專利名稱：用于電牽引驅動系統的故障安全控制的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及電牽引驅動系統，且更具體地涉及為電牽引驅動系統提供故障 安全控制的方法和設備。
背景技術：
位置無傳感器電牽引驅動系統已經被開發用于電動車輛和混合動力車輛應用，以 便比常規基于解析器的驅動系統更可靠地工作且具有更少的成本。這種位置無傳感器驅動 系統可采用脈寬調制信號修正方法用于低速操作，以提供快速動態性能。然而，脈寬調制信 號修正方法需要有線接入電牽引驅動系統的永磁馬達的馬達繞組的中性點。在車輛操作期 間(例如通過正常損耗和磨損)可能喪失該機械有線連接。在喪失中性點接入時，馬達控 制被干擾且車輛會停止或失速。因而，期望提供一種為這種電牽引驅動系統提供故障安全控制的方法和設備。另 外，本發明的其它期望特征和特性將從隨后的詳細說明和所附權利要求結合附圖以及前述 技術領域和背景技術顯而易見。
發明內容
提供一種操作具有轉子的內置永磁馬達的方法。所述方法包括確定是否從所述 轉子接收中性點接入信號；以及在從所述轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第一無 傳感器信號估計方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所 述內置永磁馬達。所述第一無傳感器信號估計方法使用所述中性點接入信號來生成所述轉 子位置和轉子速度。所述方法還包括在未從所述轉子接收中性點接入信號時，使用與通過 第二無傳感器信號估計方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來 操作所述內置永磁馬達，其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用所述中性點接入信 號來生成所述轉子位置和轉子速度。此外，一種用于控制具有轉子的內置永磁馬達的操作的陂行回家(limp home)控 制器。所述陂行回家控制器包括第一無傳感器速度和位置估計器、第二無傳感器速度和位 置估計器、以及監督控制器。所述第一無傳感器速度和位置估計器根據第一無傳感器信號 估計方法來生成無傳感器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第一無傳感器信號估計方 法使用從轉子接收的中性點接入信號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號。所述 第二無傳感器速度和位置估計器根據第二無傳感器信號估計方法來生成無傳感器轉子位 置和轉子速度信號，其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用中性點接入信號來生成 所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號。所述監督控制器被聯接到所述第一無傳感器速度 和位置估計器以及所述第二無傳感器速度和位置估計器。所述監督控制器確定是否從所述 轉子接收中性點接入信號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，提供來自于所述第一無 傳感器速度和位置估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的 操作；以及在未從所述轉子接收中性點接入信號時，提供來自于所述第二無傳感器速度和位置估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的操作。另外，提供一種電動馬達系統，包括內置永磁馬達、逆變器、逆變器控制器和陂行 回家控制器。所述內置永磁馬達包括多個相以及轉子。所述逆變器響應于調制控制信號生 成多個相信號且被聯接到所述內置永磁馬達，用于將所述多個相信號中的每個提供給永磁 馬達的所述多個相中的相應一個。所述逆變器控制器響應于轉子位置信號、轉子速度信號 和相電流信號生成調制控制信號，所述相電流信號對應于所述多個相信號中的一個或多個 的電流。所述陂行回家控制器被聯接到所述內置永磁馬達和逆變器控制器，用于確定是否 從轉子接收中性點接入信號，且在從轉子接收中性點接入信號時，將無傳感器轉子位置和 轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控制器，所述無傳感器轉子 位置和轉子速度信號通過第一無傳感器信號估計方法使用中性點接入信號獲得。在未從轉 子接收中性點接入信號時，所述陂行回家控制器將無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為 轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控制器，在未從轉子接收中性點接入信號時， 所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號通過第二無傳感器信號估計方法獲得。方案1. 