專利名稱：用于電動車的自我保護(hù)操作模式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于電動和混合動力車輛的電機(jī)系統(tǒng)，更具體地涉及在用于電 動或混合動力車輛的電機(jī)系統(tǒng)中啟動自我保護(hù)操作模式的方法和裝置。
背景技術(shù)：
電動或混合動力車輛內(nèi)的電機(jī)系統(tǒng)使用聯(lián)接到其電機(jī)系統(tǒng)的解算器來產(chǎn)生對應(yīng) 于電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度的信號。然而，當(dāng)解算器發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)不能提供用于控制 電機(jī)系統(tǒng)所需的位置和速度信號。因此，需要提供一種在解算器發(fā)生故障時(shí)能夠工作的用于自我保護(hù)操作的方法和 裝置。此外，通過隨后的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求并且結(jié)合附圖以及前面的技術(shù)領(lǐng)域和背 景技術(shù)，本發(fā)明的其他期望特征和特點(diǎn)將變得清楚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于控制內(nèi)部永磁電機(jī)的工作的自我保護(hù)控制器，該控制器包括 非感測(即無傳感器)速度和位置估計(jì)裝置以及信號選擇裝置。非感測速度和位置估計(jì)裝 置產(chǎn)生非感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。信號選擇裝置聯(lián)接到解算器，以便從解算器接 收感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號，并且聯(lián)接到非感測速度和位置估計(jì)裝置，以便從該估 計(jì)裝置接收非感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。信號選擇裝置判定解算器是否發(fā)生故障， 并且在解算器沒有故障時(shí)提供用于控制內(nèi)部永磁電機(jī)的操作的感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速 度信號，以及在解算器發(fā)生故障時(shí)提供用于控制內(nèi)部永磁電機(jī)的非感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子 速度信號。本發(fā)明提供一種用于電機(jī)系統(tǒng)操作的方法。該方法包括判定解算器是否發(fā)生故 障，以及在解算器沒有故障時(shí)使用解算器信號操作電機(jī)系統(tǒng)，而在解算器發(fā)生故障時(shí)使用 非感測信號操作電機(jī)系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還提供一種電機(jī)系統(tǒng)。該電機(jī)系統(tǒng)包括內(nèi)部永磁電機(jī)、逆變器、逆變 器控制器、解算器和自我保護(hù)控制器。內(nèi)部永磁電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和多個(gè)相位。逆變器響應(yīng)于 調(diào)制控制信號產(chǎn)生多個(gè)相位信號并且聯(lián)接到內(nèi)部永磁電機(jī)而用于將多個(gè)相位信號中的每 個(gè)提供到永磁電機(jī)的多個(gè)相位中的每個(gè)。逆變器控制器響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號、轉(zhuǎn)子速度信 號和相位電流信號產(chǎn)生調(diào)制控制信號，相位電流信號對應(yīng)于多個(gè)相位信號中的一個(gè)或多個(gè) 的電流。解算器聯(lián)接到內(nèi)部永磁電機(jī)并且感測轉(zhuǎn)子的位置和運(yùn)動，解算器響應(yīng)于轉(zhuǎn)子的位 置和運(yùn)動產(chǎn)生感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。而自我保護(hù)控制器聯(lián)接到解算器，以便判 定解算器是否發(fā)生故障，并且聯(lián)接到逆變器控制器，以便在解算器沒有故障時(shí)向逆變器控 制器提供感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號，以及在解算 器發(fā)生故障時(shí)向逆變器控制器提供由自我保護(hù)控制器產(chǎn)生的非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度 信號作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號。方案1、一種用于操作電機(jī)系統(tǒng)的方法，包括
