CN106953559A

CN106953559A - 用于电机锁定或失速检测的方法和设备

Info

Publication number: CN106953559A
Application number: CN201610971088.0A
Authority: CN
Inventors: 雅罗斯拉夫·莱普克; 利博尔·普罗科普
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2017-07-14
Anticipated expiration: 2036-10-28
Also published as: EP3185411B1; US20170126153A1; EP3185411A1; CN106953559B; US10075107B2

Abstract

本发明提供一种用于在无传感器永磁体同步电机中检测转子锁定状况的方法和设备。BEMF观测器在估计的转子相关γ，δ参考帧中确定估计的转子速度和第一BEMF电压值。另外，基于至少第一电机常数和估计的转子速度在转子相关d，q参考帧中计算第二估计的BEMF电压值。在从第一估计的BEMF电压值和第二估计的BEMF电压值中产生BEMF误差滤波值并且计算BEMF误差阈值作为受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的函数之后，至少基于BEMF误差滤波值和BEMF误差阈值检测转子锁定状况。

Description

用于电机锁定或失速检测的方法和设备

技术领域

本发明大体上涉及电动机的领域。在一个方面中，本发明涉及无传感器永磁体同步电机(permanent magnet synchronous motors，PMSM)和应用安全。

背景技术

永磁体同步电机(PMSM)或无刷直流(Brushless DC，BLDC)电机是越来越受欢迎的电动机设计，该设计用电子控制器替代易于遭受磨损的刷式直流电机，该电子控制器改进单元的可靠性并且减小占用面积和大小，使得此类PMSM或BLDC电机适用于空间紧凑的应用。然而，在PMSM或BLDC电机的定子和转子之间不存在机械接触或电接触对确定组成部分的相对位置提出了挑战。一个位置指示布置是使用传感器(例如，增量式编码器)来检测电机组件位置状态作为电机控制功能的一部分，但是此类传感器增添了成本且增大了复杂性(由于额外的传感器、布线、连接器、焊接等)，减小了可靠性(部分由于传感器连接器易于遭受来自污物和潮湿的污染)，并且不适用于一些应用(例如，其中转子在封闭外壳中并且电输入的数目必须保持最小，例如，在压缩机中，或在电机浸没在液体中的应用中，例如，一些泵)。为了解决此类缺点，无传感器电机控制技术可用于检测电机组件位置状态。例如，一个位置指示布置用于检测产生于绕组中的电势或电动势(electromotive force，EMF)，该电势或电动势产生次级磁场，该次级磁场与驱动电机的旋转的磁通量中的原始改变相反。在抵抗电机的自然移动中，EMF被称作“返回”EMF。然而，无传感器电机控制技术具有的缺点在于转子机械阻断或停止状况可能无法被无传感器算法识别。无法检测锁定或停止转子呈现电势应用安全担忧，这些担忧是越来越需要用于家用电机控制应用标准的，例如，IEC60730(“用于家用和类似用途的自动电控制”)或IEC 60335-1(“房屋和类似电器”)。因此，用于检测锁定转子状况的现有解决方案在实际水平下是极其困难的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于在无传感器永磁体同步电机中检测转子锁定状况的方法，包括：使用BEMF观测器在估计的转子相关参考帧中确定第一估计的返回电动势(BEMF)电压值；至少基于第一电机常数和估计的转子速度在转子相关参考帧中计算第二估计的返回电动势(BEMF)电压值；从所述第一估计的返回电动势(BEMF)电压值和第二估计的返回电动势(BEMF)电压值中产生BEMF误差滤波值；产生BEMF误差阈值作为受制于最小阈值BEMF值的所述估计的转子速度的函数；以及至少基于所述BEMF误差滤波值和所述BEMF误差阈值检测所述无传感器永磁体同步电机中的转子锁定状况。

优选地，确定所述第一估计的BEMF电压值包括计算第一估计的BEMF电压值为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标。

优选地，计算所述第二估计的BEMF电压值包括计算第二估计的BEMF电压值为旋转参考帧(d，q)中的q坐标。

优选地，产生所述BEMF误差滤波值包括对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的差异的绝对值进行滤波。

优选地，检测所述转子锁定状况包括确定所述BEMF误差滤波值的绝对值是否超过所述BEMF误差阈值。

优选地，产生所述BEMF误差滤波值包括对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波。

优选地，产生所述BEMF误差滤波值包括对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波。

优选地，检测所述转子锁定状况包括求所述BEMF误差阈值的平方值以产生平方的BEMF误差阈值并且确定所述BEMF误差滤波值是否超过所述平方的BEMF误差阈值。

优选地，产生所述BEMF误差滤波值包括对所述第一估计的BEMF电压值和第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波，所述差异通过在滤波之前乘以非线性缩放函数而标准化。

优选地，产生所述BEMF误差滤波值包括对所述第一估计的BEMF电压值和第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波，所述平方的差异通过在通过两个计算进行幂运算之前乘以非线性缩放函数而标准化。