一種操作具有轉子的內置永磁馬達的方法，所述方法包括確定是否從所述轉子接收中性點接入信號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第一無傳感器信號估計方法獲 得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達；以及在未從所述轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第二無傳感器信號估計方法 獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達，其中，所述第一無傳感器信號估計方法使用所述中性點接入信號來生成所述轉子 位置和轉子速度，以及其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用所述中性點接入信號來生成所述轉 子位置和轉子速度。方案2.根據方案1所述的方法，其中，使用與通過第一無傳感器信號估計方法獲 得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括使 用與通過脈寬調制信號修正方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信 號來操作所述內置永磁馬達。方案3.根據方案2所述的方法，其中，使用與通過脈寬調制信號修正方法獲得的 轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括在永磁 馬達的速度小于預定低速閾值時使用與通過脈寬調制信號修正方法響應于中性點接入信 號獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達。方案4.根據方案1所述的方法，其中，使用與通過第二無傳感器信號估計方法獲 得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括使 用與通過無傳感器高頻信號注入方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感 器信號來操作所述內置永磁馬達。方案5.根據方案4所述的方法，其中，使用與通過無傳感器高頻信號注入方法獲 得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括將高頻信號注入永磁馬達的磁通軸線中；以及響應于永磁馬達的磁通軸線上的磁通軸線偏差信號和在永磁馬達的扭矩軸線上的扭矩軸線偏差信號兩者以無傳感器的方式確定轉子位置和轉子速度，磁通軸線偏差信號 和扭矩軸線偏差信號兩者均響應于同步參考坐標中的電流矢量信號確定。方案6.根據方案5所述的方法，其中，將高頻信號注入永磁馬達的磁通軸線中包 括在永磁馬達的速度小于預定低速閾值時將高頻低速注入信號注入永磁馬達的磁通軸線 中。方案7.根據方案3所述的方法，其中，使用與通過第二無傳感器信號估計方法獲 得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括將高頻信號注入永磁馬達的磁通軸線中；以及響應于永磁馬達的磁通軸線上的磁通軸線偏差信號和在永磁馬達的扭矩軸線上 的扭矩軸線偏差信號兩者以無傳感器的方式確定轉子位置和轉子速度，磁通軸線偏差信號 和扭矩軸線偏差信號兩者均響應于同步參考坐標中的電流矢量信號確定。方案8.根據方案7所述的方法，其中，將高頻信號注入永磁馬達的磁通軸線中包 括在永磁馬達的速度小于預定低速閾值時將高頻低速注入信號注入永磁馬達的磁通軸線 中。方案9. 一種用于控制具有轉子的內置永磁馬達的操作的陂行回家控制器，所述 陂行回家控制器包括第一無傳感器速度和位置估計器，用于根據第一無傳感器信號估計方法來生成無 傳感器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第一無傳感器信號估計方法使用從轉子接收 的中性點接入信號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號；第二無傳感器速度和位置估計器，用于根據第二無傳感器信號估計方法來生成無 傳感器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用中性點接 入信號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號；以及監督控制器，所述監督控制器被聯接到所述第一無傳感器速度和位置估計器以及 所述第二無傳感器速度和位置估計器，所述監督控制器確定是否從所述轉子接收中性點接 入信號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，提供來自于所述第一無傳感器速度和位置 估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的操作；以及在未從所 述轉子接收中性點接入信號時，提供來自于所述第二無傳感器速度和位置估計器的無傳感 器轉子位置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的操作。