判定解算器是否發(fā)生故障；當(dāng)所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)使用解算器信號操作所述電機(jī)系統(tǒng)；以及當(dāng)所述解算器發(fā)生故障時(shí)使用非感測信號操作所述電機(jī)系統(tǒng)。方案2、如方案1所述的方法，其中所述解算器信號包括響應(yīng)于所述電機(jī)系統(tǒng)的內(nèi) 部永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度產(chǎn)生的信號。方案3、如方案1所述的方法，其中所述非感測信號包括對應(yīng)于所述電機(jī)系統(tǒng)的內(nèi) 部永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度的信號。方案4、如方案3所述的方法，其中所述非感測信號包括高速非感測轉(zhuǎn)子位置信號 和高速非感測轉(zhuǎn)子速度信號。方案5、如方案3所述的方法，其中所述非感測信號包括低速非感測轉(zhuǎn)子位置信號 和低速非感測轉(zhuǎn)子速度信號。方案6、如方案5所述的方法，其中所述非感測信號還包括低速注入信號。方案7、如方案4所述的方法，其中所述非感測信號還包括低速非感測轉(zhuǎn)子位置和 轉(zhuǎn)子速度信號，并且其中轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號響應(yīng)于變得小于預(yù)定的高速下限閾值的 內(nèi)部永磁電機(jī)的速度從所述高速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號過渡到所述低速非感測 轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。方案8、如方案7所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號還響應(yīng)于變得大 于預(yù)定的低速上限閾值的內(nèi)部永磁電機(jī)的速度從所述低速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信 號過渡到所述高速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。方案9、一種用于控制內(nèi)部永磁電機(jī)的操作的自我保護(hù)控制器，所述自我保護(hù)控制 器包括用于產(chǎn)生非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號的非感測速度和位置估計(jì)裝置；以及信號選擇裝置，其聯(lián)接到解算器以便從所述解算器接收感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速 度信號并且聯(lián)接到所述非感測速度和位置估計(jì)裝置以便從所述非感測速度和位置估計(jì)裝 置接收非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號，所述信號選擇裝置判定所述解算器是否發(fā)生故障 并且在所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)提供感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號來控制所述內(nèi)部 永磁電機(jī)的操作，并且在所述解算器發(fā)生故障時(shí)提供非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號來控 制所述內(nèi)部永磁電機(jī)的操作。方案10、如方案9所述的自我保護(hù)控制器，其中所述信號選擇裝置包括聯(lián)接到所 述解算器的解算器故障檢測裝置，所述解算器故障檢測裝置用于從所述解算器接收感測的 轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號，并且響應(yīng)于感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號判定所述解算器是 否發(fā)生故障。方案11、如方案9所述的自我保護(hù)控制器，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置 響應(yīng)于大于第一預(yù)定速度的內(nèi)部永磁電機(jī)的速度產(chǎn)生高速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信 號。方案12、如方案11所述的自我保護(hù)控制器，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置 還響應(yīng)于小于第二預(yù)定速度的內(nèi)部永磁電機(jī)的速度產(chǎn)生低速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。方案13、如方案12所述的自我保護(hù)控制器，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置還響應(yīng)于小于所述第二預(yù)定速度的內(nèi)部永磁電機(jī)的速度產(chǎn)生低速注入信號以便控制所述 內(nèi)部永磁電機(jī)的操作。方案14、如方案12所述的自我保護(hù)控制器，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置 響應(yīng)于小于所述第一預(yù)定速度并且大于所述第二預(yù)定速度的內(nèi)部永磁電機(jī)的速度而產(chǎn)生 過渡信號。方案15、一種電機(jī)系統(tǒng)，包括包括多個(gè)相位并且包括轉(zhuǎn)子的內(nèi)部永磁電機(jī)；逆變器，所述逆變器響應(yīng)于調(diào)制控制信號產(chǎn)生多個(gè)相位信號并且聯(lián)接到所述內(nèi)部 永磁電機(jī)以便將所述多個(gè)相位信號中的每個(gè)提供給所述內(nèi)部永磁電機(jī)的多個(gè)相位中的對 應(yīng)的一個(gè)；逆變器控制器，其響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號、轉(zhuǎn)子速度信號和相位電流信號產(chǎn)生所述 調(diào)制控制信號，所述相位電流信號對應(yīng)于所述多個(gè)相位信號中的一個(gè)或多個(gè)的電流；聯(lián)接到所述內(nèi)部永磁電機(jī)且用于感測所述轉(zhuǎn)子的位置和運(yùn)動的解算器，所述解算 器響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的位置和運(yùn)動產(chǎn)生感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號；以及
