CN113466556A - 同步马达驱动器中失衡的相电阻的检测 - Google Patents

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CN113466556A CN202110338930.8A CN202110338930A CN113466556A CN 113466556 A CN113466556 A CN 113466556A CN 202110338930 A CN202110338930 A CN 202110338930A CN 113466556 A CN113466556 A CN 113466556A
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Abstract

用于控制同步马达驱动器的系统可以被配置为接收命令电压信号，以及根据命令电压信号标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征。该系统可以基于电阻失衡特征而确定对应于同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻。每个相应的相电阻可以包括相晶体管电阻和相绕组电阻。该系统可以基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻来标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的同步马达的一个或多个相。

Description

同步马达驱动器中失衡的相电阻的检测
技术领域
本公开涉及马达，并且特别地涉及用于检测同步马达驱动器中失衡的相电阻的系统和方法。
背景技术
利用同步马达和同步马达驱动器(例如，永磁同步马达(PMSM)驱动器)的机器(例如，车辆、轮船、飞机、无人机、动力设备、场地设备、泵、压缩机等)可能易受参数失衡的影响。在某些情况下，利用同步马达和同步马达驱动器的机器(以下称为同步电机)中的参数失衡可能导致不期望的电流与扭矩脉动，从而导致次佳的电流与扭矩控制。在使用前馈电流控制的同步马达驱动器中，可能放大不期望的电流与扭矩脉动。在使用反馈电流控制的同步马达驱动器中，电压限制(例如，最大电压总线限制等)和调节带宽也可能导致次佳的电流与扭矩控制。
通常，同步电机受某些要求和/或规范的约束。例如，使用对噪声、振动和粗糙度敏感的高性能运动控制应用的同步电机(例如，辅助电动助力转向(EPS)系统的同步电机)可能受到制造要求的约束，这种制造要求规定了同步电机满足最小零件间差异。同步电机的同步马达驱动器中的参数失衡可能导致难以满足要求。
发明内容
本公开大体上涉及同步马达驱动器中参数失衡的检测。
所公开的实施例的一方面包括一种用于控制同步马达驱动器的系统。该系统包括处理器和存储器。该存储器包括指令，该指令在由处理器执行时使处理器：接收命令电压信号；根据命令电压信号标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征；基于电阻失衡特征，确定对应于同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻；以及基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻，标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻对应的同步马达的一个或多个相。
所公开的实施例的另一方面包括一种用于检测同步马达驱动器中的相电阻失衡的方法。该方法包括：接收命令电压信号；根据命令电压信号标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征；基于电阻失衡特征，确定对应于同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻；以及基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻，标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻对应的同步马达的一个或多个相。
所公开的实施例的另一方面包括一种电动助力转向(EPS)系统。该EPS系统包括处理器和存储器。该存储器包括指令，该指令在由处理器执行时使处理器：接收命令电压信号；根据命令电压信号标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征；基于电阻失衡特征，确定对应于同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻；以及基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻，标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻对应的同步马达的一个或多个相。
在以下对实施例、所附权利要求书和附图的详细描述中公开了本公开的这些方面和其他方面。
附图说明
当结合附图阅读时，通过以下详细描述，最好地理解本公开。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征未按比例绘制。相反，为了清楚起见，任意地扩大或缩小各种特征的尺寸。
图1大体上示出了根据本公开的原理的相电阻失衡检测与标识系统。
图2大体上示出了根据本公开的原理的数学模型的方块图。
图3大体上示出了根据一些实施例的电阻失衡估计器。
图4大体上示出了根据本公开的原理的相电阻失衡检测与标识系统。
图5是大体上示出了根据本公开的原理的相电阻失衡检测与标识方法的流程图。
图6是大体上示出了根据本公开的原理的相电阻失衡检测与标识方法的流程图。
具体实施方式
以下的讨论针对所公开的主题的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应被解释为或以其他方式用作限制包括权利要求的本公开的范围。另外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅旨在成为该实施例的示例性讨论，而无意于暗示包括权利要求的本公开的范围限于该实施例。
同步电机可以包括易受参数失衡影响的同步马达驱动器。同步马达驱动器中的参数失衡可能导致不期望的电流与扭矩脉动，从而导致次佳的电流与扭矩控制。当在利用前馈电流控制的同步马达驱动器中不期望的电流与扭矩脉动被放大时，由于电压限制(例如，最大电压总线限制等)和调节带宽的缘故，利用反馈电流控制的同步马达驱动器仍可能受到影响。
此外，某些非线性影响(例如，温度或故障模式)可能导致同步电机的行为发生重大变化。例如，马达绕组涉及将同步电机的同步马达的导线放置在围绕涂覆的柔性磁芯闭合的线圈内。在缠绕导线的过程中(例如，相缠绕过程)，尝试缠绕导线，使得对应于每个相应的相(例如，相a、相b和相c)的导线被缠绕成电阻是相等的。然而，由在相缠绕过程期间产生的热量驱动的温度变化可能导致一个或多个相中的电阻失衡。因此，这种非线性影响的检测、标识和/或校正对于改善利用同步马达驱动器的同步电机的性能可能是有益的。