方案10.根據方案9所述的陂行回家控制器，其中，所述第一無傳感器速度和位置 估計器包括零序電壓計算器，所述零序電壓計算器被聯接到永磁馬達，用于從永磁馬達接 收中性點接入信號并響應于中性點接入信號生成零序電壓信號，所述第一無傳感器速度和 位置估計器響應于零序電壓信號生成無傳感器轉子位置和轉子速度信號。方案11.根據方案10所述的陂行回家控制器，其中，所述第一無傳感器速度和位 置估計器響應于零序電壓信號通過脈寬調制信號修正方法獲得無傳感器轉子位置和轉子 速度信號。方案12.根據方案9所述的陂行回家操作控制器，其中，所述監督控制器包括中性 點接入信號檢測器，所述中性點接入信號檢測器確定是否從轉子接收中性點接入信號。方案13.根據方案12所述的陂行回家操作控制器，其中，所述監督控制器還包括 選擇器，所述選擇器被聯接到第一和第二無傳感器速度和位置估計器以及所述中性點接入6信號檢測器，在所述中性點接入信號檢測器確定從轉子接收中性點接入信號時，所述選擇 器提供來自于所述第一無傳感器速度和位置估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號 用于控制內置永磁馬達的操作；在所述中性點接入信號檢測器確定未從轉子接收中性點接 入信號時，所述選擇器提供來自于所述第二無傳感器速度和位置估計器的無傳感器轉子位 置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的操作。方案14.根據方案9所述的陂行回家操作控制器，其中，所述第二無傳感器速度和 位置估計器通過無傳感器高頻信號注入方法獲得無傳感器轉子位置和轉子速度信號。方案15. —種電動馬達系統，包括內置永磁馬達，所述內置永磁馬達包括多個相且包括轉子；逆變器，響應于調制控制信號生成多個相信號且被聯接到所述內置永磁馬達，用 于將所述多個相信號中的每個提供給永磁馬達的所述多個相中的相應一個；逆變器控制器，所述逆變器控制器響應于轉子位置信號、轉子速度信號和相電流 信號生成調制控制信號，所述相電流信號對應于所述多個相信號中的一個或多個的電流; 和陂行回家控制器，所述陂行回家控制器被聯接到所述內置永磁馬達和逆變器控制 器，用于確定是否從轉子接收中性點接入信號，且在從轉子接收中性點接入信號時，將無傳 感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控制器，其 中，所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號通過第一無傳感器信號估計方法使用中性點接 入信號獲得；在未從轉子接收中性點接入信號時，所述陂行回家控制器還將通過第二無傳 感器信號估計方法獲得的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速 度信號提供給逆變器控制器。方案16.根據方案15所述的電動馬達系統，其中，所述陂行回家控制器包括第一無傳感器速度和位置估計器，用于根據第一無傳感器信號估計方法來生成無 傳感器轉子位置和轉子速度信號；第二無傳感器速度和位置估計器，用于根據第二無傳感器信號估計方法來生成無 傳感器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用中性點接 入信號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號；以及監督控制器，所述監督控制器被聯接到所述第一無傳感器速度和位置估計器以及 所述第二無傳感器速度和位置估計器，所述監督控制器確定是否從所述轉子接收中性點接 入信號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，將來自于所述第一無傳感器速度和位置估 計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變 器控制器；以及在未從所述轉子接收中性點接入信號時，將來自于所述第二無傳感器速度 和位置估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提 供給逆變器控制器。方案17.根據方案16所述的電動馬達系統，其中，所述第一無傳感器速度和位置 估計器包括零序電壓計算器，所述零序電壓計算器被聯接到永磁馬達，用于從永磁馬達接 收中性點接入信號并響應于中性點接入信號生成零序電壓信號，所述第一無傳感器速度和 位置估計器響應于零序電壓信號通過脈寬調制信號修正方法生成無傳感器轉子位置和轉 子速度信號。
方案18.根據方案16所述的電動馬達系統，其中，所述監督控制器包括中性點接 入信號檢測器，所述中性點接入信號檢測器確定是否從轉子接收中性點接入信號。方案19.根據方案18所述的電動馬達系統，其中，所述監督控制器還包括選擇器， 所述選擇器被聯接到第一和第二無傳感器速度和位置估計器以及所述中性點接入信號檢 測器，在所述中性點接入信號檢測器確定從轉子接收中性點接入信號時，所述選擇器將來 自于所述第一無傳感器速度和位置估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子 位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控制器；在所述中性點接入信號檢測器確定未從轉 子接收中性點接入信號時，所述選擇器將來自于所述第二無傳感器速度和位置估計器的無 傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控制器。方案20.根據方案16所述的電動馬達系統，其中，所述第二無傳感器速度和位置 估計器通過無傳感器高頻信號注入方法獲得無傳感器轉子位置和轉子速度信號。