聯(lián)接到所述解算器和所述逆變器控制器的自我保護(hù)控制器，所述自我保護(hù)控制器 用于判定所述解算器是否發(fā)生故障，并且在所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)將感測的轉(zhuǎn)子位置 和轉(zhuǎn)子速度信號提供給所述逆變器控制器作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號，并且在所述 解算器發(fā)生故障時(shí)將所述自我保護(hù)控制器產(chǎn)生的非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號提供給 所述逆變器控制器作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號。方案16、如方案15所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中所述自我保護(hù)控制器包括用于產(chǎn)生非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號的非感測速度和位置估計(jì)裝置；以及信號選擇裝置，其聯(lián)接到所述解算器以便從所述解算器接收感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn) 子速度信號并且聯(lián)接到所述非感測速度和位置估計(jì)裝置以便從所述非感測速度和位置估 計(jì)裝置接收非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號，所述信號選擇裝置判定所述解算器是否發(fā)生 故障，并且在所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)將感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號提供給所述逆 變器控制器作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號，并且在所述解算器發(fā)生故障時(shí)將非感測轉(zhuǎn) 子位置和轉(zhuǎn)子速度信號提供給所述逆變器控制器作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號。方案17、如方案16所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中所述信號選擇裝置包括聯(lián)接到所述解算 器的解算器故障檢測裝置，所述解算器故障檢測裝置用于從所述解算器接收感測的轉(zhuǎn)子位 置和轉(zhuǎn)子速度信號，并且響應(yīng)于感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號判定所述解算器是否發(fā)生 故障。方案18、如方案16所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置包括高 速誤差計(jì)算器，所述高速誤差計(jì)算器響應(yīng)于所述多個(gè)相位信號、非感測位置反饋信號和非 感測速度反饋信號確定高速誤差信號。方案19、如方案18所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置還包括 低速誤差計(jì)算器，所述低速誤差計(jì)算器響應(yīng)于所述多個(gè)相位信號、所述非感測位置反饋信 號和所述非感測速度反饋信號確定低速誤差信號。方案20、如方案19所述的電機(jī)系統(tǒng)，其中所述非感測速度和位置估計(jì)裝置還包括 聯(lián)接到所述高速誤差計(jì)算器和所述低速誤差計(jì)算器的誤差組合器，所述誤差組合器響應(yīng)于所述高速誤差信號和所述低速誤差信號確定非感測位置信號和非感測速度信號，其中所述 非感測位置反饋信號等同于所述非感測位置信號，而所述非感測速度反饋信號等同于所述 非感測速度信號。


下面將參考附圖描述本發(fā)明，附圖中類似的附圖標(biāo)記指代類似的元件，并且圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電機(jī)系統(tǒng)的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖1的電機(jī)系統(tǒng)的逆變器控制器的框 圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖1的電機(jī)系統(tǒng)的自我保護(hù)控制器的框 圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖3的自我保護(hù)控制器的非感測位置和 速度估計(jì)裝置的框圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖4的非感測位置和速度估計(jì)裝置的模 式操作；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的圖1的電機(jī)系統(tǒng)的自我保護(hù)控制器的操 作的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，而不是用來限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng) 用或用途。