另外，一些要求和/或规范规定了某些同步电机满足最小零件间差异。例如，对噪声、振动和粗糙度敏感的高性能运动控制应用(例如，涉及批量生产的应用，例如EPS)可能受到要求或规范的约束。要求或规范可以例如规定同步电机满足最小零件间差异。受到此类要求约束的同步电机的同步马达驱动器中的参数失衡可能导致难以满足此类要求。如果不进行检测和/或校正，则参数失衡可能导致整体系统性能劣化和/或故障。整体系统性能劣化和/或故障可能降低同步电机的一个或多个组件的寿命，可能增加同步电机的一个或多个组件的产品生命周期各个阶段的成本，可能降低客户可能购买特定同步电机的可能性，等等。因此，可能期望参数失衡的检测和标识。
因此，诸如本文所述的那些系统和方法可以被配置为在相特定的粒度水平下检测和标识电阻失衡和/或基于电阻失衡执行预防措施。在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以标识命令电压信号的正弦部分(例如，以将命令电压信号的正弦部分与命令电压信号的直流(DC)部分区分开)。
在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以被配置为确定相绕组电阻(例如，基于对相晶体管电阻的估计，诸如场效应晶体管(FET)电阻)并估计相绕组温度。在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以被配置为确定相晶体管电阻(例如，基于对相绕组电阻的估计)并估计相晶体管温度。
在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以被配置为基于以下各项引起预防措施：所标识的电阻失衡(例如，与相绕组电阻和/或相晶体管电阻对应的失衡)、确定具有电阻失衡的相、与电阻失衡相对应的所估计的温度(例如，相绕组温度、相晶体管温度)或其组合。预防措施可以包括使马达减速的措施、使马达停止的措施、使特定相下的失衡电阻重新平衡的措施、响应于所标识或预测的缺陷(例如，基于失衡电阻所标识或预测的)而执行的措施、响应于所标识或预测的同步马达的绕组过热而执行的措施、任何其他合适的预防措施或其组合。
本文描述的系统和方法可以被配置为至少提供以下益处：在同步马达中相特定的粒度水平下标识电阻失衡，估计马达绕组的温度(或晶体管的温度)，基于对电阻失衡的标识和/或所估计的温度执行预防措施，等等。本文描述的系统和方法可适用于各种机器配置(例如，永磁体或绕组、非凸极或凸极、多相等)。此外，本文描述的系统和方法可以在同步马达运行的同时由处理器实时实现。本文描述的系统和方法还可以在制造工厂的生产线末端(EOL)由处理器实现。
图1大体上示出了根据本公开的原理的相电阻失衡检测与标识系统100(以下称为系统100)。系统100可以包括马达(例如，同步马达102)、逆变器104、脉宽调制器106、位置估计器108、电流感测组件110、电流命令生成器112、电流调节器114、位置估计器116、电流估计器118和参数失衡估计器120。在一些实施例中，如图所示，系统100可以利用闭环电流控制。应当理解，系统100可以包括比本文描述的组件更多或更少的组件。同步马达102可以生成用于为机器(例如，本文所述的那些机器)供电的旋转力或线性力。虽然一个或多个实施例可能涉及同步马达102，但是应当理解，这是作为示例提供的，并且在实践中，可以使用另一种类型的合适马达。系统100的各种组件可以用作同步马达驱动器122的一部分(例如，电流调节器114、脉宽调制器106、逆变器104等)。同步马达驱动器122可以是控制发送到同步马达102的电能的电子装置。同步马达驱动器122可以以变化的量和变化的频率向同步马达102提供电压，从而间接地控制同步马达102的速度和扭矩。
在一些实施例中，电流命令生成器112可以接收命令的电磁扭矩
Figure BDA0002998716860000051
作为输入。命令的电磁扭矩可以由用户使用计算装置输入，可以被预先编程用于同步马达102，和/或可以经由另一合适的方法被接收。电流命令生成器112可以基于命令的电磁扭矩生成命令的电流
Figure BDA0002998716860000052
在一些实施例中，电流调节器114可以从电流命令生成器112接收命令的电流
Figure BDA0002998716860000053
在一些实施例中，电流调节器114可以接收由用户使用计算装置输入的命令的电流
Figure BDA0002998716860000054
在一些实施例中，在反馈控制的同步马达驱动器122中使用电流调节器114以便以最小的误差追踪命令的电流。
在一些实施例中，电流调节器114将命令电压信号发送给脉宽调制器106。附加地或可替代地，电流调节器114将命令电压信号发送给电阻失衡估计器120。如本文所使用的，命令电压信号可以是指系统100假定等于或几乎等于测得的电压的电压信号。在一些实施例中，命令电压信号可以包括恒定部分，并且在一些实施例中，命令电压信号可以包括恒定部分和正弦部分。如果命令电压信号仅包括恒定部分，则可能不存在电阻失衡，因为电压输出信号的正弦部分表示包括电阻失衡特征的脉动。如本文将进一步描述的，当命令电压信号包括恒定部分和正弦部分时，正弦部分被标识为电阻失衡特征。
脉宽调制器106可以在给定的时间段上控制命令电压信号为高的持续时间和命令电压信号为低的持续时间。这种控制命令电压信号为高和低时的持续时间的技术可以控制同步马达102的方向。逆变器104可以是电压源逆变器，并且可以改变提供给同步马达102的电压的频率，以控制同步马达102的扭矩。逆变器104可以将命令电压信号作为输入电压Vabc提供给同步马达102。同步马达102可以使用电压Vabc来生成一定量的电流，该一定量的电流可以等于命令的电流
Figure BDA0002998716860000061
或可以不同于命令的电流
Figure BDA0002998716860000062
(例如，当存在电阻失衡时)。
同步马达102可以将电流Iabc提供给电流感测组件110。电流感测组件110(例如，电流传感器)可以被配置为检测电路中的电流。电流感测组件110可以向电流估计器118提供指示电流Iabc的信号。电流估计器118还可以从位置估计器116接收指示同步马达102的电气(相)位置θ的信号。例如，位置感测组件108可以测量或感测同步马达102的相位，并且可以向位置估计器116提供指示该位置的信号。位置估计器116可以向电流估计器118提供指示相位θ的信号。电流估计器118可以估计由同步马达102输出的电流量(例如，基于指示同步马达102的相位θ和电流Iabc的信号)。在一些实施例中，电流估计器118将估计的电流
Figure BDA0002998716860000063