优选地，产生BEMF误差阈值包括计算BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于所述最小阈值BEMF值的所述估计的转子速度的绝对值的乘积。

优选地，检测所述转子锁定状况包括检测所述估计的转子速度值的绝对值是否低于最小停止速度ω_StallMin。

根据本发明的另一个方面，提供一种电动机控制器，包括：返回电动势(BEMF)测量电路，以用于在估计的转子相关参考帧中确定第一估计的返回电动势(BEMF)电压值并且用于确定估计的转子速度处理器，其耦合到所述返回EMF测量电路以计算：至少基于第一电机常数和估计的转子速度在转子相关参考帧中的第二估计的返回电动势(BEMF)电压值，基于所述第一估计的返回电动势(BEMF)电压值和第二估计的返回电动势(BEMF)电压值之间的差异的BEMF误差滤波值，以及BEMF误差阈值作为受制于最小阈值BEMF值的所述估计的转子速度的函数；以及电动机驱动器电路，其耦合到所述处理器以用于提供驱动信号以用于控制将电力输送到电动机；其中所述处理器被配置成至少基于所述BEMF误差滤波值和所述BEMF误差阈值检测转子锁定状况是否存在于所述电动机处。

优选地，所述处理器被配置成使得所述电动机驱动器电路在检测到转子锁定状况之后中断将电力施加到所述电动机。

优选地，所述BEMF测量电路被配置成通过计算第一估计的BEMF电压值为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标产生所述第一估计的BEMF电压值。

优选地，所述处理器被配置成通过计算第二估计的BEMF电压值为旋转参考帧(d，q)中的q坐标来计算所述第二估计的BEMF电压值。

优选地，所述处理器被配置成通过对所述第一估计的BEMF电压值和第二估计的BEMF电压值之间的差异的绝对值进行滤波计算所述BEMF误差滤波器值。

优选地，所述处理器被配置成通过对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波计算所述BEMF误差滤波值。

优选地，所述处理器被配置成通过对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波计算所述BEMF误差滤波值。

优选地，所述处理器被配置成通过计算BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于所述最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积计算所述BEMF误差阈值。

根据本发明的另一个方面，一种用于在无传感器永磁体同步电机中检测锁定转子的系统，其特征在于，所述系统包括：装置，其用于产生估计的转子速度和第一估计的BEMF电压值作为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标；估计器块，其被耦合成从所述装置中接收所述估计的转子速度以用于计算第二估计的BEMF电压值，包括计算第二估计的BEMF电压值作为旋转参考帧(d，q)中的q坐标；阈值块，其被耦合成从所述装置中接收所述估计的转子速度以用于计算BEMF误差阈值信号作为BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积；滤波后的返回EMF误差块，其耦合到所述装置和所述估计器块以用于接收所述第一估计的BEMF电压值和所述第二估计的BEMF电压值由此所述滤波后的返回EMF误差块输出指示所述第一估计的BEMF电压值与所述第二估计的BEMF电压值之间的滤波后的比较的BEMF误差滤波信号；以及故障处置器，其耦合到所述估计器块和阈值块以用于至少基于所述BEMF误差滤波信号和所述BEMF误差阈值信号在所述无传感器永磁体同步电机处检测转子锁定状况。

