專利名稱：用于控制多相逆變器的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總地涉及多相系統(tǒng)，更特別地，涉及在傳感器經(jīng)歷故障情形時(shí)控制多相逆變器。
背景技術(shù)：
多相電機(jī)在許多應(yīng)用中都被使用。如本文所使用的，術(shù)語“多相”指的是三個(gè)或更多的相位，且可用于指代具有三個(gè)或更多相位的電機(jī)。例如，許多混合動(dòng)力/電動(dòng)車輛(HEV)包括電力牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括由逆變器模塊驅(qū)動(dòng)的三相永磁交流(AC)電機(jī)。逆變器模塊由直流(DC)電源(例如存儲(chǔ)電池)供電。三相AC電機(jī)的繞阻可聯(lián)接至逆變器模塊的逆變器子模塊。每個(gè)逆變器子模塊都包括一對開關(guān)。脈寬調(diào)制(PWM)模塊接收電壓指令信號，并向電壓指令信號應(yīng)用PWM波形，以控制電 壓指令信號的脈寬調(diào)制，并產(chǎn)生提供給逆變器模塊的逆變器子模塊的開關(guān)矢量信號。當(dāng)應(yīng)用開關(guān)矢量信號時(shí)，各逆變器子模塊中的各對開關(guān)以互補(bǔ)的方式開關(guān)，以執(zhí)行將DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率的快速轉(zhuǎn)換功能。該AC功率驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)HEV傳動(dòng)系的軸。許多現(xiàn)代AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用矢量控制，通過控制供至AC電機(jī)的電流來控制應(yīng)用于AC電機(jī)的轉(zhuǎn)子的軸的轉(zhuǎn)矩(且因此控制角速度或“速度”)。簡言之，測量定子相位電流，并將其轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的復(fù)雜空間矢量，然后將該矢量轉(zhuǎn)換至隨AC電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系統(tǒng)。在故障情況下，期望偏離正常操作，在逆變器模塊應(yīng)用開路故障響應(yīng)或短路故障響應(yīng)，以最小化電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。在逆變器模塊應(yīng)用開路或短路故障響應(yīng)依據(jù)電機(jī)角速度(或“速度”)。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的題為“Fault Handling of Inverter Driven PM MotorDrives”的美國專利7，279，862B1和再公告專利42，200中公開了一種用于確定是應(yīng)用開路還是短路故障響應(yīng)的方法，其內(nèi)容通過引用包含于本文。在大多數(shù)系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)角速度可基于位置傳感器的輸出來確定，或者直接從速度傳感器讀取。然而，在某些情形下，這些傳感器本身會(huì)出現(xiàn)故障，因此，無法容易地確定特定瞬時(shí)角速度(即，從角速度傳感器讀取或從位置傳感器確定)。因此，當(dāng)速度/位置傳感器故障時(shí)，電機(jī)的角速度不可用，不可用于進(jìn)行有關(guān)應(yīng)當(dāng)在逆變器模塊應(yīng)用開路故障響應(yīng)還是短路故障響應(yīng)以最小化電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的決定。期望提供一種用于確定應(yīng)當(dāng)在逆變器模塊應(yīng)用開路故障響應(yīng)還是短路故障響應(yīng)的改進(jìn)方法和設(shè)備。期望即便在速度和/或位置傳感器故障、并且電機(jī)的角速度不可用于進(jìn)行這種確定時(shí)，這種方法和設(shè)備也能發(fā)揮作用。結(jié)合附圖及前面的技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，從后面的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求可清楚本發(fā)明的其它期望特征和特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于控制驅(qū)動(dòng)多相電機(jī)的多相逆變器的方法、系統(tǒng)、可在控制器中操作的機(jī)器可讀介質(zhì)、和設(shè)備。根據(jù)一些所公開的實(shí)施例，方法開始于檢測到傳感器故障時(shí)。所述傳感器可為用于感測多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和/或多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度的傳感器。在一些實(shí)施例中，在檢測到傳感器故障之后，可通過控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所選擇開關(guān)將多相逆變器的所有相位連接至一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)、和控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有其它未選擇開關(guān)被打開使得所述未選擇開關(guān)不連接至所述一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)而在多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。當(dāng)檢測到傳感器故障時(shí)，可基于反饋定子電流(例如，固定參照系反饋定子電流)估計(jì)多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，基于反饋定子電流計(jì)算相位電流角，基于該計(jì)算相位電流角可估計(jì)多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度和多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置。