本發明在下文結合以下附圖描述，其中，相同的附圖標記表示相同的元件，且圖1示出了根據本發明實施例的電動馬達系統的框圖；圖2示出了根據本發明實施例的圖1的電動馬達系統的逆變器控制器的框圖；圖3示出了根據本發明實施例的圖1的電動馬達系統的陂行回家控制器的框圖；圖4示出了根據本發明實施例的圖3的陂行回家控制器的第一備用無傳感器位置 和速度估計器的框圖；圖5示出了根據本發明實施例的圖3的陂行回家控制器的第二備用無傳感器位置 和速度估計器的框圖；和圖6示出了根據本發明實施例的圖1的電動馬達系統的陂行回家控制器的操作的 流程圖。
具體實施例方式以下詳細說明性質上僅為示例性的，且并不打算限定本發明或本發明的應用及用 途。另外，并非打算受限于前述技術領域、背景技術、發明內容或以下具體實施方式
中提出 的任何明確的或隱含的理論。參考圖1，根據本發明實施例的電動馬達系統100的框圖包括在逆變器104和逆變 器控制器106的控制下操作的三相同步永磁馬達102。雖然該實施例包括三相同步內置永 磁馬達102，但是電動馬達系統100可包括具有轉子的其它設計的永磁馬達。馬達102的 轉子的中性點被聯接到中性點接入線108，用于將中性點接入信號提供給零序電壓計算器 109，以便發送信號給陂行回家控制器110。根據該實施例，陂行回家控制器110響應于由零 序電壓計算器109生成的零序電壓信號VzSn_abC而生成轉子位置信號θ和轉子速度信號 ω 0逆變器104被聯接到直流(DC)源112且響應于從控制器106接收的調制控制信 號114而生成多個相信號，控制器106被聯接到逆變器104。相信號的數量對應于馬達102 的相數，在該實施例中，馬達102包括三個相。逆變器104被聯接到永磁馬達102且在相線 116上提供多個相信號，用于控制永磁馬達102的操作。
逆變器控制器106被聯接到逆變器104且響應于轉子位置信號θ、轉子速度信號 ω、從較高級別控制器(未示出)提供的速度指令信號Speed*、以及從相線116感測的相電 流信號(IaJbdc)生成調制控制信號114。根據該實施例，逆變器控制器106也響應于從 陂行回家控制器110接收的試驗脈沖信號Va’，Vb’和Vc’生成調制控制信號114。逆變器 控制器106將調制控制信號114提供給逆變器104，用于生成所述多個相信號。逆變器控制器104將兩相固定坐標α /β電流Ia和I0以及兩相固定坐標電壓指 令<和<提供給陂行回家控制器110。陂行回家控制器110響應于由零序電壓計算器109 計算的零序電壓信號VzSn_abC而生成轉子位置信號θ和轉子速度信號ω，零序電壓信號 Vzsn_abc響應于在中性點接入線108上提供的中性點接入信號(如上所述)以及來自于 相線116的相電壓信號(Va，Vb, Vc)由零序電壓計算器109計算。陂行回家控制器110將 轉子位置和轉子速度信號θ、ω提供給逆變器控制器106。陂行回家控制器110也生成 兩相固定坐標注入電壓指令118Va inj和V0 inj，且將注入電壓指令118提供給逆變器控制 器106，以便以低速操作馬達102。此外，如上所述，陂行回家控制器110生成試驗脈沖信號 Va',Vb'和Vc’且將其提供給逆變器控制器106，以便在操作系統初始致動時生成調制控制 信號。參考圖2，逆變器控制器106的示例性框圖包括三相-兩相轉換模塊202，三相-兩 相轉換模塊202將感測的三相電流信號(Ia，lb, Ic)轉換為等同的兩相固定坐標α/β電 流Ia和Ie。兩相α/β電流Ia和I0提供給固定-同步轉換模塊204和陂行回家控制器 110(圖1)。固定-同步轉換模塊204響應于轉子位置信號θ將兩相α/β電流Ia和I0 轉換為同步坐標反饋電流Itis。—^和Idse—fb。同步坐標反饋電流fb和Idsejb提供給電流調 節器206，用于響應于轉子位置信號θ和同步參考坐標中的兩相電流指令/1和生成固 定坐標電壓指令<和<。如上所述，從較高級別控制器提供的速度指令信號Speed*提供給求和器208，求 和器208減去轉子速度信號ω且將得到的指令信號提供給速度調節器模塊210，速度調節 器模塊210將所述指令信號轉換為扭矩指令信號7。扭矩指令信號7和速度信號ω提供給 最佳扭矩/安培軌跡確定塊212，最佳扭矩/安培軌跡確定塊212生成同步參考坐標中的兩 相電流指令和，以便提供給電流調節器206。因而，可以看出，固定坐標電壓指令<和G由電流調節器206通過使用轉子位置信 號θ從同步坐標電流指令/1和和同步坐標反饋電流Itise fb和Idse fb的組合獲得電壓指 令信號且將得到的電壓指令信號轉換為固定坐標電壓指令<和<而生成。