此外，也沒有任何意圖將本發(fā)明限制于前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或 下面的詳細(xì)描述中給出的任何明示或暗示理論。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電機(jī)系統(tǒng)100的框圖包括在逆變器104和逆變 器控制器106的控制下工作的三相同步永磁電機(jī)102。解算器108機(jī)械聯(lián)接到電機(jī)102的 轉(zhuǎn)子軸并且將由電機(jī)102的轉(zhuǎn)動感測到的幅值調(diào)制正弦和余弦波形輸出到解算器至數(shù)字 轉(zhuǎn)換塊109。解算器至數(shù)字轉(zhuǎn)換塊109響應(yīng)于來自解算器108的波形產(chǎn)生感測的轉(zhuǎn)子位置 和轉(zhuǎn)子速度信號。雖然本實(shí)施方式包括三相同步內(nèi)部永磁電機(jī)102，但是電機(jī)系統(tǒng)100可包 括其他設(shè)計(jì)型式的永磁電機(jī)，其中感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號(Θ—， sensed)響應(yīng) 于電機(jī)102的轉(zhuǎn)子的位置和運(yùn)動而產(chǎn)生。解算器至數(shù)字轉(zhuǎn)換塊109聯(lián)接到自我保護(hù)控制器110，并且為其提供感測的轉(zhuǎn)子 位置和轉(zhuǎn)子速度信號。根據(jù)本實(shí)施方式，自我保護(hù)控制器110響應(yīng)于感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn) 子速度信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置信號θ和轉(zhuǎn)子速度信號ω。逆變器104聯(lián)接到直流(DC)電源112并且響應(yīng)于從聯(lián)接到其上的控制器106接 收的調(diào)制控制信號114產(chǎn)生多個(gè)相位信號。相位信號的數(shù)量對應(yīng)于電機(jī)102的相數(shù)，在本 實(shí)施方式中，該相數(shù)包括三相。逆變器104聯(lián)接到永磁電機(jī)102并且在相位線116上提供 多個(gè)相位信號，用于控制永磁電機(jī)102的操作。逆變器控制器106聯(lián)接到逆變器104并且響應(yīng)于由較高水平的控制器(未示出) 提供的轉(zhuǎn)子位置信號θ、轉(zhuǎn)子速度信號ω、速度命令信號Speed*以及由相位線116感測的 相位電流信號(Ia，lb, Ic)來產(chǎn)生調(diào)制控制信號112。逆變器控制器106向用于產(chǎn)生多個(gè)相位信號的逆變器104提供調(diào)制控制信號114。逆變器控制器106向自我保護(hù)控制器110提供兩相靜態(tài)幀阿爾法/貝塔電流Ia 和I0，以及兩個(gè)靜態(tài)幀電壓命令V/和V/。自我保護(hù)控制器110如上所述響應(yīng)于來自解 算器108的感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號(θ sensed, Osensed)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置信號θ和轉(zhuǎn)子速 度信號ω，并且將轉(zhuǎn)子位置信號θ和轉(zhuǎn)子速度信號ω提供給逆變器控制器106。自我保 護(hù)控制器110還產(chǎn)生兩個(gè)靜態(tài)幀注入電壓命令118Va in/和V0」η/，并且將注入電壓命令提 供給逆變器控制器106，用于電機(jī)102在低速時(shí)的操作。參考圖2，逆變器控制器106的示例框圖包括三相至兩相轉(zhuǎn)換模塊202，其將感測 的三相電流信號(Ia，Ib, I。)轉(zhuǎn)換為等效的兩相靜態(tài)幀阿爾法/貝塔電流Ia和10。兩相 阿爾法/貝塔電流Ia和I0被提供給靜態(tài)至同步參考幀轉(zhuǎn)換模塊204和自我保護(hù)控制器 110(圖1)。靜態(tài)至同步參考幀轉(zhuǎn)換模塊204響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號θ將兩相阿爾法/貝塔 電流Ia和Ie轉(zhuǎn)換為同步幀反饋電流I qse_fb 禾口 Idse—fb。 同步幀反饋電流I qse_fb 禾口 Idse—fb ^ ^ 供給電流調(diào)節(jié)裝置206，電流調(diào)節(jié)裝置206用于響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號θ和同步參考幀中的 兩個(gè)電流命令I(lǐng)ds/和Iqs/產(chǎn)生靜態(tài)幀電壓命令V/和V/。速度命令信號Speed*如上所述由較高水平的控制器提供，該信號被提供給累加 器208，累加器208減去轉(zhuǎn)子速度信號ω并且將產(chǎn)生的誤差信號提供給速度調(diào)節(jié)模塊210， 速度調(diào)節(jié)模塊210產(chǎn)生扭矩命令信號ΤΛ扭矩命令信號T/被提供給每安培最佳扭矩軌跡 判定塊212，每安培最佳扭矩軌跡判定塊212響應(yīng)于扭矩命令信號??？、轉(zhuǎn)子速度信號ω和 DC關(guān)聯(lián)電壓Vdc而產(chǎn)生同步參考幀中的兩個(gè)電流命令I(lǐng)ds/和‘Λ用于提供給電流調(diào)節(jié)裝 置 206。由此可以看出，靜態(tài)幀電壓命令V/和V/由電流調(diào)節(jié)裝置206通過下列操作而產(chǎn) 生從同步幀電流命令I(lǐng)ds/和Itis/和同步幀反饋電流‘ fb和Idse 的組合得出電壓命令 信號并且使用轉(zhuǎn)子位置信號θ將合成的電壓命令信號轉(zhuǎn)換為靜態(tài)幀電壓命令V/和V/。 