附图说明

当结合以下图式考虑以下详细描述时，可以理解本发明及其获得的许多目标、特征和优点。

图1是根据本发明的选定的实施例的电动机系统的框图说明，该电动机系统包括利用无传感器锁定转子检测器的电机控制电路。

图2是根据本发明的选定的实施例的电动机系统的框图说明，该电动机系统包括控制系统元件以用于基于BEMF观察与速度估计提供无传感器转子锁定检测。

图3示出根据本发明的选定的实施例的基于BEMF龙伯格的观测器系统以用于提取转子位置和速度信息。

图4示出用于永磁体同步电机的空间向量图式的转子相关坐标。

图5示出根据本发明的选定的实施例的用于从估计的BEMF信号值中产生角度误差的提取块的简化的框图。

图6示出根据本发明的选定的实施例的用于从计算的角度误差中产生估计的旋转角度和速度量度的角度追踪观测器的简化的框图。

图7以图形方式示出根据本发明的选定实施例的BEMF误差检测阈值和估计的返回EMF电压作为估计的转子角频率的函数。

图8示出根据本发明的选定的实施例的锁定转子检测器的简化的框图。

图9示出根据本发明的选定实施例的用于通过无传感器场定向控制中断服务例程控制永磁体同步电机以检测锁定转子故障状况的方法的简化流程图。

具体实施方式

描述无传感器电机控制方法和设备以用于检测停止或锁定转子(也称为，电机锁定、阻断的电机)以可靠地且有效地提供安全保护以解决本领域中的各种问题，其中在通过参考图式和本文提供的具体实施方式审阅本申请的剩余部分之后常规的解决方案和技术的限制和缺点对于本领域的技术人员将变得显而易见。在选定的实施例中，提供基于软件的方法和设备以用于检测永磁体同步电机(PMSM)的锁定转子，方法是使用BEMF观测器系统以产生估计的BEMF和速度量(例如，估计的转子角速度值和第一估计的BEMF电压值)。基于估计的BEMF和速度量，锁定转子故障检测器可以实施无传感器场定向控制算法，该控制算法计算BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})和滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)以用于在故障处置器处处理估计的转子角速度值例如，第二估计的BEMF电压值可以从规定的电机恒定值和估计的转子角速度值中计算，并且随后从第一估计的BEMF电压值中减去以产生滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)。另外，BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})可以计算为BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于第一最小阈值BEMF值(C_{BEMFThresholdMin})的估计的转子角速度值的绝对值的乘积。由于锁定转子故障检测器计算是基于可以在电机控制电路中测量而无需使用传感器的用于估计的BEMF和速度量的电参数的，所以检测处理可以例如位于远离电机处，例如通过在微控制器或微处理器单元上执行中断服务例程。另外，方法和设备可以符合安全标准使用而无需电动机中的传感器验证电机的适当操作。

现在参考图1，示出了根据本发明的选定实施例的使用无传感器锁定转子检测器120的电动机系统100的框图说明。电动机系统100包括电机控制电路101、电机102和电源119。电机控制电路101包括处理器103、驱动器电路105和测量电路106。处理器103包括无传感器锁定转子检测器120，该无传感器锁定转子检测器120可以在硬件或软件中通过存取或包括存储无传感器锁定转子检测器120的存储器实施。在实施的任何形式中，无传感器锁定转子检测器120可以包括第一计算模块121以用于计算第二估计的BEMF电压值作为估计的BEMF值的q坐标分量。另外，无传感器锁定转子检测器120可以包括第二计算模块122以用于计算滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)作为第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的滤波后的差异。另外，无传感器锁定转子检测器120可以包括第三计算模块123以用于计算BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})作为受制于最小或基线阈值BEMF值(C_{BEMFThresholdMin})的估计的转子角速度值的函数。

测量电路106可以包括电流测量电路107和直流(direct current，DC)总线电压测量电路108。电机102包括转子109、定子110和轴杆111。轴杆111机械耦合到转子109。绕组安置在电机102内。例如，可以提供定子绕组以在定子110中创建磁场。作为另一例子，可以提供转子绕组以在转子109户创建磁场。如将了解，转子绕组作用与发电机相同，因为它们切割通过磁场线，在绕组中产生电势，该电势被称作电动势(electromotive force，EMF)。根据楞次定律，此EMF产生次级磁场，该次级磁场与驱动电机的旋转的磁通量的原始改变相反。更简单的说，EMF阻止电机的自然移动并且被称作“返回”EMF。对于固定磁通量和绕组的数目的给定电机，EMF的幅值与转子的角速度成正比。PMSM或BLDC电机的制造商规定被称为返回EMF常数的参数，该参数可用于估计给定速度的返回EMF。跨越绕组的电势可以通过从电源电压中减去返回EMF值计算。电机被设计成使得当它们在额定速度下运行时，返回EMF与电源电压之间的电势差将造成电机汲取额定电流并且输送额定扭矩。

电机控制电路101经由一个或多个导体112、113和114连接到电机102。导体112、113和114连接到驱动器电路105的输出并且连接到测量电路106的输入。测量电路106经由一个或多个连接线116连接到处理器103以从测量电路106提供测量结果到处理器103。处理器103经由一个或多个连接线115连接到驱动器电路105以允许处理器103控制驱动器电路105。电源119经由线(L)导体117和中性(N)导体118连接到驱动器电路105以提供用于驱动器电路105的电力以应用于电机102。替代地，电源可以配备有大于2个线输出，例如，具有3线(L1、L2、L3)或四线(L1、L2、L3、N)的3相系统。

测量电路106可以获得电机102的参数的测量结果。电流测量电路107可以获得电机102的一个或多个电流测量结果，例如，i_a、i_b和i_c。以类似方式，直流总线电压测量电路108可以获得电机102的一个或多个电压测量结果。电流测量电路107和直流总线电压测量电路108中的每一个可以获得多个测量结果，例如，相对于多个导体112、113和114。因此，例如，单相和多相(例如，三相)电机可以受到控制。测量结果可以是例如复杂测量结果，其可以包括直流分量和远离直流分量的90度的相位采样的正交分量。电机102的磁性组件，例如，转子109和定子110，可以包括永磁组件和电磁组件或完全电磁组件。