固定坐標電壓指 令<和G在信號求和器214、216處與注入電壓指令Va inj和V0 inj118組合，且得到的信號 提供給兩相-三相轉換和調制控制信號發生器218，兩相-三相轉換和調制控制信號發生器 218產生調制控制信號，以便提供給逆變器104(圖1)的開關元件。接下來參考圖3，根據該實施例的陂行回家控制器110的示例性框圖包括第一無 傳感器轉子和速度估計器302和第二無傳感器轉子和速度估計器304。根據該實施例，第一 無傳感器轉子和速度估計器302使用脈寬調制信號修正方法用于低速操作，以便提供快速 動態響應。第一無傳感器轉子和速度估計器302接收響應于來自于線108的中性點接入信號和來自于206的固定坐標電壓指令和以及來自于202(圖幻的固定坐標電流信 號(I 口、1口)而由零序電壓計算器109(圖1)生成的零序電壓信號VzSn_abC，以生成第一 轉子位置信號Q1和第一轉子速度信號ω1()此外，第一無傳感器轉子和速度估計器302生 成試驗脈沖信號Va’，Vb’和Vc’且將其提供給逆變器控制器106 (圖1)，以便在操作系統 初始致動時生成調制控制信號。在中性點接入信號響應于線108的損壞而未由陂行回家控制器接收時，第二無傳 感器轉子和速度估計器304操作以通過備用方法生成第二轉子位置信號θ 2和第二轉子速 度信號ω2，所述備用方法不需要使用中性點接入信號。根據該實施例，第二無傳感器轉子 和速度估計器304接收兩相固定坐標α/β電流Ia和I0以及固定坐標電壓指令F:和G， 且使用高頻注入方法來生成第二轉子位置信號θ 2和第二轉子速度信號ω2。第二無傳感 器轉子和速度估計器304也生成兩相固定坐標注入電壓指令IlSVa _和V0 inj，用于在低速 下將高頻信號注入到馬達102中。信號選擇器306接收來自于第一無傳感器轉子位置和轉子速度估計器302的第一 轉子位置信號Q1和第一轉子速度信號CO1以及來自于第二無傳感器轉子位置和轉子速度 估計器304的第二轉子位置信號θ 2和第二轉子速度信號ω2。第一轉子位置信號Q1和第 一轉子速度信號Q1提供給中性點接入信號檢測器308和選擇器310。由于線108是機械 有線連接，因而其在車輛操作期間甚至通過正常損耗和磨損也可能會損失、損壞或斷路。中 性點接入信號檢測器308確定是否從馬達102接收中性點接入信號(即，線108未損壞或 斷路)。當喪失中性點接入信號時，馬達102的控制被干擾且在電動車輛或混合動力車輛 中，車輛會停止或失速。當中性點接入信號檢測器308確定喪失中性點接入信號時，中性點接入信號檢測 器308生成中性點接入喪失信號且將中性點接入喪失信號提供給選擇器310。選擇器310 接收來自于第一無傳感器轉子和速度估計器302的第一無傳感器轉子位置信號θ工和第一 無傳感器轉子速度信號Q1以及來自于第二無傳感器轉子和速度估計器304的第二無傳感 器轉子位置信號θ 2和第二無傳感器轉子速度信號ω2兩者。在沒有中性點接入喪失信號 (缺乏中性點接入喪失信號表示由第一無傳感器轉子和速度估計器302接收中性點接入信 號)時，選擇器310將第一無傳感器轉子位置信號θ工和第一無傳感器轉子速度信號^^作 為轉子位置信號θ和轉子速度信號ω提供給逆變器控制器106(圖1)。另一方面，當選擇 器310接收中性點接入喪失信號(表示線108被損壞或斷路)時，選擇器310將第二無傳 感器轉子位置信號θ 2和第二無傳感器轉子速度信號ω 2作為轉子位置信號θ和轉子速度 信號ω提供給逆變器控制器106 (圖1)。由此，當線108被損壞或斷路時，陂行回家控制 器110通過生成第二無傳感器轉子位置信號θ 2和第二無傳感器轉子速度信號ω2作為轉 子位置信號θ和轉子速度信號ω提供給逆變器控制器106(圖1)而有利地提供陂行回家 操作模式，從而允許電動馬達系統100的故障安全操作以防止車輛失速狀況。參考圖4，示出了第一無傳感器位置和速度估計器302的另一個示例性結構。能夠 在陂行回家控制器110外實現的零序計算器109(圖1)可以替代地為能夠在第一無傳感器 位置和速度估計器302內實現的零序電壓計算器402。零序電壓計算器402接收線108上 的中性點接入信號。零序電壓計算器402也接收來自于相線116(圖1)的相電壓信號(Va， Vb，Vc)。響應于中性點接入信號和相電壓信號(Va，Vb，Vc)，零序電壓計算器402計算零序得低速無傳感器轉子位置和轉子速度。脈寬調制(PWM)修正控制器404也是第一無傳感器位置和速度估計器302的一部 分，且接收來自于零序電壓計算器402的零序電壓信號、固定參考坐標相電流I α和I e以及 固定坐標電壓指令<和G，并且根據至少用于電動馬達102的低速操作的脈寬調制信號修 正方法獲得第一無傳感器轉子位置信號θ工和第一無傳感器轉子速度信號ω 1()由此，只要 線108不被損壞或斷路，第一無傳感器速度和位置估計器302就提供無傳感器轉子位置和 轉子速度信號，用于電動馬達系統100的可靠的和快速的動態性能。此外，PWM修正控制器 404生成試驗脈沖信號Va’，Vb’和Vc’且將其提供給逆變器控制器106 (圖1)，以便在操作 系統初始致動時生成調制控制信號。接下來參考圖5，示出了第二無傳感器位置和速度估計器304的示例性結構。低速 偏差提取模塊502和高速偏差模塊504分別生成低速偏差信號和高速偏差信號。