靜態(tài)幀電壓命令V/和V/在信號累加器214、216處與注入電壓命令Va inje。dnve inje。t118 組合，并且合成的信號被提供給兩相至三相轉(zhuǎn)換和調(diào)制控制信號發(fā)生裝置218，兩相至三相 轉(zhuǎn)換和調(diào)制控制信號發(fā)生裝置218產(chǎn)生調(diào)制控制信號，用于提供給逆變器104(圖1)的切 換元件。接下來參考圖3，根據(jù)本實(shí)施方式的自我保護(hù)控制器110的示例框圖包括非感測 轉(zhuǎn)子位置和速度估計(jì)裝置302和信號選擇裝置304。非感測轉(zhuǎn)子位置和速度估計(jì)裝置302 接收兩相靜態(tài)幀阿爾法/貝塔電流Ia和Ie以及靜態(tài)幀電壓命令V/和V/并且響應(yīng)于此而產(chǎn)生非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號 sensorless0信號選擇裝置304從非感測轉(zhuǎn)子位置和速度估計(jì)裝置302接收非感測轉(zhuǎn)子位置和 轉(zhuǎn)子速度信號θ sens。riess和《sens。riess，并且從解算器108(圖1)接收感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速 度信號和《—。感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號Θ—和ω —被提供給解算器 故障檢測模塊306和選擇裝置308。解算器故障檢測模塊306根據(jù)感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速 度信號Θ —和ω —判定解算器108是否發(fā)生故障。解算器108的故障可在例如至解 算器的電線發(fā)生故障時(shí)發(fā)生。當(dāng)解算器故障檢測模塊306判定解算器發(fā)生故障時(shí)，解算器故障檢測模塊306產(chǎn) 生解算器故障信號并且將解算器故障信號提供給選擇裝置308。選擇裝置308從非感測轉(zhuǎn)子位置和速度估計(jì)裝置302接收非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號esms。.ss* ^^―㈣并 且從解算器108接收感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號Θ—和ω—。在沒有解算器故障信 號(缺少指示解算器108沒有故障的解算器故障信號)時(shí)，選擇裝置308將感測轉(zhuǎn)子位置 和轉(zhuǎn)子速度信號Θ—和ω —提供給逆變器控制器106(圖1)作為轉(zhuǎn)子位置信號θ和 轉(zhuǎn)子速度信號ω。另一方面，當(dāng)選擇裝置308接收到指示解算器108發(fā)生故障的解算器故 障信號時(shí)，選擇裝置308將非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號θ sensorless和ω sensorless提供給 逆變器控制器106(圖1)作為轉(zhuǎn)子位置信號θ和轉(zhuǎn)子速度信號ω。以此方式，自我保護(hù)控 制器106在解算器108發(fā)生故障時(shí)通過產(chǎn)生用于提供給逆變器控制器106 (圖1)作為轉(zhuǎn)子 位置信號θ和轉(zhuǎn)子速度信號ω的非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號esms。.ss* Qsensorless 而提供了自我保護(hù)操作模式，由此促成電機(jī)系統(tǒng)100的故障安全操作以防止發(fā)生車輛停頓 狀況。接下來參考圖4，圖中示出了非感測位置和速度估計(jì)裝置302的一個(gè)示例結(jié)構(gòu)。低 速誤差提取模塊402和高速誤差模塊404分別產(chǎn)生低速誤差信號和高速誤差信號。誤差組 合模塊406作為速度/位置產(chǎn)生裝置工作以響應(yīng)于低速誤差信號和高速誤差信號而產(chǎn)生非 感測位置信號408和非感測速度信號410，用于提供到信號選擇裝置304(圖幻。非感測位 置反饋信號412連接到非感測位置信號408，由此與其等效。類似地，非感測速度反饋信號 414連接到非感測速度信號410。低速誤差提取模塊402響應(yīng)于非感測位置反饋信號412、非感測速度反饋信號414 和兩相電流(Ialpwbrta)確定低速誤差信號。以類似方式，高速誤差模塊404響應(yīng)于非感測 位置反饋信號412、非感測速度反饋信號414、兩相電流(Ialpwbeta)和兩個(gè)靜態(tài)幀電壓命令 (Valpiwbrta)確定高速誤差信號。誤差組合模塊406包括低速誤差去除模塊416和高速誤差引入模塊418，用于提供 從低速非感測操作至高速非感測操作的平滑過渡。低速誤差去除模塊416接收低速誤差信 號和非感測速度反饋信號，以便當(dāng)電機(jī)速度增大時(shí)通過響應(yīng)于非感測速度反饋信號和預(yù)定 去除系數(shù)而去除低速誤差信號來計(jì)算低速誤差分量值。類似地，高速誤差引入模塊418接 收高速誤差信號和非感測速度反饋信號，以便當(dāng)電機(jī)速度增大時(shí)響應(yīng)于非感測速度反饋信 號和預(yù)定引入系數(shù)而引入高速誤差信號來計(jì)算高速誤差分量值。選擇預(yù)定去除系數(shù)，使得 低速誤差分量值等于接近于零速度時(shí)的低速誤差信號并且平滑地去除(例如直線去除)到 低速誤差分量值為零的位置，此時(shí)速度達(dá)到預(yù)定的低速至高速過渡速度。以類似方式，選擇 預(yù)定引入信號，使得高速誤差分量值在接近于零速度時(shí)等于零并且平滑地引入(例如直線 引入)到高速誤差分量值等于高速誤差信號時(shí)的位置，此時(shí)速度達(dá)到或超過預(yù)定的低速至 高速過渡速度。