在一些實(shí)施例中，在估計(jì)轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后，可執(zhí)行可選的步驟。例如，可在繼續(xù)之前確定轉(zhuǎn)子的估計(jì)角速度是否足夠精確。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，在方法繼續(xù)之前，可進(jìn)行計(jì)算相位電流角與轉(zhuǎn)子的估計(jì)角速度之間的角度差的大小是否小于角度閾值的確認(rèn)。 然后，可確定估計(jì)角速度是否大于過渡角速度閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，過渡角速度閾值為固定的預(yù)定角速度，基于多相電機(jī)的參數(shù)特性來限定。在另一實(shí)施例中，過渡角速度閾值為調(diào)節(jié)后預(yù)定角速度，并基于根據(jù)多相電機(jī)的溫度和電壓源的電壓中的至少一項(xiàng)調(diào)節(jié)的多相電機(jī)的參數(shù)特性來限定。當(dāng)多相電機(jī)的估計(jì)角速度小于過渡角速度閾值時(shí)，可通過控制多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有開關(guān)被打開來在多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)。相反，當(dāng)多相電機(jī)的估計(jì)角速度大于過渡角速度閾值時(shí)，通過控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所選擇開關(guān)將多相逆變器的所有相位連接至一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)、和控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有其它未選擇開關(guān)被打開使得所述未選擇開關(guān)不連接至所述一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)來在多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。根據(jù)其它實(shí)施例，提供了一種用于與多相電機(jī)一起使用的設(shè)備。該設(shè)備包括多相逆變器、故障檢測器和控制器。當(dāng)正常操作時(shí)，傳感器可用于感測所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角速度中的至少一項(xiàng)，并設(shè)計(jì)成提供表示多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度的角速度信號、和表示所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的角位置信號中的至少一項(xiàng)。然而，當(dāng)檢測到傳感器的故障時(shí)，向所述控制器提供故障的指示，控制器可操作，以基于反饋定子電流估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度，從而確定所述估計(jì)角速度是否大于過渡角速度閾值，并依據(jù)所述估計(jì)角速度在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)或短路響應(yīng)。根據(jù)其它實(shí)施例，提供了一種機(jī)器可讀介質(zhì)，包括可在控制器中操作以引起該控制器執(zhí)行包括下列操作的指令集基于反饋定子電流估計(jì)多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度；確定所述估計(jì)的角速度是否大于過渡角速度閾值；以及產(chǎn)生控制信號，以引起或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)；或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。技術(shù)方案I :一種用于控制驅(qū)動(dòng)多相電機(jī)的多相逆變器的方法，該方法包括
檢測傳感器故障，其中所述傳感器用于感測所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角速度中的至少一個(gè)；
基于反饋定子電流估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度；確定所述估計(jì)的角速度是否大于過渡角速度閾值；以及 在檢測到所述傳感器故障時(shí)
或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)；
或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。技術(shù)方案2 :根據(jù)技術(shù)方案I的方法，其中應(yīng)用所述開路響應(yīng)包括
將所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的全部開關(guān)控制為打開。 技術(shù)方案3 :根據(jù)技術(shù)方案I的方法，其中應(yīng)用所述短路響應(yīng)包括
控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中所選擇的開關(guān)，以將所述多相逆變器的所有相位都連接至一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)；以及
將所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有其它未選擇開關(guān)控制為打開，使得所述未選擇開關(guān)不連接至所述一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)。技術(shù)方案4 :根據(jù)技術(shù)方案I的方法，還包括