偏差組合 模塊506作為速度/位置發生器操作，以響應于低速偏差信號和高速偏差信號生成無傳感 器位置信號508和無傳感器速度信號510，以便提供給信號選擇器306 (圖幻。無傳感器位 置反饋信號512被連接到無傳感器位置信號508，從而與其相等。類似地，無傳感器速度反 饋信號514被連接到無傳感器速度信號510。低速偏差提取模塊502響應于無傳感器位置反饋信號512、無傳感器速度反饋信 號514和兩相電流(Ialpwbrta)確定低速偏差信號。以類似的方式，高速偏差模塊504響應 于無傳感器位置反饋信號512、無傳感器速度反饋信號514、兩相電流(Ialpwbrta)以及兩相 固定坐標電壓指令(Valpwbrta)確定高速偏差信號。偏差組合模塊506包括低速偏差停止(phase out)模塊516和高速偏差啟用 (phase in)模塊518，用于提供從低速無傳感器操作至高速無傳感器操作的平滑過渡。低 速偏差停止模塊516接收低速偏差信號和無傳感器速度反饋信號以通過在車輛速度增加 時響應于無傳感器速度反饋信號和預定停止系數而停止低速偏差信號來計算低速偏差分 量值。類似地，高速偏差啟用模塊518接收高速偏差信號和無傳感器速度反饋信號以通過 在車輛速度增加時響應于無傳感器速度反饋信號和預定啟用系數而啟用高速偏差信號來 計算高速偏差分量值。預定停止系數被選擇，使得低速偏差分量值在接近零速時等于低速 偏差信號，且當速度達到預定低-高速過渡速度時，平滑地停止(例如，直線停止)至低速 偏差分量值為零。以類似的方式，預定啟用系數被選擇，使得高速偏差分量值在接近零速時 等于零，且當速度達到或超過預定低-高速過渡速度時，平滑地啟用(例如，直線啟用)至 高速偏差分量值等于高速偏差信號。偏差信號求和器520將低速偏差分量值和高速偏差分 量值組合以生成轉子偏差位置信號。速度觀測器模塊522接收轉子位置偏差信號，且響應 于其計算無傳感器位置信號508和觀測速度信號，所述觀測速度信號由速度濾波器5M濾 波以生成無傳感器速度信號510。低速注入模塊5 在電動馬達系統100啟動時和在接近零速時生成注入電壓指令 Va jnj和V0 inj作為低速注入信號118，以提供給求和器214、216(圖2)，以將高頻信號注入 永磁馬達102的磁通軸線中，用于操作低速提取模塊502。注入電壓指令Va,和V0 inJ響 應于注入電壓Vinj生成，注入電壓Vinj根據方程(1)計算。
Vinj ^V0- V;nj_shpe-wLH) ( 1 )11
其中，V0是啟動時的注入電壓，^^,吧是電壓根據馬達速度遞減或遞增的斜率，差 (ωΓ-ω,Η)是轉子速度《r與低-高速閾值速度ωω之間的差。低速注入模塊526生成預 定低速注入信號(Va/e—用于在低速時將高頻信號注入馬達102的磁通軸線中，且將預定 低速注入信號作為電壓信號118提供給求和器214、216(圖2)以與同步坐標電壓指令信號 Ki和<組合。在低速時，高頻信號注入馬達102的磁通軸線中，以在低速時生成無傳感器速 度反饋信號514和無傳感器位置反饋信號512。在第二無傳感器位置和速度估計器304第一次啟動時，低速極性檢測器530將 響應于無傳感器位置反饋信號512確定的低速偏差與兩相電流(Ialpwbrta)進行比較。當 由第二無傳感器轉子位置和速度估計器304確定初始轉子位置信號時，必須在正和負D軸 (即，轉子磁性北極和南極)之間進行區分。低速極性檢測器530根據低速偏差和兩相電流 (Ialpha/beta)確定無傳感器轉子位置信號是否與轉子北極適當地對齊。如果無傳感器轉子位 置信號未與轉子北極適當地對齊，那么重置位置信號532提供給速度觀測器模塊522。響應 于重置位置信號532，速度觀測器模塊522切換無傳感器轉子位置信號的極性，使得位置信 號508與轉子位置正確地對齊。由此，在低速和高速兩者時，第二無傳感器位置和速度估計器304均提供第二無 傳感器轉子位置信號508 θ 2和無傳感器速度信號510 2作為反饋信號。具體地，偏差組合 模塊506，包括低速偏差停止模塊516和高速偏差啟用模塊518，提供從低速無傳感器操作 至高速無傳感器操作的平滑過渡。雖然在圖3、4和5中示出了陂行回家控制器110的示例性結構，但是本領域技術 人員將認識到，在解析器正確地操作時和在解析器故障時提供轉子位置和轉子速度信號θ 和ω的陂行回家控制器110能以多種不同配置中的任何一種構造。例如，陂行回家控制器 110(包括生成無傳感器位置信號和無傳感器速度信號)能以軟件實現。因而，圖6示出了 根據該實施例的陂行回家控制器110的操作的流程圖。起初，陂行回家控制器110確定是否接收中性點接入信號(602)。如果接收中性點 接入信號(602)，那么陂行回家控制器110確定馬達102的速度是否大于低速閾值(604)。 在馬達102的速度大于低速閾值(604)時，陂行回家控制器110根據動態性能高速無傳感 器方法生成無傳感器轉子位置和轉子速度信號(606)。在執行無傳感器速度和位置信號計 算(606)之后，馬達102的操作使用無傳感器轉子位置和轉子速度信號控制(608)。過程然 后確定是否還接收中性點接入信號(610)。如果是，陂行回家控制器操作返回步驟604。