確定轉(zhuǎn)子的初始位置的方法
【專利說明】
[0001] 優(yōu)先權(quán)
[0002] 根據(jù)35U.S.C. §119,本非臨時申請要求2013年2月13日提交的申請?zhí)枮閁S 61/764, 567的臨時申請的優(yōu)先權(quán)；所述臨時申請的全部內(nèi)容被引用合并于本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 示例性的實施例涉及電力驅(qū)動裝置系統(tǒng)和/或用于控制諸如內(nèi)永磁（IPM)電機(jī)或 機(jī)器的電力驅(qū)動裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] IPM同步電動機(jī)（IPMSMs)用在混合和電動車輛系統(tǒng)中。IPMSM的轉(zhuǎn)子定位被用于 IPMSM的高性能的牽引或電壓控制。
[0005] 機(jī)電類型的位置傳感器，例如分解器、光學(xué)編碼器和霍爾效應(yīng)傳感器，被用于在 IPMSM驅(qū)動系統(tǒng)中獲取轉(zhuǎn)子位置和/或速度。這些機(jī)電傳感器的使用增加了 IPMSM驅(qū)動系 統(tǒng)的成本、尺寸、重量和硬件接線的復(fù)雜性。而且，將機(jī)電傳感器安裝到電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上影 響IPMSM的穩(wěn)固性（robustness，或稱魯棒性）。在惡劣環(huán)境下，例如在過高的環(huán)境溫度、超 高速操作和其它不利的或重載荷條件下，傳感器經(jīng)常失效。
[0006] 作為傳感器的替代選擇，使用包括觀測器的無傳感器驅(qū)動裝置。一類公認(rèn)的觀測 器技術(shù)為滑動模態(tài)觀測器（SMO)。SMO由專用計算機(jī)實現(xiàn)，主要以專門地編程的微控制器或 數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)，以實現(xiàn)SM0。通常地，SMO為具有輸入的觀測器，該輸入為預(yù)計輸出 和測得輸出之間的誤差的不連續(xù)函數(shù)。在SMO中，流形（manifold)被設(shè)計為使得當(dāng)限制為 該流形時，系統(tǒng)狀態(tài)軌跡展示出某種特性。該流形也可稱作滑動面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)電動機(jī)保持停止時沒有反電磁力（EMF)存在，因此擴(kuò) 展的反電磁力跟蹤是不合適的。而且，傳統(tǒng)的電壓注入技術(shù)假設(shè)恒定的直流（DC)總線電壓 能夠得到保證。
[0008] 至少一個示例性實施例公開了一種驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(tǒng)包括：電動機(jī)，所述電動 機(jī)包括轉(zhuǎn)子，所述電動機(jī)被配置為接收測得電流；控制器，所述控制器被配置為在靜止參考 系下生成用于電動機(jī)的電壓，所述電壓具有頻率，并且測得電流基于該電壓；濾波器，所述 濾波器被配置為基于測得電流獲取轉(zhuǎn)子的位置信息；以及非線性觀測器，所述非線性觀測 器被配置為基于該位置信息在靜止參考系中估算電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。控制器被配置為至少 部分基于估算的轉(zhuǎn)子位置控制電動機(jī)。
【附圖說明】
[0009] 從下面的結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中將更清楚地理解示例性的實施例。圖1A-4代表 本文描述的非限定性的示例性實施例。
[0010] 圖IA示出了根據(jù)示例性實施例的用于控制IPM機(jī)器的驅(qū)動系統(tǒng)；
[0011] 圖IB示出了根據(jù)示例性實施例的圖IA的驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
[0012] 圖IC示出了根據(jù)示例性實施例的由電壓注入器生成的注入電壓；
[0013] 圖2A示出了圖IA中示出的匹配濾波器和同步參考系濾波器的示例性的實施例；
[0014] 圖2B示出了根據(jù)示例性實施例的同步參考系濾波器的示例性的實施例；
[0015] 圖3示出了根據(jù)示例性實施例的估算電動機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置的方法；
[0016] 圖4示出了根據(jù)示例性實施例的確定永磁同步電機(jī)（PMSM)的磁體極性的方法。
【具體實施方式】
[0017] 參考圖示一些示例性實施例的附圖，現(xiàn)在更完整地描述各個示例性實施例。
[0018] 相應(yīng)地，雖然示例性實施例能夠具有各種改變和替代形式，但是通過舉例的方式 在附圖中示出了本發(fā)明的實施例，并且本文將詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，并非意在將示例性實施例限制為所公開的特定形式，而是相反，示例性實施例將覆蓋落 在權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有改變方式、等同方式和替代方式。相似的附圖標(biāo)記在整個附圖 的說明中指代相似的要素。
[0019] 可以理解的是，雖然本文中術(shù)語第一、第二等可被用于描述不同的要素，但是這些 要素不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用于區(qū)分要素彼此。例如，在不偏離示例性實施 例的范圍的情況下，第一要素可稱作第二要素，并且相似地，第二要素可稱作第一要素。如 本文所使用的，術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意和所有組合。
[0020] 可以理解的是，當(dāng)一個要素被指出與另一個要素"連接"或"聯(lián)接"時，可以是與其 它要素直接地連接或聯(lián)接，也可以出現(xiàn)介于中間的要素。與此相反，當(dāng)一個要素被指出與另 一個要素"直接地連接"或"直接地聯(lián)接"時，表示沒有介于中間的元素。用于描述要素之 間關(guān)系的其它用語應(yīng)以相似的方式理解（例如，"位于……之間"與"直接位于……之間"相 對，"相鄰"與"直接相鄰"相對，等等）。