誤差信號累積器420組合低速誤差分量值和高速誤差分量值以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位 置誤差信號。速度觀察模塊422接收轉(zhuǎn)子位置誤差信號，并且響應(yīng)于此而計(jì)算非感測位置 信號408和觀察到的速度信號，觀察到的速度信號通過速度濾波器似4過濾以產(chǎn)生非感測 速度信號410。低速注入模塊似6產(chǎn)生注入電壓命令Va inje。t和V0 inje。t作為低速注入信號118， 用于在電機(jī)系統(tǒng)100啟動以及接近零的低速時(shí)提供給累加器214、216 (圖2)，以便向永磁電 機(jī)102的通量軸(flux axis)注入高頻信號而用于低速提取模塊402的操作。注入電壓命 令Va—_。t和_。t響應(yīng)于注入電壓Vinj產(chǎn)生，注入電壓Vinj根據(jù)下面的方程(1)計(jì)算
Vmj =F0- Vljslope (ci_r -ωΙΗ)(1)其中Vtl是啟動時(shí)的注入電壓，是作為電機(jī)速度的函數(shù)的電壓的增加或減 少的斜率，而差值(ω廠ωω)是轉(zhuǎn)子速度和低速至高速的閾值ωω之間的差。當(dāng)非感測 位置反饋信號210具有接近零的值時(shí)，低速注入模塊2 產(chǎn)生預(yù)定的低速注入信號(Valpw beta_inJ)用于向處于低速的電機(jī)102的通量軸注入高頻信號，并且向信號累加器214、216(圖 2)提供預(yù)定的低速注入信號作為電壓信號118，用于與同步幀電壓命令信號V/和V/組 合。高頻信號被注入處于低速的電機(jī)102的通量軸以產(chǎn)生低速時(shí)的非感測速度反饋信號 414和非感測位置反饋信號412。低速極性檢測裝置430比較響應(yīng)于非感測位置反饋信號412確定的低速誤差與兩 相電流(Ialpha/brta)。當(dāng)初始轉(zhuǎn)子位置信息由非感測轉(zhuǎn)子位置和速度估計(jì)裝置302確定時(shí)，必 需區(qū)分D軸的正負(fù)(即，轉(zhuǎn)子的磁北極和磁南極)。低速極性檢測裝置430通過低速誤差 和兩相電流(Ialpwbrta)確定非感測轉(zhuǎn)子位置信號是否合適地與轉(zhuǎn)子北極對準(zhǔn)。如果非感測 轉(zhuǎn)子位置信號沒有與轉(zhuǎn)子北極合適地對準(zhǔn)，則向速度觀察模塊422提供重設(shè)位置信號432。 響應(yīng)于重設(shè)位置信號432，速度觀察模塊422切換非感測轉(zhuǎn)子位置信號的極性，從而位置信 號408與轉(zhuǎn)子位置正確地對準(zhǔn)。以此方式，非感測位置和速度估計(jì)裝置302提供非感測位置信號408，θ，以及非 感測速度信號410，ω，作為低速和高速時(shí)的反饋信號。特別是，包括低速誤差去除模塊416 和高速誤差引入模塊418的誤差組合模塊406提供了從低速非感測操作至高速非感測操 作的平滑過渡。參考圖5，模式操作圖500示出了非感測位置和速度估計(jì)裝置302的操作。 在啟動階段502，如上所述，低速注入模塊似6啟動非感測位置信號408和非感測速度信號 410的計(jì)算。接下來，低速極性檢測模塊430執(zhí)行初始極性檢測504并且在需要時(shí)矯正非 感測位置信號408的極性。非感測位置和速度估計(jì)裝置302的操作隨后根據(jù)由低速提取模 塊402確定的低速模式506進(jìn)行。如上所述，根據(jù)低速模式的操作提供了根據(jù)方程(1)的 注入電壓Vinj。根據(jù)低速模式506的操作持續(xù)進(jìn)行，直至速度超過預(yù)定的低速上限閾值。當(dāng)速度 超過預(yù)定的低速上限閾值時(shí)，非感測位置和速度估計(jì)裝置302的操作在從低速模式506過 渡到高速模式510的過渡模式508下操作。根據(jù)高速模式510的操作持續(xù)進(jìn)行，直至速度 跌至低于預(yù)定的高速下限閾值，在此點(diǎn)，非感測位置和速度估計(jì)裝置302的操作在從高速 模式510過渡到低速模式506的過渡模式512下操作。這種預(yù)定的高速下限閾值可設(shè)定為 接近電機(jī)102的每分鐘500轉(zhuǎn)，而這種預(yù)定的低速上限閾值可設(shè)定為接近電機(jī)102的每分 鐘800轉(zhuǎn)。由此可以看到，誤差組合模塊406在速度低于預(yù)定的高速下限閾值時(shí)提供在低速 模式506下操作的低速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號，并且在速度高于預(yù)定低速上限閾 值時(shí)提供在高速模式510下操作的高速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。當(dāng)速度低于預(yù)定 的低速上限閾值并且大于預(yù)定的高速下限閾值時(shí)，誤差組合模塊406提供用于非感測轉(zhuǎn)子 位置和轉(zhuǎn)子速度信號的過渡信號，過渡信號根據(jù)低速誤差去除模塊416和高速誤差引入模 塊418產(chǎn)生，以提供從低速模式506至高速模式510的平滑過渡508，以及類似地，提供從高 速模式510至低速模式506的平滑過渡512。雖然在圖3和4中已經(jīng)示出了自我保護(hù)控制器110的示例構(gòu)造，本領(lǐng)域技術(shù)人員10將會認(rèn)識到，當(dāng)解算器正確操作時(shí)以及當(dāng)解算器發(fā)生故障時(shí)，提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信 號θ和ω的自我保護(hù)控制器110可以多種不同構(gòu)造中的任一構(gòu)造構(gòu)建。例如，包括非感 測位置信號和非感測速度信號的產(chǎn)生的自我保護(hù)控制器106可在軟件中實(shí)現(xiàn)。因此，圖6 示出了根據(jù)本實(shí)施方式的自我保護(hù)控制器110的操作的流程圖600。