提供给电流调节器114。附加地或可替代地，电流估计器118将估计的电流
Figure BDA0002998716860000064
提供给电阻失衡估计器120。
电流调节器114可以接收估计的电流
Figure BDA0002998716860000065
并将其与命令的电流
Figure BDA0002998716860000066
进行比较。如果电流调节器确定估计的电流
Figure BDA0002998716860000067
和命令的电流
Figure BDA0002998716860000068
之间存在差异，则电流调节器114可以发送电压命令信号
Figure BDA0002998716860000069
这将导致估计的电流
Figure BDA00029987168600000610
与命令的电流
Figure BDA00029987168600000611
精确地匹配。这样，由于命令的电流
Figure BDA00029987168600000612
是恒定的，并且估计的电流
Figure BDA00029987168600000613
等于命令的电流
Figure BDA00029987168600000614
所以估计的电流
Figure BDA00029987168600000615
也是恒定的。为了保持恒定的电流，电流调节器114可以引起命令电压信号
Figure BDA00029987168600000616
中的脉动。
电阻失衡估计器120从电流调节器114读取命令电压信号
Figure BDA00029987168600000617
电阻失衡估计器120包括数学变换块、幅值与相位计算块、平均电阻估计块，相电阻计算块、相绕组与晶体管电阻估计块、以及相绕组与晶体管温度估计块。如将要描述的，电阻失衡估计器120可以使用数学模型来标识电阻失衡特征(例如，在存在电阻失衡的情况下)。电阻失衡估计器120接收命令电压信号
Figure BDA00029987168600000618
并且接收指示同步马达102的相位θ的信号。电阻失衡估计器120基于命令电压信号
Figure BDA0002998716860000071
来确定是否存在电阻失衡。例如，如果电阻失衡估计器120确定命令电压信号
Figure BDA0002998716860000072
仅包括恒定部分而没有正弦部分，则电阻失衡估计器120确定不存在表示于命令电压信号
Figure BDA0002998716860000073
中的电阻失衡。正弦部分可以是指命令电压信号
Figure BDA0002998716860000074
的脉动部分，并且可以至少表示电阻失衡特征。如果电阻失衡估计器120确定命令电压信号
Figure BDA0002998716860000075
包括恒定部分和正弦部分，则电阻失衡估计器120确定检测到电阻失衡，因为正弦部分表示电阻失衡特征。在一些实施例中，可以实时(例如，小于2秒)进行电阻失衡特征的标识。
关于命令电压信号
Figure BDA0002998716860000076
的更多细节可以由电阻失衡估计器120确定，例如，具有电阻失衡的特定相电阻。例如，针对同步马达102的每个相应的相，电阻失衡估计器120可以基于满足同步马达102的运行条件来确定相电阻。相电阻表示电路电阻，并且可以包括马达定子电阻(在本文中称为相绕组电阻)和(例如，功率转换器的FET的)相晶体管电阻。该运行条件可以涉及同步马达102的速度满足阈值、同步马达102输出的电流满足特定阈值、电流幅值满足特定阈值、同步马达102的相的电阻满足特定阈值、电阻幅值满足特定阈值、电压幅值满足特定阈值等。
以下讨论涉及用于执行本文描述的技术的数学模型。例如，三相永磁同步马达(PMSM)在固定参考系(即，abc参考系)中的数学模型可以如下表示：
Figure BDA0002998716860000077
Figure BDA0002998716860000078
Figure BDA0002998716860000079
在等式(1a)-(1c)中，Vx(Van,Vbn,或Vcn)表示端电压，Ix(Ia,Ib,或Ic)表示相电流，Rx(Ra,Rb,或Rc)表示相电阻，λxl(λal,λbl,或λcl)表示相x(位a、b或c)的与电感有关的磁链，λm表示永磁体磁链，Ld和Lq分别表示d轴电感和q轴电感，Te表示电磁扭矩，θ表示同步马达102的电气(相)位置，并且β表示等于
Figure BDA0002998716860000081
弧度的常数。期望每个相下的相电阻彼此相等。即，相电阻Ra,Rb,和Rc应全部相等。当相电阻不相等时，相电阻可以写为如下形式：
Ra＝R+ΔRa
Rb＝R+ΔRb
Rc＝R+ΔRc (2)
其中，ΔRx项表示相x的值与标称值R的偏差。在许多应用中，相失衡被忽略。例如，由平均或直流方程组成的公知的同步参考系(即，dq模型)不考虑与位置有关的脉动。此外，当各相之间的电阻失衡时，解析机器模型将不再与位置无关。为了解决这个问题，真实的dq参考模型可以通过使用正确的固定参考系等式并应用适当的数学变换来获得。所得到的电压等式如下获得：
Figure BDA0002998716860000082
Figure BDA0002998716860000091
在等式(3)-(5)中，i表示理想项(例如，不包括失衡影响的平均机器模型(averagemachine model)中涉及的项)，而其余项则基于如下标R所示的机器电阻中的失衡而产生。这些等式表示真实或实际的机器行为，并且不涉及控制策略。
反馈电流控制采用高带宽电流调节器，该调节器使测得的电流(其是使用位置测量而变换到同步参考系(即，dq模型)的相电流)跟随命令的电流。假设d轴和q轴两者均具有理想的一阶闭环电流控制响应，则参考电流和实际电流在同步参考系中如下相关：
Figure BDA0002998716860000092
Figure BDA0002998716860000093
如果假定电流控制调节器114的带宽足够高，则可以假定实际电流等于命令值。在此假设下，由于电阻失衡而产生的以稳态从电流控制调节器114输出的电压可以如下表示：
Figure BDA0002998716860000094
Figure BDA0002998716860000095
由于电阻失衡而引起的电压脉动将随马达电流而变化。请注意，在这种情况下，在反馈控制操作中没有电流脉动，而在同步频率的两倍处存在电压脉动。考虑到电流调节器必须施加非恒定电压以平衡机器引起的电压纹波，以便能够无误差地追踪测得的或实际的电流，可以直观地理解这一点。实际上，电流控制调节器114的带宽不是无限的，并且因此在整个运行频率范围内进行追踪并不是理想的。
图2大体上示出了根据本公开的原理的结合了电阻失衡的数学模型的方块图。
图3大体上更详细地示出了根据一些实施例的电阻失衡估计器120。在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用变换块302)可以从电流调节器114接收命令电压信号