在檢測所述傳感器故障之后且在估計(jì)之前，在所述多相逆變器應(yīng)用所述短路響應(yīng)。技術(shù)方案5 :根據(jù)技術(shù)方案I的方法，其中估計(jì)包括
基于所述反饋定子電流計(jì)算相位電流角，并基于所述相位電流角估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度和所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置。技術(shù)方案6 :根據(jù)技術(shù)方案5的方法，還包括
在計(jì)算所述相位電流角之前，確定所述反饋定子電流的大小是有資格還是沒資格來計(jì)算所述相位電流角，其中當(dāng)所述反饋定子電流的大小被確定為有資格時(shí)計(jì)算所述相位電流角，而在所述反饋定子電流的大小被確定為沒資格時(shí)不計(jì)算。技術(shù)方案7 :根據(jù)技術(shù)方案5的方法，還包括
在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后，在確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值之前確定所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置是否足夠精確。技術(shù)方案8 :根據(jù)技術(shù)方案7的方法，其中在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后，確定所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置是否足夠精確包括
在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后且在確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值之前，確定所述計(jì)算相位電流角與所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置之間的角度差的大小；以及
確定所述角度差的大小是否小于角度閾值(e thresh);并且
其中確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值的步驟僅在所述角度差的大小小于所述角度閾值時(shí)執(zhí)行。技術(shù)方案9 :根據(jù)技術(shù)方案I的方法，其中所述反饋定子電流包括
固定參照系反饋定子電流。技術(shù)方案10 :根據(jù)技術(shù)方案I的方法，其中所述過渡角速度閾值為下列之一
固定的預(yù)定角速度，基于所述多相電機(jī)的參數(shù)特性來限定；和
調(diào)節(jié)后的預(yù)定角速度，基于根據(jù)所述多相電機(jī)的溫度和電壓源的電壓中的至少一項(xiàng)調(diào)節(jié)的所述多相電機(jī)的參數(shù)特性來限定。
技術(shù)方案11 :一種設(shè)備，包括
驅(qū)動(dòng)多相電機(jī)的多相逆變器；
指示傳感器故障的檢測的故障檢測器，其中所述傳感器用于感測所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角速度中的至少一項(xiàng)，其中所述傳感器設(shè)計(jì)成提供表示多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度的角速度信號、和表示所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的角位置信號中的至少一項(xiàng)；以及控制器，其可操作以基于反饋定子電流估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度，以確定所述估計(jì)角速度是否大于過渡角速度閾值，并在檢測到傳感器故障時(shí)
或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)；
或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響·應(yīng)。技術(shù)方案12 :根據(jù)技術(shù)方案11的設(shè)備，其中通過將所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的全部開關(guān)控制為打開來應(yīng)用所述開路響應(yīng)。技術(shù)方案13 :根據(jù)技術(shù)方案11的設(shè)備，其中通過控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所選擇開關(guān)將所述多相逆變器的所有相位連接至一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)、和通過將所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有其它未選擇開關(guān)控制為打開使得所述未選擇開關(guān)不連接至所述一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)來實(shí)施所述短路響應(yīng)。技術(shù)方案14 :根據(jù)技術(shù)方案11的設(shè)備，其中所述控制器可進(jìn)一步操作，以在檢測所述傳感器故障之后且在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度之前，在所述多相逆變器應(yīng)用所述短路響應(yīng)。技術(shù)方案15 :根據(jù)技術(shù)方案11的設(shè)備，其中所述控制器可進(jìn)一步操作，以基于所述反饋定子電流計(jì)算相位電流角，并且
其中所述控制器可進(jìn)一步操作，以基于所述相位電流角估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度和所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置。技術(shù)方案16 :根據(jù)技術(shù)方案15的設(shè)備，其中在所述控制器計(jì)算所述相位電流角之前，所述控制器可進(jìn)一步操作，以確定所述反饋定子電流的大小是有資格還是沒資格計(jì)算所述相位電流角，并且