最初，自我保護(hù)控制器110判定602解算器108是否發(fā)生故障。如果解算器108 沒有故障，自我保護(hù)控制器110判定604啟動時(shí)的控制模式是無傳感器(即非感測)控制 模式還是基于傳感器(即解算器108)的控制模式，這些控制模式由來自較高水平控制器的 信號選擇，該較高水平控制器可根據(jù)預(yù)定參數(shù)進(jìn)行這種選擇。對于基于傳感器的操作，過程首先執(zhí)行606解算器補(bǔ)償學(xué)習(xí)(ROL)。ROL涉及將高 頻信號注入電機(jī)102并且響應(yīng)于解算器信號的變化定義一個(gè)解算器補(bǔ)償值(例如，解算器 108感測的位置信號與電機(jī)102的轉(zhuǎn)子磁通量角度之間的多個(gè)角度差)。在執(zhí)行ROL 606 之后，使用來自解算器108的感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號控制電機(jī)102的操作。在基于 傳感器的操作期間，非感測控制狀態(tài)變量被初始化并且在低速時(shí)沒有注入高頻信號(步驟 610)。過程隨后持續(xù)進(jìn)行以便在基于感測信號的操作中執(zhí)行步驟608和610，直至檢測到解 算器故障612。當(dāng)檢測到解算器故障時(shí)612，操作過渡到非感測控制模式并且用非感測控制狀態(tài) 變量重設(shè)狀態(tài)機(jī)(步驟614)，從而非感測控制模式可在解算器108發(fā)生故障時(shí)從操作狀態(tài) 持續(xù)操作。接下來，過程判定616當(dāng)前操作狀態(tài)是低速模式506還是高速模式510(圖5)。如果操作處于低速模式616，過程執(zhí)行初始極性檢測618以判定低速非感測轉(zhuǎn)子 位置信號是否具有正確的極性。在必要時(shí)矯正了低速非感測轉(zhuǎn)子位置信號的極性618之 后，操作根據(jù)低速非感測模式506持續(xù)，直至電機(jī)102的速度變得大于622預(yù)定的低速上限 閾值。當(dāng)電機(jī)102的速度變得大于622預(yù)定的低速上限閾值時(shí)622，操作過渡6 到高速 非感測模式510。操作然后根據(jù)高速非感測模式510持續(xù)進(jìn)行626，直至電機(jī)102的速度變 得低于6 預(yù)定的高速下限閾值。當(dāng)電機(jī)102的速度變得低于6 預(yù)定的高速下限閾值時(shí) 628，操作返回到步驟620，用于根據(jù)低速非感測模式506控制電機(jī)102。如果在步驟616處判定電機(jī)102的操作在檢測到解算器108故障612時(shí)處于高速 模式，過程就跳到步驟6M從而過渡到高速非感測模式510。此外，如果在啟動時(shí)選擇非感 測控制模式604，則操作通過執(zhí)行初始極性檢測618而在低速非感測操作模式下啟動。由此可以看出，本發(fā)明的用于電機(jī)系統(tǒng)100的自我保護(hù)操作模式的方法和裝置在 解算器108故障時(shí)使用位置非感測算法來提供用于電機(jī)控制的后備方案，由此提供了一種 自我保護(hù)操作模式，該模式允許駕駛員在解算器故障時(shí)安全地將車輛駕駛到服務(wù)站。雖然 已在前面的詳細(xì)描述中提供了至少一個(gè)示例實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，還存在大量的變型。 還應(yīng)當(dāng)理解，這些示例實(shí)施方式僅僅是一些例子，而不是用來以任何方式限制本發(fā)明的范 圍、應(yīng)用或者構(gòu)造。相反，前面的詳細(xì)描述將為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供實(shí)施這些示例實(shí)施 方式的方便路徑。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離所附權(quán)利要求及其合法等同方案所限定的本發(fā)明的 范圍的情況下，可以對元件的功能和設(shè)置做出多種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于操作電機(jī)系統(tǒng)的方法，包括判定解算器是否發(fā)生故障；當(dāng)所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)使用解算器信號操作所述電機(jī)系統(tǒng)；以及當(dāng)所述解算器發(fā)生故障時(shí)使用非感測信號操作所述電機(jī)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述解算器信號包括響應(yīng)于所述電機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部永 磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度產(chǎn)生的信號。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非感測信號包括對應(yīng)于所述電機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部永 磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度的信號。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述非感測信號包括高速非感測轉(zhuǎn)子位置信號和高 速非感測轉(zhuǎn)子速度信號。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述非感測信號包括低速非感測轉(zhuǎn)子位置信號和低 速非感測轉(zhuǎn)子速度信號。