Figure BDA0002998716860000101
闭环电流控制包括通过应用脉动电压命令来抑制由电流中的电阻失衡引起的脉动。因此，同步参考系(dq模型)中的命令电压信号包括DC信号
Figure BDA0002998716860000102
以及脉动
Figure BDA0002998716860000103
例如，二阶电气脉动。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用变换块302)可以应用变换技术来标识命令电压信号的脉动部分
Figure BDA0002998716860000104
和
Figure BDA0002998716860000105
并将其转换(解调)成诊断电压Vu和Vv。例如，电阻失衡估计器120可以使用逆派克变换(Inverse Park Transform)或类似类型的解调器来标识命令电压信号的脉动部分
Figure BDA0002998716860000106
和
Figure BDA0002998716860000107
并将其转换成诊断电压Vu和Vv。所得到的诊断(即，uv)电压如下所示：
Figure BDA0002998716860000108
Vu＝Vdcos2θ+Vqsin2θ
＝(Vdi+VdR)cos2θ+(Vqi+VqR)sin2θ
＝Vur+VuR (9)
Vv＝Vdsin2θ-Vqcos2θ
＝(Vdi+VdR)sin2θ-(Vqi+VqR)cos2θ
＝Vvr+VvR (10)
在等式(8)-(10)中，Vu和Vv表示解调后的诊断电压，θ表示同步马达102的估计的相位(并且以2的比例缩放)，
Figure BDA0002998716860000109
和
Figure BDA00029987168600001010
表示命令电压信号的脉动部分，i表示理想项，而其余项是基于如下标R所示的电阻失衡而生成的。这些等式表示真实或实际的机器行为，并且不涉及控制策略。因此，最终的电压项(VuR和VvR)可以基于由相应的电阻引起的电压脉动的贡献来获得。最终的表达式如下获得：
Figure BDA0002998716860000111
Figure BDA0002998716860000112
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以使用自适应低通滤波器来标识和转换命令电压信号的脉动部分。例如，自适应低通滤波器可以通过应用数学变换在同步参考系(dq模型)中实现，该数学变换利用低通滤波所紧随的估计的相位，如下所示：
Figure BDA0002998716860000113
在等式(13)中，τd和τq表示低通滤波器时间常数，而
Figure BDA0002998716860000114
表示微分算子的估计结果，该微分算子可以使用任何公知的连续到离散时域变换技术而在离散时间中实现。在一些实施例中，带通滤波器可以被配置为在变换之前在同步参考系(dq模型)中执行预滤波。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用幅值与相位计算块304)可以确定诊断电压Vu和Vv的幅值和相位。例如，使用等式(8)或等式(13)的输出，诊断电压Vu和Vv的平均幅值和相位可以如下获得：
Figure BDA0002998716860000115
Figure BDA0002998716860000116
在等式(14)和(15)中，
Figure BDA0002998716860000117
和
Figure BDA0002998716860000118
表示诊断电压的平均幅值和相位。如本文中将进一步示出的，电压命令的平均幅值可以用于检测电阻失衡的存在，并且相位可以用于标识相应的相电阻之间的相对失配。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以基于满足同步马达的运行条件来标识表示参数失衡的一个或多个相电阻。此外，响应于在运行条件期间命令电压信号的幅值非零(例如，显著)，基于满足运行条件来标识表示电阻失衡的相电阻。例如，如果运行条件包括马达的速度在第一阈值以下(例如，低)和输出的电流量在第二阈值以上(例如，高)以及诊断电压(例如，命令电压信号)的幅值非零，则标识出电阻失衡。
在一些实施例中，同步马达驱动器122包括平均电阻估计器(未示出)，用于分别基于平均晶体管温度估计结果
Figure BDA0002998716860000121
和平均相绕组温度估计结果
Figure BDA0002998716860000122
以及预定标称平均晶体管电阻Rf0和相绕组电阻Rm0来估计相的平均电阻。例如，基于与逆变器部分或马达相绕组紧邻的热敏电阻以及马达驱动系统的平均热模型来确定温度估计结果。平均电阻估计结果
Figure BDA0002998716860000123
如下确定：
Figure BDA0002998716860000124
在等式16中，Ω0是标称温度值，在该温度下确定标称晶体管电阻和标称相绕组电阻。除了这种类型的开环或前馈平均电阻估计之外，还可以实现反馈类型的学习算法，用于进一步校正任何温度估计误差或标称值误差。这提供了平均总电阻值的准确估计。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以利用平均相电阻估计结果
Figure BDA00029987168600001216
其表示三个(总)相电阻的平均值，如下所示：
Figure BDA0002998716860000125
在等式(17)中，项
Figure BDA0002998716860000126
表示在相a、b和c之间所估计的平均相电阻，项
Figure BDA0002998716860000127
表示在相a处所估计的相电阻，项
Figure BDA0002998716860000128
表示在相b处所估计的相电阻，并且项
Figure BDA0002998716860000129
表示在相c处所估计的相电阻。如本文将描述的，来自等式(14)和(15)和/或(16)的输出可以用于确定每个相应的相电阻。
在一些实施例中，诊断电压的平均幅值和相位可以用于通过使用命令的电流幅值
Figure BDA00029987168600001210
和角度α*来估计项
Figure BDA00029987168600001211
和
Figure BDA00029987168600001212
如下所示。
Figure BDA00029987168600001213
Figure BDA00029987168600001214
在等式(18)中，
Figure BDA00029987168600001215
表示平均电压幅值与命令的电流的幅值的商。在等式(19)中，
Figure BDA0002998716860000131
表示
Figure BDA0002998716860000132