在確定所述反饋定子電流的大小有資格時(shí)計(jì)算所述相位電流角，在確定所述反饋定子電流的大小沒資格時(shí)不計(jì)算。技術(shù)方案17 :根據(jù)技術(shù)方案15的設(shè)備，其中在所述控制器估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后且在所述控制器確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值之前，所述控制器可進(jìn)一步操作，以確定所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角速度是否足夠精確。技術(shù)方案18 :根據(jù)技術(shù)方案17的設(shè)備，其中在所述控制器估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后且在所述控制器確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值之前，所述控制器可進(jìn)一步操作，以確定所述計(jì)算相位電流角與所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置之間的角度差的大小，從而確定所述角度差的大小是否小于角度閾值(Θ thMsh)，并僅在所述角度差的大小小于所述角度閾值時(shí)確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值。技術(shù)方案19 :根據(jù)技術(shù)方案11的設(shè)備，其中所述反饋定子電流包括
固定參照系反饋定子電流。
技術(shù)方案20 :—種包括指令集的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述指令集可在控制器中操作，以引起該控制器執(zhí)行下列操作
基于反饋定子電流估計(jì)多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度；
確定所述估計(jì)的角速度是否大于過渡角速度閾值；以及 產(chǎn)生控制信號，以引起
或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)；
或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響
應(yīng)。


下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中相同的標(biāo)記指代相同的元件，并且 圖I為根據(jù)一些所公開實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)例子的框 圖2為根據(jù)所公開實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的包括連接至三相AC電機(jī)的三相逆變器模塊的部分的框 圖3為圖I中根據(jù)一些所公開實(shí)施例的控制器的一部分的框圖；以及 圖4為示出根據(jù)一些所公開實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如本文所使用的，詞語“示例性”意味著“用作例子、實(shí)例或示例”。下面的詳細(xì)描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，不意欲限制本發(fā)明或本申請以及本發(fā)明的使用。本文作為“示例性”描述的任何實(shí)施例并非必需構(gòu)造為超過其它實(shí)施例的優(yōu)選或有利的。該具體實(shí)施方式
中描述的所有實(shí)施例都是使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠進(jìn)行或使用本發(fā)明所提供的示例性實(shí)施例，并不限制由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。另外，不意欲通過前面技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、說明書摘要或后面的具體實(shí)施方式
中所存在的任何明確或暗示的理論來限定。本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于控制多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備，該方法、系統(tǒng)和設(shè)備可實(shí)施在操作環(huán)境(例如混合動(dòng)力/電動(dòng)車(ffiV))中。在現(xiàn)在描述的示例性實(shí)施方案中，所述控制方法和技術(shù)被描述為應(yīng)用于混合動(dòng)力/電動(dòng)車。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)清楚，相同或相似的方法和設(shè)計(jì)可應(yīng)用在期望控制多相系統(tǒng)的操作的其它系統(tǒng)中。在詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)注意，一些實(shí)施例主要體現(xiàn)在與控制多相系統(tǒng)的操作相關(guān)的方法步驟和設(shè)備部件的組合。這樣，應(yīng)當(dāng)清楚，這里所述本發(fā)明的實(shí)施例可使用硬件、軟件或其組合來實(shí)施。另外，本文所述控制電路可包括可使用模擬和/或數(shù)字電路的組合、分立或集成式模擬或數(shù)字電子電路或其組合來實(shí)施的各種部件、模塊、電路和其它邏輯技術(shù)和方法。如本文所使用的，術(shù)語“模塊”指的是用于執(zhí)行本文中定義于方法上下文中的任務(wù)的裝置、電路、電氣部件、和/或基于軟件的部件。圖I為根據(jù)所公開實(shí)施例的矢量控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100的一個(gè)例子的框圖。系統(tǒng)100通過聯(lián)接至三相AC電機(jī)120的三相脈寬調(diào)制(PWM)逆變器模塊110控制三相AC電機(jī)120，使得通過調(diào)節(jié)控制三相AC電機(jī)120的電流指令，三相AC電機(jī)120可有效使用提供給三相PWM逆變器模塊110的DC輸入電壓(Vdc)。