可以实施电动机系统100以控制各种类型的电机102的操作，例如，直流永磁体同步电机(permanent magnet synchronous motors，PMSM)、无刷直流(brushless DC，BLDC)电机、开关磁阻(switched reluctance，SR)电机、AC感应电机(AC induction motors，ACIM)和其它电机类型。可以通过处理器103执行不同控制指令以容纳不同电机类型，例如，使用场定向控制(field oriented control，FOC)、超电压频率(voltage-over-frequency，V/Hz)以及滑动控制。在驱动器电路105中可以使用不同组件以驱动不同电机类型。例如，与不同极性的电压兼容的组件可用于实施驱动器电路105以用于交流电机。可以在测量电路106中使用不同组件以测量不同电机类型的电流和电压。在交流电(AC)电机的情况下测量电路106能够测量交流信号。作为一个例子交流总线电压测量电路可以替代于直流总线电压测量电路108使用。根据至少一个实施例，直流总线电压测量电路108可以通常实施为并不特定地限制于直流或交流电压测量的电压测量电路。

现在参考图2，示出了根据本发明的选定实施例的电动机系统200的框图，该电动机系统200具有控制系统元件101以用于通过速度估计基于BEMF观察提供无传感器转子锁定检测。如所描绘，电动机系统200包括电机控制电路101和电机102。电机控制电路101包括斜变块231、速度控制块232、正交电流(Q电流)控制扭转块233、场控制块234、直流(D电流)控制流量块235、逆派克(Park)变换块236、直流(DC)总线纹波消除块237、空间向量调制块238、交流到直流(AC到DC)电力转换块239、反相器块240、克拉克(Clarke)变换块241、派克变换块242和BEMF追踪观测器块271，以用于估计位置和速度。

在操作中，斜变块231在输入247处接收所请求的角速度信号ω_req，并且将输出248提供到调节块270。调节块270在追踪观测器块271的输出249处接收估计的角速度信号。调节块270从ω_req中减去以在输出250处提供角速度控制信号到速度控制块232。速度控制块232可以例如使用比例积分(PI)控制器实施。速度控制块232在输出251处提供输出信号到调节块245。调节块245在输出252处从派克变换块242接收信号。调节块245从输出251处的信号中减去输出252处的信号以在输出253处提供信号到Q电流控制扭转块233。Q电流控制扭转块233可以例如使用PI控制器实施。Q电流控制扭转块233在输出254处提供信号u_q到逆派克变换块236。在这种情况下，信号u_q表示用于转子相关正交坐标参考帧系统(d，q)的q坐标分量。

场控制块234在输出255处提供场控制信号到调节块246。调节块246在输出256处从派克变换块242接收电机电流向量信号i_d，其中i_d作为与转子流量d坐标共线的d坐标分量。调节块246从输出255处的场控制信号中减去输出256处的i_d信号并且在输出257处将信号提供到D电流控制流量块235。D电流控制流量块235可以例如使用PI控制器实施。D电流控制流量块235在输出258处提供信号u_d到逆派克变换块236。在这种情况下，信号u_d表示用于转子相关正交坐标参考帧系统(d，q)的d坐标分量。

逆派克变换块236在输出259处提供信号u_α到直流总线纹波消除块237并且到BEMF观测器块271，并且在输出260处提供信号u_β到直流总线纹波消除块237并且到BEMF观测器块271。在这种情况下，信号u_α、u_β表示用于定子相关正交坐标参考帧系统(α，β)的正交坐标分量。直流总线纹波消除块237从交流到直流电力转换块239的输出265接收信号U_dcbus。直流总线纹波消除块237在信号U_dcbus上提供纹波的补偿并且在输出261和262处提供信号到空间向量调制块238。空间向量调制块238在输出263处提供脉宽调制(pulse widthmodulation，PWM))驱动信号PWM_a、b、c到反相器块240。线路导体117提供线路电压到交流到直流电力转换块239。中性导体118提供中性电压到交流到直流电力转换块239。交流到直流电力转换块239在一个或多个输出265处提供直流电压到反相器块240，这些直流电压是使用跨越输出的直流总线电容器264滤波的。反相器块240根据PWM电机驱动信号PWM_a、b、c在导体112、113和114处提供电机驱动信号到电动机102。

来自电动机102的导体112、113和114提供信号(例如，i_a、i_b和i_c)到克拉克变换块241的输入。克拉克变换块241在输出266和267处提供信号i_α和i_β到派克变换块242并且到BEMF观测器块271。派克变换块242在输出269处从BEMF观测器块271接收sin，sin，是相对于定子相位的所估计的转子流量角的正弦和余弦。派克变换块242在输出256处提供d分量电机电流向量信号(例如，i_d)到调节块246并且在输出252处提供q分量电机电流向量信号(例如，i_q)到调节块245，其中电机电流向量的d坐标分量i_d与转子流量d坐标共线，并且其中电机电流向量的q坐标分量i_q与转子流量d坐标正交。BEMF观测器块271在输出249处提供估计的角速度信号到调节块270并且到位置和速度观测器块271。BEMF观测器块271还在输出269处提供sin，到逆派克变换块236并且到派克变换块242。另外，BEMF观测器块271在输出272处提供估计的BEMF信号值然而此值也可以由BEMF观测器块271使用以产生角度误差θ_error。