和1+tanα*的商。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用相电阻计算块306)可以为每个相确定相电阻。例如，电阻失衡估计器120可以基于满足同步马达102的一个或多个运行条件来确定相电阻。一个或多个运行条件涉及同步马达102的速度满足阈值、同步马达102输出的电流满足特定阈值、电流幅值满足特定阈值、同步马达102的相的电阻满足特定阈值、电阻幅值满足特定阈值、电压幅值满足特定阈值等。
PMSM机器的解析模型涉及总电路电阻(本文称为相电阻)，其包括马达定子电阻(本文称为相绕组电阻)和(例如，功率转换器的FET的)相晶体管电阻，如下所示：
Figure BDA0002998716860000133
在等式(19)中，
Figure BDA0002998716860000134
表示相x的总电路电阻，
Figure BDA0002998716860000135
表示相x的马达定子电阻(即，相绕组电阻)，并且
Figure BDA0002998716860000136
表示相x的晶体管(FET)电阻。另外，下标0表示标称值，下标m表示马达定子电阻，并且标称值f表示FET电阻。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以基于满足同步马达102的一个或多个运行条件来确定与电阻失衡相关联的相电阻。例如，电阻失衡估计器120可以接收指示诊断电压Vuv的平均幅值
Figure BDA0002998716860000137
的信号、指示平均相位幅值
Figure BDA0002998716860000138
的信号、指示平均相电阻估计结果
Figure BDA0002998716860000139
的信号、指示命令的电流幅值
Figure BDA00029987168600001310
的信号、和/或指示角度α*的信号。在这种情况下，电阻失衡估计器120可以将接收到的值与阈值进行比较，阈值与一个或多个运行条件相关联，并且电阻失衡估计器120可以基于该比较来确定相电阻。电阻失衡估计器120可以对与每个相相关联的值执行比较。如果接收到的值满足与运行条件相对应的阈值，则电阻失衡估计器120可以确定相电阻正表现出电阻失衡。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以确定相电阻误差项。例如，电阻失衡估计器120可以使用等式(17)和以下等式来确定相电阻误差项：
Figure BDA00029987168600001311
Figure BDA00029987168600001312
如将在本文中进一步描述的，当执行温度估计时，可以利用相电阻误差项。
因此，在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用相电阻计算块306)可以实时地执行等式(16)、(21)和(22)，以确定各个相电阻。例如，电阻失衡估计器120可以执行等式(16)以确定
Figure BDA0002998716860000141
执行等式(21)以计算
Figure BDA0002998716860000142
并且可以执行等式(22)以计算
Figure BDA0002998716860000143
这允许电阻失衡估计器120使用
Figure BDA0002998716860000144
和
Figure BDA0002998716860000145
来分别确定Ra、Rb和Rc。
在一些实施例中，如本文中将进一步描述的，电阻失衡估计器120(例如，使用相绕组与晶体管电阻估计块308)可以估计同步马达102的每个相应的相(abc)的相晶体管(FET)电阻，并且可以使用估计的相晶体管电阻来确定相绕组电阻。确定的相绕组电阻可以用于估计对应的相绕组温度。在一些实施例中，如将在本文中进一步描述的，电阻失衡估计器120可以针对每个相应的相来估计相绕组电阻，其可以用于确定相晶体管电阻。确定的相晶体管电阻可以用于估计对应的相晶体管温度。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以基于温度读数来估计相晶体管(FET)电阻。例如，热传感器可以是100的温度估计子系统的一部分，并且可以位于逆变器104附近。热传感器可以包括负温度系数热敏电阻、电阻温度检测器、热电偶、基于半导体的传感器等。热传感器可以测量或感测与晶体管电阻相对应的温度读数，并且可以将指示温度读数的信号提供给电阻失衡估计器120。电阻失衡估计器120可以基于指示温度读数的信号来估计相应相的相晶体管电阻。这允许电阻失衡估计器120基于估计的相晶体管电阻(例如，通过从先前确定的相电阻中减去估计的相晶体管电阻)来确定相绕组电阻。
在一些实施例中，失衡估计器120可以使用以下等式来估计相晶体管电阻：
Figure BDA0002998716860000146
在等式(23)中，
Figure BDA0002998716860000147
表示相a的相电阻的总电阻误差，
Figure BDA0002998716860000148
表示作为相a的相电阻的一部分的相绕组电阻的电阻误差，并且
Figure BDA0002998716860000149
表示同样作为相a的相电阻的一部分的晶体管(FET)电阻的电阻误差。如果假设晶体管电阻估计结果准确，则
Figure BDA0002998716860000151
的值为零，这意味着晶体管电阻的估计结果中的误差为零，并且总电阻失衡是由绕组温度失配引起的。在这种情况下，由于相的电阻失衡与绕组的对应温度有关，因此晶体管电阻估计结果可以进一步用于估计与相a对应的绕组的温度，如将在本文中进一步示出的。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用相绕组与晶体管电阻估计块308)可以基于温度读数来估计相绕组电阻。例如，热传感器可以是100的温度估计子系统的一部分，并且可以位于马达102的绕组附近。该热传感器可以测量或感测与相绕组电阻相对应的温度读数，并且可以将指示温度读数的信号提供给电阻失衡估计器120。电阻失衡估计器120可以基于指示温度读数的信号来估计相应相的相绕组电阻。这允许电阻失衡估计器120基于估计的相绕组电阻(例如，通过从先前确定的相电阻中减去估计的相绕组电阻)来确定相晶体管电阻。
在一些实施例中，失衡估计器120可以使用等式(23)估计相绕组电阻。例如，如果假定相绕组电阻估计结果是准确的，则
Figure BDA0002998716860000152
的值为零，这意味着相绕组电阻的估计结果中的误差为零，并且总电阻失衡是由晶体管(FET)温度失配引起的。在这种情况下，由于相的电阻失衡与晶体管的对应温度有关，因此相绕组电阻估计结果可以进一步用于估计晶体管的温度，如本文将进一步示出的。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用相绕组与晶体管温度估计块310)可以估计相绕组温度。例如，电阻失衡估计器120可以使用以下估计同步马达102的相应相的相绕组温度：