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，矢量控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100可用于控制HEV中的轉(zhuǎn)矩。在下面一個(gè)特定非限制 性實(shí)施方案的描述中，三相AC電機(jī)120被描述為三相永磁AC電機(jī)。然而，應(yīng)當(dāng)清楚，所示實(shí)施例僅為所公開實(shí)施例可應(yīng)用的AC電機(jī)類型的一個(gè)非限制性實(shí)例，進(jìn)一步地，所公開實(shí)施例不限于三相系統(tǒng)，在其它實(shí)施例中，電機(jī)120可具有其它數(shù)量的相位，進(jìn)一步地，所公開實(shí)施例可應(yīng)用于包括更少或更多相位的任意類型的多相AC電機(jī)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，電機(jī)120包括三相永磁同步電機(jī)(PMSM) 120。三相AC電動(dòng)機(jī)120通過三個(gè)逆變器極點(diǎn)聯(lián)接至三相逆變器模塊110，并基于從逆變器模塊110接收的三相電流信號產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩X速度)。在一些實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子的角度位置(θΓ) 121或“軸位置”使用位置傳感器182 (圖I中未示出，但圖2中示出)測量。轉(zhuǎn)子角度位置(ΘΓ)121相對于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)可用于產(chǎn)生三相AC電機(jī)120的角速度(ωΓ)138?，F(xiàn)在參考圖2提供三相電壓源逆變器110的一種可能實(shí)施方案的更加詳細(xì)的描述，包括其如何連接至三相電機(jī)120。圖2為包括連接至三相AC電機(jī)120的三相電壓源逆變器110的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分的框圖。應(yīng)當(dāng)注意，圖I中的三相電壓源逆變器Iio和三相電機(jī)120不限于該實(shí)施方案；相反，圖2僅僅是圖I中三相電壓源逆變器110和三相電機(jī)120在一個(gè)特定實(shí)施使中可如何實(shí)施。如圖2中所示，三相AC電機(jī)120具有連接至電機(jī)終端A、B、C的三個(gè)定子或電機(jī)繞阻120A、120B、120C,三相PWM逆變器模塊110包括電容180和三個(gè)逆變器子模塊115、117和119。在該特定實(shí)施例中，相位A中逆變器子模塊115聯(lián)接至電機(jī)繞阻120A，相位B中逆變器子模塊117連接至電機(jī)繞阻120B，相位C中逆變器子模塊119聯(lián)接至電機(jī)繞阻120C。電機(jī)繞阻A、B、C (120A、120B、120C)—起聯(lián)接在中性點(diǎn)(N) 120D。進(jìn)入電機(jī)繞阻A 120A的電流流出電機(jī)繞阻B、C 120B-120C,進(jìn)入電機(jī)繞阻B 120B的電流流出電機(jī)繞阻A和C 120A、120C，進(jìn)入電機(jī)繞阻C 120C的電流流出電機(jī)繞阻A和B 120A、120B。產(chǎn)生的相位或定子電流(Ia-Ic) 122、123、124流過各自的定子繞阻120A-C?？缭礁鞫ㄗ永@阻120A-120C的相位至中性的電壓分別標(biāo)記為Van、Vbn, Ven，各定子繞阻120A-120C中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(EMF)電壓分別圖示為電壓Ea、Eb、E。，均分別圖示為與定子繞阻120A-120C串聯(lián)。眾所周知，這些反EMF電壓Ea、Eb、E。為由永磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)在相應(yīng)的定子繞阻120A-120C中引起的電壓。盡管未示出，但是電機(jī)120聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)軸。逆變器110包括電容180，包括雙開關(guān)182/183、184/185的第一逆變器子模塊115，包括雙開關(guān)186/187、188/189的第二逆變器子模塊117，和包括雙開關(guān)190/191、192/193的第三逆變器子模塊119。這樣，逆變器110具有六個(gè)固態(tài)可按開關(guān)裝置182、184、186、188、190、192和六個(gè)二極管183、185、187、189、191、193，以恰當(dāng)?shù)亻_關(guān)復(fù)合電壓(Vdc)并提供三相AC電機(jī)120的定子繞阻120A、120B、120C的三相通電。在正常操作期間，通過向各逆變器子模塊115、117、119提供適當(dāng)?shù)目刂菩盘枺刂颇孀兤髯幽K115、117、119內(nèi)的固態(tài)開關(guān)裝置182、184、186、188、190、192的開關(guān)，從而控制逆變器子模塊115、117、119分別提供給電機(jī)繞阻120A-120C的輸出。三相逆變器模塊110的逆變器子模塊115、117、119產(chǎn)生的合成定子電流(Ia…Ic)122-124被提供給電機(jī)繞阻120A、120B、120C。如Vm、Vbn、Vcn的電壓和在節(jié)點(diǎn)N的電壓依賴于逆變器模塊110的逆變器子模塊115、117、119中開關(guān)182、184、186、188、190、192的開/閉狀態(tài)而隨時(shí)間波動(dòng)。反電動(dòng)勢(EMF)電壓Ea、Eb、Ec不受逆變器開關(guān)而僅受電動(dòng)機(jī)速度影響。