當馬達102的速度小于或等于低速閾值(604)時，陂行回家控制器110根據脈寬 調制信號修正方法生成無傳感器轉子位置和轉子速度信號(612)。在執行脈寬調制信號修 正方法以計算無傳感器速度和位置信號(61 之后，馬達102的操作使用無傳感器轉子位 置和轉子速度信號控制(608)。過程然后確定是否還接收中性點接入信號(610)。如果是， 陂行回家控制器操作返回步驟604。當不再接收中性點接入信號(610)時，操作過渡至無傳感器高頻信號注入方法。 過程確定當前操作狀態是否處于低速模式(614) (S卩，馬達102的速度是否小于或等于低速 閾值)。如果操作處于低速模式(614)，那么過程執行初始極性檢測(616)以確定低速無 傳感器轉子位置信號是否具有正確的極性。在必要時校正低速無傳感器轉子位置信號的極性(616)之后，馬達102的控制根據低速模式繼續(618)，直到馬達102的速度大于預定低 速上限閾值(620)。在馬達102的速度大于預定低速上限閾值(620)時，操作過渡至高速無傳感器模 式(62 。操作然后根據高速無傳感器模式繼續(6M)，直到馬達102的速度小于預定高速 下限閾值(6 )。在馬達102的速度小于預定高速下限閾值(626)時，操作返回步驟618， 以根據低速無傳感器模式控制馬達102。如果在步驟614確定在檢測到喪失中性點接入信號(610)時馬達102的操作處于 高速模式，那么過程跳至步驟622，以過渡至高速無傳感器模式。此外，如果在啟動時未接收 中性點接入信號(602)，操作通過執行初始極性檢測(616)而以低速無傳感器操作模式開 始。因而，可以看到，用于電動馬達系統100的陂行回家操作模式的本方法和設備在 線108斷路或充分損壞使得中性點接入信號的接收喪失時提供備用無傳感器控制方法，以 便為馬達控制提供備用，從而提供允許駕駛員在故障解析器的情況下安全地駕駛車輛至維 修站的陂行回家操作模式。由此，可以提供使用中性點接入信號的電牽引驅動系統的故障 安全高動態性能無傳感器馬達控制方法。雖然在前述詳細說明中已經描述了至少一個示例性實施例，但是應當理解的是存 在大量的變型。還應當理解的是，示例性實施例或多個示例性實施例僅僅是示例且并不旨 在以任何方式限制本發明的范圍、應用或構造。相反，前述詳細說明為本領域技術人員提供 了實施示例性實施例或多個示例性實施例的便利途徑。應當理解的是，在不脫離所附權利 要求書及其合法等價物所闡述的本發明范圍的情況下可作出元件的功能和配置的各種變 換。1權利要求
1.一種操作具有轉子的內置永磁馬達的方法，所述方法包括確定是否從所述轉子接收中性點接入信號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第一無傳感器信號估計方法獲得的 轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達；以及在未從所述轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第二無傳感器信號估計方法獲得 的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達，其中，所述第一無傳感器信號估計方法使用所述中性點接入信號來生成所述轉子位置 和轉子速度，以及其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用所述中性點接入信號來生成所述轉子位 置和轉子速度。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，使用與通過第一無傳感器信號估計方法獲得的 轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括使用與 通過脈寬調制信號修正方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來 操作所述內置永磁馬達。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，使用與通過第二無傳感器信號估計方法獲得的 轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作所述內置永磁馬達包括使用與 通過無傳感器高頻信號注入方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信 號來操作所述內置永磁馬達。