Figure BDA0002998716860000153
Figure BDA0002998716860000154
Figure BDA0002998716860000155
在等式(24a)、(24b)和(24c)中，
Figure BDA0002998716860000156
分别表示相a、b和c的相绕组温度估计结果，Ω0表示标称相绕组温度，αw表示绕组的热扩散率，
Figure BDA0002998716860000161
和
Figure BDA0002998716860000162
分别表示相a、b和c的总电阻误差，R0表示标称电阻误差，并且
Figure BDA0002998716860000163
和
Figure BDA0002998716860000164
分别表示相a、b和c的总相绕组电阻误差。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120(例如，使用相绕组与晶体管温度估计块310)可以估计相晶体管温度。例如，电阻失衡估计器120可以估计同步马达102的相应相的相晶体管温度。在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以使用与等式(24a)、(24b)和(24c)中描述的那些相似的等式来估计相晶体管温度，其中，温度估计结果是晶体管温度估计结果，标称温度是标称晶体管温度，热扩散率是晶体管的热扩散率，并且总的相绕组电阻误差是总的相晶体管电阻误差。
在一些实施例中，可能只有一个热传感器被实现为100的一部分(例如，晶体管附近的热传感器或相绕组附近的热传感器)。通过仅实现一个热传感器来获得(晶体管或相绕组的)第一温度读数并使用本文所述的实施例来估计(相绕组或晶体管的)第二温度，相对于需要两个或更多个热传感器来执行本文所述的实施例中的一个或多个的系统，降低了成本(例如，硬件配置成本、使用成本、维护成本等)。
在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以引起一个或多个预防措施的执行。例如，电阻失衡估计器120可以向控制器或处理器提供指示电阻失衡和/或温度估计的信号，以使控制器或处理器执行一个或多个预防措施。附加地或可替代地，由电阻失衡估计器120提供的信号可以使另一装置或组件执行预防措施。预防措施可以包括使同步马达102减速的措施、使同步马达102停止的措施、使特定相处的电阻失衡重新平衡的措施、响应于标识或预测的缺陷(例如，基于失衡电阻所标识或预测的)而执行的措施、响应于标识或预测的同步马达102的绕组的过热而执行的措施和/或另一适当的预防措施。
作为特定示例，假设车辆处于低速或停止位置。如果车辆处于停止位置，则相应绕组的温度分布应相等。但是，如果存在电阻失衡，则其中一个绕组可能比其他绕组明显更热。高温会导致车辆内绕组或相关组件的缺陷/损坏。通过标识相电阻并且通过估计绕组的温度，防止了或减少了对车辆的损坏，节省了维修车辆所需的资源，驾驶员具有更安全的总体驾驶体验，等等。
图4大体上示出了根据本公开的原理的相电阻失衡检测与标识系统400。相电阻失衡检测与标识系统400包括通信地耦接到存储器402的电阻失衡估计器120。电阻失衡估计器120可以包括处理器。处理器可以包括任何合适的处理器，例如本文所述的那些。存储器402可以存储指令，该指令在由电阻失衡估计器120执行时使电阻失衡估计器120至少执行本文公开的技术。特别地，计算机指令在由电阻失衡估计器120执行时可以使电阻失衡估计器120执行方法500和方法600的操作，如下面分别参考图5和图6进一步描述的。在一些实施例中，电阻失衡估计器120可以接收能够用于接收数据的一个或多个输入分量以及能够用于发送数据的一个或多个输出分量。
在一些实施例中，系统(例如，系统100或相电阻失衡检测与标识系统400)可以执行本文描述的方法。然而，本文描述的由系统执行的方法并不意味着是限制性的，并且在控制器上执行的任何类型的软件都可以执行本文描述的方法而不会脱离本公开的范围。例如，诸如在计算装置内执行软件的处理器之类的控制器可以执行本文所述的方法。
图5是大体上示出了根据本公开的原理的参数失衡检测与标识方法500的流程图。在502处，方法500接收命令电压信号。例如，如本文中进一步描述的，电阻失衡估计器102(例如，使用输入组件、处理器、存储器等)可以接收命令电压信号。
在504处，方法500根据命令电压标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以根据命令电压标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征。
在506处，方法500基于电阻失衡特征确定对应于同步马达驱动器的同步马达的各相的相应相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻。例如，如本文进一步所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以基于电阻失衡特征来确定与同步马达驱动器的同步马达的各相相对应的相应相电阻。每个相应的相电阻可以包括相晶体管电阻和相绕组电阻。
在508处，方法500基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻来标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的同步马达的一个或多个相。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻来标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的同步马达的一个或多个相。
在510处，方法500针对每个相电阻估计相绕组电阻。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以针对每个相电阻来估计相绕组电阻。在一些实施例中，方法500首先从热传感器接收指示相晶体管温度的信号，并基于该信号估计每个相绕组电阻。例如，电阻失衡估计器120(例如，使用输入组件、处理器、存储器等)可以从热传感器接收指示相晶体管温度的信号，并基于该信号估计每个相绕组电阻。
在512处，方法500针对每个相电阻而基于估计的相绕组电阻来确定相晶体管电阻。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以针对每个相电阻而基于估计的相绕组电阻来确定相晶体管电阻。