根据选定的实施例，电机102可以构造为不包括位置或旋转传感器。替代地，电机控制电路101包括无传感器锁定转子检测器280，该无传感器锁定转子检测器280依赖于BEMF观测器271以产生用于角速度信号的估计的量(其规定转子角速度)以及BEMF电压值和中的一个或多个。使用这些估计的量中的一个或多个，无传感器锁定转子检测器280可执行一个或多个算法以导出BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})和滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)以用于与估计的转子角速度值一起处理以如下文中更加完整的描述的检测锁定转子故障。

为了提供对本发明的选定实施例的改进的理解的额外细节，现在参考图3，图3描绘了根据本发明的选定实施例的用于提取估计的转子位置和速度信息的基于龙伯格(Luenberger)的BEMF d、q观测器系统300。BEMF观测器系统300包括电机电源电压向量变换块304、电机电流向量变换块314、第一比例积分(PI)控制器块307和第二比例集成(PI)控制器块325、电机参数模型块340、341，以及d和q轴电感参数块320、321，这些d和q轴电感参数块320、321连接为在通过估计的角度移位到定子帧α、β的虚拟旋转帧γ、δ中运行以产生估计的BEMF信号值和电源电压变换块304在输入301、302处接收定子电压向量的u_α、u_β分量连同估计的角度以执行派克变换。在这种情况下，信号u_α、u_β表示用于定子相关正交坐标参考帧系统(α，β)的正交坐标分量。在估计的角度的控制下，供应变换块304在输出305、306处产生变换的供应电压u_γ、u_δ以用于通过估计的角度从α、β帧移位的虚拟旋转帧γδ中的估计的转子电压向量。在这种情况下，信号u_γ、u_δ表示用于估计的转子相关正交坐标参考帧系统(γ，δ)的正交坐标分量。以类似的方式，电流变换块314在输入311、312处接收定子电流向量的i_α、i_β分量连同估计的角度以执行派克变换，由此在输出315、316处产生变换的电流i_γ、i_δ以用于通过估计的角度从α、β帧移位的虚拟旋转帧γδ中的估计的转子电流向量。

在输出305、306处将变换的供应电压u_γ、u_δ相应地提供到调节块309、327。调节块309还在表示估计的BEMF信号值的信号线308处接收来自PI控制器块307的信号。调节块309还在输出323处从d轴电感参数块320接收信号。调节块309从线306和308处的信号的总和中减去输出323处的信号以在输出310处提供信号到d轴电机参数模型块340。在模型块340处，输入信号310基于电机参数L_d(d轴电感)、s(拉普拉斯(Laplace)操作器)和R(定子电阻)施加到RL电机电路模型(1/((s x L_d)+R))，由此在信号线317处产生输出。除变换的电源电压u_δ之外，调节块327在信号线326处从PI控制器块325接收信号，该信号表示估计的BEMF信号值调节块327还在输出324处从q轴电感参数块321接收信号。调节块327从线305和326处的信号的总和中减去输出324处的信号以在输出328处提供信号到q轴电机参数模型块341。在模型块341处，输入信号328基于电机参数L_q(q轴电感)、s(拉普拉斯(Laplace)操作器)和R(定子电阻)施加到RL电机电路模型(1/((sx L_q)+R))，由此在信号线329处产生输出。在选定的实施例中，观测器拓扑结构(块：340、341、320、321、307、325；信号：305、306、308、310、319、315、316、317、328、329、331、323、324、322、326以及总和点：309、318、327、330)是基于利用电机的数学模型的电部分(块：340、341)的龙伯格类型的观测器的。在这种方法中，数学模型通过任何方便的离散化方法从连续时域变换到离散时域。输出信号308和326得到另外的处理以估计位置303、313和角速度322

在输出315、316处将变换的电流向量分量i_γ、i_δ相应地提供到调节块318、330。在调节块318处，从信号线315处的变换的电流向量分量i_γ中减去来自电机参数模型块340的输出信号317以在输出319处提供信号到PI控制器块307。按照类似方式，调节块330也从电机参数模型块341中接收输出信号329，该输出信号329是从线316处的信号中减去的以在输出331处将信号提供到PI控制器块325。

在输出315、316处还相应地提供了变换的电流向量分量i_γ、i_δ作为到q轴电感参数块321和d轴电感参数块320的交叉耦合的输入，q轴电感参数块321和d轴电感参数块320还在输入线322处接收估计的转子角速度值(rad/s)。在此配置中，d轴电感参数块320和q轴电感参数块321相应地提供输出信号323、324到调节块309、327。

如所描绘，基于龙伯格的BEMF观测器系统300使用(定子)电压和电流向量、所估计的位置信息和定子电感以及电阻以通过估计BEMF信号值和提取转子位置估计的误差这通过向电流观测器馈送实际施加的电机电压、交叉耦合的旋转项(其对应于电机显著性)以及补偿器校正输出的总和实现。观测器提供估计的BEMF信号值和作为干扰，因为返回EMF并未包括于观测器模型中。如将了解，估计的BEMF信号值和的精确性取决于电机参数(R、L_d、L_q)的正确性、参考定子电压的保真度以及补偿器的质量，例如，带宽、相位延滞等等。

