-06-01 Nsk Ltd. 無結線式モータ、その駆動制御装置及び無結線式モータの駆動制御装置を使用した電動パワーステアリング装置
US10153714B2 (en) * 2016-11-29 2018-12-11 Steering Solutions Ip Holding Corporation Adaptive pulse width modulation in motor control systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195550A (zh) * 2010-03-09 2011-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 优化多相设备中第三次谐波电流引入的方法、系统和装置
FR2969867A1 (fr) * 2010-12-28 2012-06-29 Renault Sa Systeme de commande d'un ondulateur de tension alimentant un moteur electrique multiphase de vehicule automobile.
CN102545763A (zh) * 2011-01-03 2012-07-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 调整脉宽调制（pwm）波形占空比的方法、系统和设备

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