在514处，方法500基于确定的相晶体管电阻来估计相晶体管温度。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以基于确定的相晶体管电阻来估计相晶体管温度。在一些实施例中，方法500还基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起执行预防措施，其中，测得的温度对应于相绕组温度，而估计的温度对应于相晶体管温度。例如，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器、输出组件等)可以基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起执行预防措施。
图6是大体上示出了根据本公开的原理的参数失衡检测与标识方法600的流程图。在602处，方法600接收命令电压信号。例如，如本文中进一步描述的，电阻失衡估计器102(例如，使用输入组件、处理器、存储器等)可以接收命令电压信号。
在604处，方法600根据命令电压标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以根据命令电压标识同步马达驱动器中的电阻失衡特征。
在606处，方法600基于电阻失衡特征确定对应于同步马达驱动器的同步马达的各相的相应相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻。例如，如本文进一步所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以基于电阻失衡特征来确定与同步马达驱动器的同步马达的各相对应的相应相电阻。每个相应的相电阻可以包括相晶体管电阻和相绕组电阻。
在608处，方法600基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻来标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的同步马达的一个或多个相。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以基于相电阻和在同步马达的各相之间所估计的平均电阻来标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的同步马达的一个或多个相。
在610处，方法600针对每个相电阻估计相晶体管电阻。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以针对每个相电阻来估计相晶体管电阻。在一些实施例中，方法500首先从热传感器接收指示相绕组温度的信号，并基于该信号估计每个相晶体管电阻。例如，电阻失衡估计器120(例如，使用输入组件、处理器、存储器等)可以从热传感器接收指示相绕组温度的信号，并基于该信号估计每个相晶体管电阻。
在612处，方法600针对每个相电阻而基于估计的相晶体管电阻来确定相绕组电阻。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以针对每个相电阻而基于估计的相晶体管电阻来确定相绕组电阻。
在614处，方法600基于确定的相绕组电阻来估计相绕组温度。例如，如本文所述，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器等)可以基于确定的相绕组电阻来估计相绕组温度。在一些实施例中，方法500还基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起执行预防措施，其中，测得的温度对应于相晶体管温度，而估计的温度对应于相绕组温度。例如，电阻失衡估计器120(例如，使用处理器、存储器、输出组件等)可以基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起执行预防措施。
以上讨论意在说明本发明的原理和各种实施例。一旦完全理解了上述公开，许多变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。意图将以下权利要求解释为包含所有这样的变化和修改。
词语“示例”在本文中用来表示用作示例、例子或说明。本文中被描述为“示例”的任何方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更优选或有利。相反，使用“示例”一词旨在以具体方式呈现概念。如在本申请中使用的，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文可以清楚地看出，“X包括A或B”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X包含A；X包括B；或X包括A和B二者，则在任何前述情况下均满足“X包括A或B”。另外，在本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一(a/an)”通常应被解释为意指“一个或多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。此外，除非如此描述，否则贯穿全文使用术语“实施方式”或“一个实施方式”并不旨在表示相同的实施例或实施方式。
此外，如本文所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关项目和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅意图一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似的语言。而且，如本文所使用的，术语“具有(“has,”“have,”“having,”)”旨在是开放式术语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。
如本文所使用的，满足阈值可以指的是值大于阈值、超过阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于或等于阈值、等于阈值等。
本文描述的系统、算法、方法以及指令等的实现可以以硬件、软件或其任何组合来实施。硬件可以包括，例如，计算机、知识产权(IP)内核、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、光学处理器、可编程逻辑控制器、微代码、微控制器、服务器、微处理器、数字信号处理器或任何其他合适的电路。在权利要求中，术语“处理器”应被理解为单独地或组合地包括任何前述硬件。术语“信号”和“数据”可互换使用。
如在此使用的，术语模块可以包括被设计为与其他组件一起使用的封装的功能硬件单元、控制器(例如，执行软件或固件的处理器)可执行的一组指令、被配置为执行特定功能的处理电路、以及与大型系统对接的独立式硬件或软件组件。例如，模块可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电路、数字逻辑电路、模拟电路、分立电路的组合、门电路和其他类型硬件或者它们的组合。在其他实施例中，模块可以包括存储器，该存储器存储控制器可执行以实现模块的特征的指令。