为了提供本发明的选定的实施例的改进的理解的额外细节，现在参考图4，图4描绘了用于永磁体同步电机的空间向量图式400的转子相关坐标。α-β和d-q帧相应地表示静止(或定子)和转子参考帧。α轴对应于u相位的磁轴并且d轴与转子的N极的方向对齐。γ-δ帧是用于无传感器矢量控制中的估计的帧，该无传感器矢量控制使用具有表示估计的转子位置与实际转子位置θ之间的差异的角度误差θ_error的转子参考帧。当γ-δ参考帧与d-q帧(表示转子参考帧)对齐时，估计误差θ_error＝0，使得估计的BEMF信号值

使用由BEMF观测器系统300产生的估计的BEMF信号值和任何所希望的提取过程可用于获得电转子位置信号及其转子速度的估计。这些已知的方法可以包括使用估计的BEMF信号值和作为到反正切提取块的输入，该反正切提取块计算实际旋转参考帧与虚拟旋转参考帧之间的转子位置估计的误差以用于另外的处理以提取估计的电转子位置信号和估计的转子速度现在参考图5，示出了根据本发明的选定的实施例用于从估计的BEMF信号值和中产生转子位置估计的误差的提取块500的简化的框图。提取块500包括反正切三角功能块503，该反正切三角功能块503在输入501、502上接收估计的BEMF信号值和将观察到的是，通过用第一估计的BEMF电压值除以第二估计的BEMF电压值并且获取所得商的反正切，在信号线504处的所得输出可以在反相器电路505处反相以获得转子位置估计的误差

由于图5中所示的提取块500产生不含任何速度信息的未经滤波的转子角度的值，所以转子位置估计误差的额外处理用于产生转子位置和转子速度的估计。例如，图6示出根据本发明的选定的实施例的用于从计算的角度误差估计中产生估计的旋转角度和速度量度的角度追踪观测器600的简化的框图。角度追踪观测器600包括控制器块602，该控制器块602在信号输入601处接收转子位置估计的误差控制器块602可以例如使用PI控制器实施以在信号输出603处产生未经滤波的转子速度。通过应用未经滤波的转子速度输出603到低通滤波器604，添加一些平滑化能力以便在滤波器输出605处提取估计的转子速度角度追踪观测器600还包括积分块606，该积分块606在信号输出603处接收未经滤波的转子速度并且从其中产生估计的转子位置

如将从上文中了解，BEMF观测器系统300(图3中示出)实施d、q系统观测器，该d、q系统观测器在变换块304、314处通过估计的转子位置信号控制。然而，d、q系统观测器的功能原理可使用转子位置估计误差以控制变换块304、314以将转子电压向量u_d、u_q(在输入301、302处提供)和电流向量i_d、i_q(在输入311、312处提供)相应地变换成虚拟旋转帧γ、δ。如本文中所述，这可以在图2中所示的所描绘的BEMF观测器271处实现，方法是组合基于龙伯格的BEMF d、q观测器系统300(在图3中示出)、基于龙伯格的BEMF d、q观测器系统300、提取块500(在图5中示出)，以及角度追踪观测器600(在图6中示出)。在此类实施例中，如所描绘，具有速度估计系统271(或块300、500和600)的BEMF观测器使用电压和电流向量信息以及定子电感和电阻以通过估计BEMF信号值和提取转子位置和速度信息。这通过向电流观测器馈送实际施加的电机电压、交叉耦合的旋转项(其对应于电机显著性)以及补偿器校正输出的总和实现。观测器提供估计的BEMF信号值和作为干扰，因为返回EMF并未包括于观测器模型中。随后在系统500和600中处理值和以估计转子位置和转子速度如将了解，估计的BEMF信号值和的精确性取决于电机参数(R、L_d、L_q)的正确性、参考定子电压的保真度以及补偿器的质量，例如，带宽、相位延滞等等。从图2和图3中将了解返回EMF观测器300可以通过移除电压向量变换块且用块242替换电流变换块314来简化。在该情况下，块304和314未实施并且返回EMF观测器利用连接到u信号306的电压信号258、连接到u 305的信号254和连接到信号i 315的电流信号256以及连接到信号i的信号252。这是因为无传感器系统的所谓的d和q坐标是实际上估计的系统、坐标。此类简化的实施方案是用于本发明的替代方案中的一个，但是由于此类系统不太常见，所以本发明描述更加精密的系统。