再參考圖I，矢量控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100包括轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140、同步框架電流調(diào)節(jié)器模塊170、同步-固定轉(zhuǎn)換模塊102、a ^參照系_abc參照系轉(zhuǎn)換模塊106、脈寬調(diào)制(PWM)模塊108、三相PWM逆變器110、abc參照系-a ^參照系轉(zhuǎn)換模塊127、固定-同步轉(zhuǎn)換模塊130、及控制器200，該控制器200包括電流質(zhì)量檢查模塊148、故障檢測和確認(rèn)模塊150、角度計(jì)算模塊152、角速度觀察模塊154、角度差確認(rèn)模塊158和開路/短路控制器模塊164。轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140接收作為輸入的轉(zhuǎn)矩指令信號(Te*) 136、基于轉(zhuǎn)子/軸位置輸出(9r) 121的導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生的軸的角旋轉(zhuǎn)角速度(《r) 138和DC輸入電壓(Vdc) 139、以及依賴于實(shí)施方案的可能大量其它系統(tǒng)參數(shù)。轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140使用這些輸入產(chǎn)生會(huì)引起電機(jī)120在角速度(cor) 138產(chǎn)生指令轉(zhuǎn)矩(Te*)的d軸電流指令信號(Id*) 142 和q軸電流指令信號(Iq*) 144。特別地，轉(zhuǎn)矩-電流映射模塊140使用這些輸入將轉(zhuǎn)矩指令信號(Te*) 136映射至d軸電流指令(Id*) 142和q軸電流指令(Iq*) 144。同步參照系d軸和q軸電流指令信號(Id*，Iq*) 142、144為具有隨時(shí)間變化的恒定值的DC指令。abc-a ^轉(zhuǎn)換模塊127接收從電動(dòng)機(jī)120反饋的測量的三相固定參照系反饋定子電流(Ia" Ic) 122-124。abc-a ^轉(zhuǎn)換模塊127使用這些三相固定參照系反饋定子電流122-124來執(zhí)行abc參照系至a ^參照系轉(zhuǎn)換，以將三相固定參照系反饋定子電流122-124轉(zhuǎn)換為固定參照系反饋定子電流(Ia，10)128、129。abc-a ^轉(zhuǎn)換可使用任何已知的轉(zhuǎn)換方法來執(zhí)行，包括使用下面公式(I)定義的矩陣。
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-Hammm _J|公式(I)中，表示三相固定參照系反饋定子電流122-124的列向量乘以轉(zhuǎn)換矩陣和比例因子，產(chǎn)生表示固定參照系反饋定子電流(la，) 128,129的列向量。固定-同步轉(zhuǎn)換模塊130接收固定參照系反饋定子電流(la，IP ) 128、129和轉(zhuǎn)子角位置(9r) 121，并產(chǎn)生(例如，處理或轉(zhuǎn)換)這些固定參照系反饋定子電流(la，)128、129，以產(chǎn)生同步參照系d軸電流信號(Id) 132和同步參照系q軸電流信號(Iq) 134。固定-同步轉(zhuǎn)換的過程是本領(lǐng)域公知的，為簡潔起見不再詳細(xì)描述。同步框架電流調(diào)節(jié)器模塊170接收同步參照系d軸電流信號(Id) 132、同步參照系q軸電流信號(I q ) 134、d軸電流指令(I d* ) 142和q軸電流指令(I q* ) 144，并使用這些信號產(chǎn)生同步參照系d軸電壓指令信號(Vd*) 172和同步參照系q軸電壓指令信號(Vq*)174。同步參照系電壓指令信號(Vd*，Vq*) 172、174為具有穩(wěn)定狀態(tài)操作的隨時(shí)間變化的恒定值。因?yàn)殡娏髦噶钍峭絽⒄障抵械腄C信號，所以與AC固定參照系電流指令相比，它們更容易調(diào)節(jié)。電流至電壓轉(zhuǎn)換的過程可實(shí)施為比例-積分(PI)控制器，其是本領(lǐng)域內(nèi)公知的，為簡潔起見不再詳細(xì)描述。同步-固定轉(zhuǎn)換模塊102接收同步參照系d軸電壓指令信號(Vd*)172和同步參照系q軸電壓指令信號(Vq*)174連同轉(zhuǎn)子位置輸出(0r)121。響應(yīng)于這些輸入，同步-固定轉(zhuǎn)換模塊102執(zhí)行dq-a ^轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生a軸固定參照系指令信號(V a *) 104和0軸固定參照系電壓指令信號(VP*) 105。固定參照系a軸和0軸電壓指令信號(Va*，V^*)104,105在固定參照系中，因此具有作為時(shí)間函數(shù)的以正弦波(相隔90度)變化的值。同步-固定轉(zhuǎn)換的過程是本領(lǐng)域公知的，為簡潔起見，不再詳細(xì)描述。a @-abc轉(zhuǎn)換模塊106接收固定參照系電壓指令信號(Va *，V P*)104、105，并基于這些信號產(chǎn)生發(fā)送至PWM模塊108的固定參照系電壓指令信號(Vas* -Vcs*) 107 (也稱為“相位電壓信號”或“相位電壓指令信號”)。a P-abc轉(zhuǎn)換可使用任何已知的轉(zhuǎn)換方法來執(zhí)行，包括使用下面公式(2 )定義的矩陣。
權(quán)利要求
1.一種用于控制驅(qū)動(dòng)多相電機(jī)的多相逆變器的方法，該方法包括 檢測傳感器故障，其中所述傳感器用于感測所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角速度中的至少一個(gè)； 基于反饋定子電流估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度； 確定所述估計(jì)的角速度是否大于過渡角速度閾值；以及 在檢測到所述傳感器故障時(shí) 或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)； 或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中應(yīng)用所述開路響應(yīng)包括 將所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的全部開關(guān)控制為打開。