此外，在一方面，例如，本文描述的系统可以使用具有计算机程序的通用计算机或通用处理器来实现，该计算机程序在被执行时实施本文描述的任何相应的方法、算法和/或指令。附加地或可选地，例如，可以利用专用计算机/处理器，其可以包含用于实行本文描述的任何方法、算法或指令的其他硬件。
此外，本公开的全部或部分实现方式可以采取可从例如计算机可用或计算机可读的介质访问的计算机程序产品的形式。计算机可用或计算机可读的介质可以是例如可以有形地包含、存储、传输或运送程序以供任何处理器使用或与任何处理器结合使用的任何装置。介质可以是例如电的、磁的、光学的、电磁的或半导体装置。也可以使用其他合适的介质。
已经描述了上述实施例、实施方式和方面，以允许容易地理解本发明并且不限制本发明。相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等效布置，该范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。

Claims (20)

1.一种用于控制同步马达驱动器的系统，所述系统包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：
接收命令电压信号；
根据所述命令电压信号标识所述同步马达驱动器中的电阻失衡特征；
基于所述电阻失衡特征，确定对应于所述同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻；以及
基于所述相电阻和在所述同步马达的各相之间估计的平均电阻，标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的所述同步马达的一个或多个相。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器：从热传感器接收指示相晶体管温度的信号；针对每个相应的相电阻，基于所述信号估计所述相晶体管电阻；以及基于估计的相晶体管电阻确定所述相绕组电阻。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于所确定的相绕组电阻来估计相绕组温度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起预防措施的执行，其中，所述测得的温度对应于相晶体管温度，并且所述估计的温度对应于所述相绕组温度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器：从热传感器接收指示相绕组温度的信号；针对每个相应的相电阻，基于所述信号估计所述相绕组电阻；以及基于估计的相绕组电阻确定所述相晶体管电阻。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于所确定的相晶体管电阻来估计相晶体管温度。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起预防措施的执行，其中，所述测得的温度是相绕组温度，并且所述估计的温度是所述相晶体管温度。
8.一种用于检测同步马达驱动器中的失衡的方法，所述方法包括：
接收命令电压信号；
根据所述命令电压信号标识所述同步马达驱动器中的电阻失衡特征；
基于所述电阻失衡特征，确定对应于所述同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻；以及
基于所述相电阻和在所述同步马达的各相之间估计的平均电阻，标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的所述同步马达的一个或多个相。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：从热传感器接收指示相晶体管温度的信号；针对每个相应的相电阻，基于所述信号估计所述相晶体管电阻；以及基于估计的相晶体管电阻确定所述相绕组电阻。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：基于所确定的相绕组电阻来估计相绕组温度。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起预防措施的执行，其中，所述测得的温度对应于相晶体管温度，并且所述估计的温度对应于所述相绕组温度。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：从热传感器接收指示相绕组温度的信号；针对每个相应的相电阻，基于所述信号估计所述相绕组电阻；以及基于估计的相绕组电阻确定所述相晶体管电阻。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于所确定的相晶体管电阻来估计相晶体管温度。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起预防措施的执行，其中，所述测得的温度是相绕组温度，并且所述估计的温度是所述相晶体管温度。
15.一种电动助力转向系统，包括：
由同步马达驱动器控制的同步马达；
处理器；以及
存储器，所述存储器包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：
接收命令电压信号；
根据所述命令电压信号标识所述同步马达驱动器中的电阻失衡特征；
基于所述电阻失衡特征，确定对应于所述同步马达驱动器的同步马达的各相的相应的相电阻，其中，每个相应的相电阻包括相晶体管电阻和相绕组电阻；以及
基于所述相电阻和在所述同步马达的各相之间估计的平均电阻，标识与表示电阻失衡的一个或多个相电阻相对应的所述同步马达的一个或多个相。
16.根据权利要求15所述的电动助力转向系统，其中，所述指令还使所述处理器：从热传感器接收指示相晶体管温度的信号；针对每个相应的相电阻，基于所述信号估计所述相晶体管电阻；以及基于估计的相晶体管电阻确定所述相绕组电阻。
17.根据权利要求16所述的电动助力转向系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于所确定的相绕组电阻来估计相绕组温度。
18.根据权利要求17所述的电动助力转向系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于测得的温度或估计的温度中的至少一个来引起预防措施的执行，其中，所述测得的温度对应于相晶体管温度，并且所述估计的温度对应于所述相绕组温度。
19.根据权利要求18所述的电动助力转向系统，其中，所述指令还使所述处理器：从热传感器接收指示相绕组温度的信号；针对每个相应的相电阻，基于所述信号估计所述相绕组电阻；以及基于估计的相绕组电阻确定所述相晶体管电阻。
20.根据权利要求19所述的电动助力转向系统，其中，所述指令还使所述处理器：基于所确定的相晶体管电阻来估计相晶体管温度。
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