如上文所指出，估计的BEMF信号值和以及转子角速度值可用于计算故障检测参数，故障检测参数包括BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})和滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)，以用于与估计的转子角速度值一起处理以在故障处置器处检测锁定转子状况。为了导出故障检测参数，首先注意到第一估计的BEMF电压值第一估计的BEMF电压值是作为BEMF观测器(例如，BEMF观测器271)的坐标分量输出产生的，与转子角速度ω成正比，使得其中c是系数。另外，应理解估计的BEMF电压值的幅值聚集成实际电机返回EMF电压e_q，与转子流量d坐标正交，使得最后，应理解返回EMF电压e_q近似取决于转子角速度ω和电机常数K_e(例如，e_q＝K_e·ω)。通过这种理解，BEMF信号的电压幅值可以因此是从估计的速度中估计的，使得其中系数项c_BemfCoef和c_BemfOffset是由实际电机上的测量结果限定的以相应地提供BEMF系数(c_BemfCoef)和BEMF偏移系数(c_BemfOffset)。在此等式中，包括第二项以考虑由反相器和其它系统偏移引起的一些偏移。另外，将理解项表示符号函数使得如果那么函数输出是+1，并且如果那么函数输出是-1。

使用BEMF信号的计算的电压幅值，可以使用多种计算相对于估计的BEMF信号值(由产生BEMF观测器)将第一故障检测参数计算为滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)。例如，第一选项是计算第一故障检测参数为滤波后的绝对差异，其中最简单的滤波器可以实施为具有传递函数的第一顺序滤波器：

其中T_f是由应用特定的动态行为限定的滤波器时间常数。如将了解，可以使用更加精密的滤波。

如将了解，存在用于计算滤波后的BEMF差值的其它选项。例如，第二选项是将第一故障检测参数计算为滤波后的差异， (例如，不计算差异的绝对值。另外，第三选项是将第一故障检测参数计算为滤波后的且平方的差异，第四选项是将第一故障检测参数计算为通过乘以非线性缩放函数(SCF)标准化的绝对差异的滤波后的乘积，第五选项是将第一故障检测参数计算为通过非线性缩放函数(SCF)倍增的差异的滤波后的乘积的平方，例如，滤波后的BEMF差值可以使用误差值的修改计算。非线性缩放函数的可能实施方案中的一个可以是如下的：

其中ω_Min是角速度限制，它可以是常数或变量。随后滤波后的误差相应地是或然而计算之后，滤波后的BEMF差值，BEMF_ErrorFilt，在来自BEMF观测器的估计的BEMF信号值与从估计的速度和电机常数中计算的项之间提供滤波后的返回EMF错误量度。

当导出滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)时，将了解在估计的BEMF信号的计算中存在不精确性，这是由于系数误差、观测器模型误差、电机参数变化、观测器动态误差等，这些会影响系数项c_BemfCoef、c_BemfOffset的精确性。为了考虑此类误差和变化，第二故障检测参数、BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})可以计算为取决于估计的转子角频率值的BEMF误差阈值。例如，BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})可以计算为BEMF误差阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于第一最小阈值BEMF值(C_{BEMFThresholdMin})的估计的转子角速度值的绝对值的乘积，使得

为了BEMF误差阈值的这种计算，系数CB_{emfThresholdMin}、C_{BemfThresholdCoef}可以通过在实际电机上获取测量结果而以实验方式设置。并且当作为估计的转子角速度值的函数计算时，BEMF误差阈值的大小关于估计的转子角速度值增大，由此允许估计的BEMF信号中的不精确。为了示出这种关系，现在参考图7，图7以图形方式描绘BEMF误差检测阈值信号701、校正估计δ分量输出信号702(表示在校正电机操作期间的转子旋转)、估计的BEMF信号703，以及估计的故障信号704(表示在阻断或锁定转子状况期间的转子旋转)。如所描绘，BEMF误差检测阈值701被计算为估计转子角频率的函数以从最小BEMF误差阈值(例如，c_{BemfThresholdMin})在大小上向上增大，并且通过虚线边界线705、706示出以示出BEMF_{ErrorThreshold}的值，这是因为abs(BEMF_ErrorFilt)是绝对值。关于实际电机返回EMF电压e_q放置，BEMF误差阈值可用于检测锁定转子故障。任选地，BEMF_{ErrorThreshold}可以简化为速度独立函数，c_{BemfThresholdCoef}＝0或也是如此。

在用于检测锁定转子故障的第一例子实施例中，如果滤波后的绝对差异BEMF_ErrorFilt的绝对值超过BEMF错误阈值那么指示故障，或者如果估计的转子角速度值的绝对值低于最小停止速度(例如，)，那么指示故障。换句话说，检测到故障的：

前提是(abs(BEMF_ErrorFilt)＞BEMF_{ErrorThreshold})

或者

在用于检测锁定转子故障的第二例子实施例中，如果滤波后的差异的绝对值超过BEMF误差阈值那么指示故障，或者如果估计的转子角速度值的绝对值低于最小停止速度(例如，)，那么指示故障。换句话说，检测到故障的：

前提是

或者

在用于检测锁定转子故障的第三例子实施例中，如果滤波后的且平方的差异的绝对值超过平方的BEMF误差阈值那么指示故障，或者如果估计的转子角速度值的绝对值低于最小停止速度(例如，那么指示故障。换句话说，检测到故障的：