4.一種用于控制具有轉子的內置永磁馬達的操作的陂行回家控制器，所述陂行回家控 制器包括1第一無傳感器速度和位置估計器，用于根據第一無傳感器信號估計方法來生成無傳感 器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第一無傳感器信號估計方法使用從轉子接收的中 性點接入信號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號；第二無傳感器速度和位置估計器，用于根據第二無傳感器信號估計方法來生成無傳感 器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用中性點接入信 號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號；以及監督控制器，所述監督控制器被聯接到所述第一無傳感器速度和位置估計器以及所述 第二無傳感器速度和位置估計器，所述監督控制器確定是否從所述轉子接收中性點接入信 號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，提供來自于所述第一無傳感器速度和位置估計 器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的操作；以及在未從所述轉 子接收中性點接入信號時，提供來自于所述第二無傳感器速度和位置估計器的無傳感器轉 子位置和轉子速度信號用于控制內置永磁馬達的操作。
5.根據權利要求4所述的陂行回家控制器，其中，所述第一無傳感器速度和位置估計 器包括零序電壓計算器，所述零序電壓計算器被聯接到永磁馬達，用于從永磁馬達接收中 性點接入信號并響應于中性點接入信號生成零序電壓信號，所述第一無傳感器速度和位置 估計器響應于零序電壓信號生成無傳感器轉子位置和轉子速度信號。
6.根據權利要求5所述的陂行回家控制器，其中，所述第一無傳感器速度和位置估計 器響應于零序電壓信號通過脈寬調制信號修正方法獲得無傳感器轉子位置和轉子速度信 號。
7.根據權利要求4所述的陂行回家操作控制器，其中，所述監督控制器包括中性點接 入信號檢測器，所述中性點接入信號檢測器確定是否從轉子接收中性點接入信號。
8.根據權利要求4所述的陂行回家操作控制器，其中，所述第二無傳感器速度和位置 估計器通過無傳感器高頻信號注入方法獲得無傳感器轉子位置和轉子速度信號。
9.一種電動馬達系統，包括內置永磁馬達，所述內置永磁馬達包括多個相且包括轉子；逆變器，響應于調制控制信號生成多個相信號且被聯接到所述內置永磁馬達，用于將 所述多個相信號中的每個提供給永磁馬達的所述多個相中的相應一個；逆變器控制器，所述逆變器控制器響應于轉子位置信號、轉子速度信號和相電流信號 生成調制控制信號，所述相電流信號對應于所述多個相信號中的一個或多個的電流；和陂行回家控制器，所述陂行回家控制器被聯接到所述內置永磁馬達和逆變器控制器， 用于確定是否從轉子接收中性點接入信號，且在從轉子接收中性點接入信號時，將無傳感 器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控制器，其 中，所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號通過第一無傳感器信號估計方法使用中性點接 入信號獲得；在未從轉子接收中性點接入信號時，所述陂行回家控制器還將通過第二無傳 感器信號估計方法獲得的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速 度信號提供給逆變器控制器。
10.根據權利要求9所述的電動馬達系統，其中，所述陂行回家控制器包括第一無傳感器速度和位置估計器，用于根據第一無傳感器信號估計方法來生成無傳感 器轉子位置和轉子速度信號；第二無傳感器速度和位置估計器，用于根據第二無傳感器信號估計方法來生成無傳感 器轉子位置和轉子速度信號，其中，所述第二無傳感器信號估計方法不使用中性點接入信 號來生成所述無傳感器轉子位置和轉子速度信號；以及監督控制器，所述監督控制器被聯接到所述第一無傳感器速度和位置估計器以及所述 第二無傳感器速度和位置估計器，所述監督控制器確定是否從所述轉子接收中性點接入信 號；在從所述轉子接收中性點接入信號時，將來自于所述第一無傳感器速度和位置估計器 的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給逆變器控 制器；以及在未從所述轉子接收中性點接入信號時，將來自于所述第二無傳感器速度和位 置估計器的無傳感器轉子位置和轉子速度信號作為轉子位置信號和轉子速度信號提供給 逆變器控制器。
全文摘要
本發明涉及用于電牽引驅動系統的故障安全控制。提供一種操作具有轉子的內置永磁馬達的方法。所述方法包括確定是否從轉子接收中性點接入信號；以及在從轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第一無傳感器信號估計方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作內置永磁馬達。第一無傳感器信號估計方法使用中性點接入信號來生成轉子位置和轉子速度。所述方法還包括在未從轉子接收中性點接入信號時，使用與通過第二無傳感器信號估計方法獲得的轉子的轉子位置和轉子速度相對應的無傳感器信號來操作內置永磁馬達，其中，第二無傳感器信號估計方法不使用中性點接入信號來生成轉子位置和轉子速度。
文檔編號H02P21/14GK102045013SQ201010516870
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月20日 優先權日2009年10月20日
發明者N·R·帕特爾, T·M·格雷維, Y·C·宋 申請人:通用汽車環球科技運作公司