[0021] 本文所使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的，而并不用于限制示例性實施 例。如這里所使用的，如果上下文沒有清楚地指明，單數(shù)形式"a"、"an"和"the"也可以包括 復(fù)數(shù)形式。還可以理解的是，當(dāng)術(shù)語"包括（〇011^1^868、(3011^11^8；[1^)"、"包含（；[11(3111(16和/ 或including) "用于本說明書中時，表明存在所述的特征、整體、步驟、操作、元件、和/或部 件，但并不排除存在或附加有一個或多個其它特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、部件、和/ 或其構(gòu)成的組。
[0022] 還應(yīng)當(dāng)注意，在一些替代的實施方式中，所注明的功能/行為可以脫離附圖中注 明的順序發(fā)生。例如，接連示出的兩個附圖實際上可以基本上同時執(zhí)行，或者有時可以以相 反的順序執(zhí)行，取決于所包含的功能/行為。
[0023] 除非另有限定，本文用到的所有術(shù)語（包括技術(shù)的和科學(xué)的術(shù)語）具有與示例性 實施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的通常理解相同的含義。還可以理解的是，例如那些在通 常使用的詞典中限定的術(shù)語，應(yīng)被理解為具有與相關(guān)領(lǐng)域的背景下含義一致的含義，并且 不應(yīng)在理想化的或過度正式的意義上理解，除非本文明確這樣限定。
[0024] 示例實施例和相應(yīng)的具體描述的一些部分提到了術(shù)語處理器，其被專門編程以執(zhí) 行對計算機(jī)存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)位的操作的軟件、或者算法和符號表示。這些描述和表示是本 領(lǐng)域技術(shù)人員將他們的工作內(nèi)容有效傳達(dá)給其他本領(lǐng)域技術(shù)人員的那些。算法，作為這里 所使用的術(shù)語并且通常是這么使用的，被認(rèn)為是得出一個結(jié)果的前后一致的一系列步驟。 這些步驟是需要物理量的物理操作的那些。通常地，但是不是必然地，這些量采用能夠被存 儲、傳輸、組合、比較、以及其它操作的光、電或者磁信號。已經(jīng)不時地方便證明，原則上由于 通常使用的原因，是指諸如位、值、元件、符號、字符、術(shù)語、數(shù)量等的這些信號。
[0025] 在下面的描述中，將參照可以作為程序模塊或功能性過程被實現(xiàn)的操作的動作和 符號表示（例如，在流程圖的形式）描述示例性實施例，包括例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)等，當(dāng)被執(zhí)行地執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型時，并且可以使用在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)元 件處的現(xiàn)有硬件實現(xiàn)。這種現(xiàn)有的硬件可以包括一個或多個中央處理單元（CPU)、數(shù)字信號 處理器（DSP)、應(yīng)用程序特定集成的電路、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)、電腦等。
[0026] 然而，應(yīng)當(dāng)牢記的，所有這些和類似的術(shù)語是與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)，并且僅僅是 應(yīng)用于這些量的方便的標(biāo)記。除非另有特別聲明，或從討論中顯而易見的，諸如"處理"或 "運(yùn)算"或"計算"或"確定"或"顯示"或類似術(shù)語是指計算機(jī)系統(tǒng)或類似的電子計算裝置 的動作和過程，其操作和轉(zhuǎn)換在計算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲器中表示的數(shù)據(jù)為物理的、電 子的數(shù)量到類似地表示為在計算機(jī)系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他這樣的信息存儲、傳輸或顯 示設(shè)備內(nèi)的物理量的其他數(shù)據(jù)。
[0027] 還要注意，示例性實施例的軟件實現(xiàn)方面通常是被編碼在一些形式的有形（或者 記錄）存儲介質(zhì)上。有形存儲介質(zhì)可以是磁性的（例如，軟盤或者硬盤驅(qū)動器）或者光學(xué) 的（例如壓縮光盤只讀存儲器，或者"CD ROM")，并且可以是只讀的或者是隨機(jī)存取的。
[0028] 通常地，當(dāng)機(jī)器終端鏈接到高電壓直流電源上時，使用用于初始位置檢測的基于 高頻注入（HFI)的自感測（self-sensing)方法。然而，在至少一個示例性實施例中，在初 始位置檢測處理過程中沒有連接高電壓直流電源。替代地，使用存儲在直流總線電容器中 的能量。
[0029] 至少一個示例性實施例公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置為在沒有大功率電源的情況 下檢測IPMSM的初始位置。大功率電源可以是在直流總線上提供持續(xù)電力（例如500V)的 電池。在示例性實施例中，直流總線電容器從例如48V的便攜式電池的小功率電源建立直 流電壓。小功率電源可以提供給控制器。用于由控制器執(zhí)行的檢測的能量為由直流總線電 容器建立的直流電壓。一旦高頻電壓被注入，由直流總線電容器建立的直流電壓就耗散。
[0030] 在至少一個示例性實施例中，直流總線電容器被預(yù)充電至某一電壓水平，以使定 子鐵芯飽和作為能量源。
[0031] 至少一個示例性實施例公開了一種驅(qū)動系統(tǒng)，包括：電動機(jī)，所述電動機(jī)包括轉(zhuǎn) 子，所述電動機(jī)被配置為接收測得電流；控制器，所述控制器被配置為在靜止參考系下生成 用于所述電動機(jī)的電壓，