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中應(yīng)用所述短路響應(yīng)包括 控制所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中所選擇的開關(guān)，以將所述多相逆變器的所有相位都連接至一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)；以及 將所述多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有其它未選擇開關(guān)控制為打開，使得所述未選擇開關(guān)不連接至所述一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，還包括 在檢測所述傳感器故障之后且在估計(jì)之前，在所述多相逆變器應(yīng)用所述短路響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中估計(jì)包括 基于所述反饋定子電流計(jì)算相位電流角，并基于所述相位電流角估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度和所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括 在計(jì)算所述相位電流角之前，確定所述反饋定子電流的大小是有資格還是沒資格來計(jì)算所述相位電流角，其中當(dāng)所述反饋定子電流的大小被確定為有資格時(shí)計(jì)算所述相位電流角，而在所述反饋定子電流的大小被確定為沒資格時(shí)不計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，還包括 在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后，在確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值之前確定所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置是否足夠精確。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后，確定所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置是否足夠精確包括 在估計(jì)所述轉(zhuǎn)子的角速度和角位置之后且在確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值之前，確定所述計(jì)算相位電流角與所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角位置之間的角度差的大??；以及 確定所述角度差的大小是否小于角度閾值(e thresh);并且 其中確定所述估計(jì)角速度是否大于所述過渡角速度閾值的步驟僅在所述角度差的大小小于所述角度閾值時(shí)執(zhí)行。
9.一種設(shè)備,包括 驅(qū)動(dòng)多相電機(jī)的多相逆變器；指示傳感器故障的檢測的故障檢測器，其中所述傳感器用于感測所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子角速度中的至少一項(xiàng)，其中所述傳感器設(shè)計(jì)成提供表示多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度的角速度信號、和表示所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角位置的角位置信號中的至少一項(xiàng)；以及控制器，其可操作以基于反饋定子電流估計(jì)所述多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度，以確定所述估計(jì)角速度是否大于過渡角速度閾值，并在檢測到傳感器故障時(shí) 或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)；或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。
10.一種包括指令集的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述指令集可在控制器中操作，以引起該控制器執(zhí)行下列操作 基于反饋定子電流估計(jì)多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度； 確定所述估計(jì)的角速度是否大于過渡角速度閾值；以及 產(chǎn)生控制信號，以引起 或者在所述多相電機(jī)的所述估計(jì)角速度小于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)； 或者在所述估計(jì)角速度大于所述過渡角速度閾值時(shí)，在所述多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制多相逆變器的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于控制驅(qū)動(dòng)多相電機(jī)的多相逆變器的方法、系統(tǒng)、可在控制器中操作的機(jī)器可讀介質(zhì)、和設(shè)備。當(dāng)檢測到傳感器故障時(shí)，基于反饋定子電流計(jì)算相位電流角，用于估計(jì)多相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的角速度和角位置。當(dāng)多相電機(jī)的估計(jì)角速度小于過渡角速度閾值時(shí)，通過控制多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所有開關(guān)被打開而在多相逆變器應(yīng)用開路響應(yīng)。相反，當(dāng)多相電機(jī)的估計(jì)角速度大于過渡角速度閾值時(shí)，可通過控制多相逆變器驅(qū)動(dòng)中的所選擇開關(guān)將多相逆變器的所有相位連接至一個(gè)總線(例如，加法總線或減法總線)而在多相逆變器應(yīng)用短路響應(yīng)。
文檔編號H02P21/14GK102957334SQ20121029368
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者B.A.維爾奇科, M.戴 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司