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述非感測信號還包括低速注入信號。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述非感測信號還包括低速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子 速度信號，并且其中轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號響應(yīng)于變得小于預(yù)定的高速下限閾值的內(nèi)部 永磁電機(jī)的速度從所述高速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號過渡到所述低速非感測轉(zhuǎn)子 位置和轉(zhuǎn)子速度信號。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號還響應(yīng)于變得大于預(yù) 定的低速上限閾值的內(nèi)部永磁電機(jī)的速度從所述低速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號過 渡到所述高速非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。
9.一種用于控制內(nèi)部永磁電機(jī)的操作的自我保護(hù)控制器，所述自我保護(hù)控制器包括用于產(chǎn)生非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號的非感測速度和位置估計(jì)裝置；以及信號選擇裝置，其聯(lián)接到解算器以便從所述解算器接收感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信 號并且聯(lián)接到所述非感測速度和位置估計(jì)裝置以便從所述非感測速度和位置估計(jì)裝置接 收非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號，所述信號選擇裝置判定所述解算器是否發(fā)生故障并且 在所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)提供感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號來控制所述內(nèi)部永磁 電機(jī)的操作，并且在所述解算器發(fā)生故障時(shí)提供非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號來控制所 述內(nèi)部永磁電機(jī)的操作。
10.一種電機(jī)系統(tǒng)，包括包括多個(gè)相位并且包括轉(zhuǎn)子的內(nèi)部永磁電機(jī)；逆變器，所述逆變器響應(yīng)于調(diào)制控制信號產(chǎn)生多個(gè)相位信號并且聯(lián)接到所述內(nèi)部永磁 電機(jī)以便將所述多個(gè)相位信號中的每個(gè)提供給所述內(nèi)部永磁電機(jī)的多個(gè)相位中的對應(yīng)的 一個(gè)；逆變器控制器，其響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號、轉(zhuǎn)子速度信號和相位電流信號產(chǎn)生所述調(diào)制 控制信號，所述相位電流信號對應(yīng)于所述多個(gè)相位信號中的一個(gè)或多個(gè)的電流；聯(lián)接到所述內(nèi)部永磁電機(jī)且用于感測所述轉(zhuǎn)子的位置和運(yùn)動的解算器，所述解算器響 應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的位置和運(yùn)動產(chǎn)生感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號；以及聯(lián)接到所述解算器和所述逆變器控制器的自我保護(hù)控制器，所述自我保護(hù)控制器用于 判定所述解算器是否發(fā)生故障，并且在所述解算器沒有發(fā)生故障時(shí)將感測的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號提供給所述逆變器控制器作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號，并且在所述解算 器發(fā)生故障時(shí)將所述自我保護(hù)控制器產(chǎn)生的非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號提供給所述 逆變器控制器作為轉(zhuǎn)子位置信號和轉(zhuǎn)子速度信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電動車的自我保護(hù)操作模式，具體提供一種用于電機(jī)系統(tǒng)的自我保護(hù)操作模式的方法和裝置。該方法包括判定解算器是否發(fā)生故障。當(dāng)解算器沒有發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)的操作使用解算器信號。當(dāng)解算器發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)系統(tǒng)的操作使用非感測轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度信號。
文檔編號H02K11/00GK102045024SQ201010516928
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者N·R·帕特爾, P·J·薩瓦吉安, R·D·納斯拉巴迪, Y·C·宋 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司