前提是(BEMF_ErrorFilt＞BEMF_{ErrorThreshold} ²)

或者

为了提供本发明的选定实施例的改进的理解的额外细节，现在参考图8，图8描绘了根据本发明的选定实施例的锁定转子检测器800的简化的框图。锁定转子检测器800包括：返回EMF观测器块801，以用于产生估计的转子角速度值和第一估计的BEMF电压值第一计算块808，以用于计算第二估计的BEMF电压信号第二计算块809，以用于计算BEMF误差阈值；滤波器块814，以用于将滤波器应用到BEMF差值；以及故障处置器块817，以用于检测锁定转子状况。

返回EMF观测器块801可以通过返回电动势观测器802实施，该返回电动势观测器802产生第一估计的BEMF电压值作为信号线803或信号线804处的δ坐标分量。替代地，返回电动势观测器802可以在信号线804处在实际旋转参考帧与虚拟旋转参考帧之间产生估计误差θ_error。返回EMF观测器块801也可以通过角度追踪观测器805实施，该角度追踪观测器805接收第一估计的BEMF电压值或在信号线804上接收的估计误差θ_error，并且从其中产生在信号线输出806处的转子角速度的估计。在选定的实施例中，角度追踪观测器805确定输入功能性信号804的角速度和位置。估计的转子角速度806被提供到第一计算块808和第二计算块809。

在第一计算块808处，从电机常数和估计的速度中计算第二估计的BEMF电压信号以在输出810处产生第二估计的BEMF信号例如，第二估计的BEMF信号可以计算为估计的速度的函数，使得其中BEMF系数(c_BemfCoef)和BEMF偏移系数(c_BemfOffset)由实际电机提供的测量结果限定。

在第二计算块809处，BEMF误差阈值是从估计的速度和限定的物理限制中计算的以在输出811处产生BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})。例如，使用BEMF误差阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})以按实验方式表示电机的设置物理限制，BEMF误差阈值BEMF_{ErrorThreshold}可以计算为BEMF误差阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})和受制于第一最小阈值BEMF值(C_{BEMFThresholdMin})的估计的转子角速度值的绝对值的乘积，前提是计算的乘积变得低于第一最小阈值BEMF值。

在调节块807处，从第一估计的BEMF电压值中减去第二估计的BEMF信号以在信号输出812处产生差值。差值被直接或间接施加到滤波器块814。例如，差值可以通过标准化块813A处理，其中信号812幅值通过非线性缩放函数SCF倍增。SCF可以从信号806的输入速度绝对值和角速度限制ω_MinLimit.中计算。另外或在替代方案中，差值812可以通过幅值功能块813B处理，该幅值功能块计算来自提供在线812处(或来自块813A)的差值的绝对值。替代地，差值可以通过求功能块813C的平方值处理，该功能块813C计算提供在线812处(或来自块813A)的差值的平方。无论施加哪个处理，滤波器814处理结果以在信号输出线815处提供滤波后的返回EMF错误量度(BEMF_ErrorFilt)，该滤波后的返回EMF错误量度表示估计的BEMF电压值(来自BEMF观测器801)与第二估计的BEMF电压值(在计算块808处从估计的速度和电机常数中计算)之间的误差。

在故障处置器块817处，在信号输入线806处接收估计的速度连同滤波后的返回EMF错误量度(BEMF_ErrorFilt)815和BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})811。这些信号输入可以在故障处置器块817处作为中断服务例程处理以检测锁定或停止的转子状况，前提是滤波后的返回EMF错误量度的绝对值大于BEMF误差阈值，例如，(abs(BEMF_ErrorFilt)＞BEMF_{ErrorThreshold})，或者前提是估计的速度的绝对值小于最小停止速度(例如，)。

现转而参考图9，示出了根据本发明的选定实施例的用于通过无传感器场定向控制中断服务例程控制永磁体同步电机以检测锁定转子故障状况的方法的简化流程图顺序900。在步骤901处，当在预定基础上调用场定向控制中断服务例程时该方法开始以周期性地或以其它方式检查锁定转子状况。

在步骤902处，感测到电机电流测量结果或者获得电机电流测量并且将其变换为d、q坐标系。在选定的实施例中，使用克拉克变换过程将一个或多个测量的电机电流测量结果i_a、i_b和i_c变换为定子相关正交坐标参考帧系统(α，β)中的信号i_α和i_β，并且随后使用派克变换过程将信号i_α和i_β变换为转子相关正交坐标参考帧系统(d，q)中的信号i_d和i_q。

在步骤903处，返回EMF观测器将接收的信号信息处理为d、q系统观测器以从常规地限定的返回EMF值中产生转子位置和速度信息连同定子电阻R和d轴定子电感值L_d以及q轴定子电感值L_q。在选定的实施例中，返回EMF观测器被实施为基于龙伯格的BEMF观测器，该基于龙伯格的BEMF观测器在通过估计误差θ_error移位到旋转帧dq的虚拟旋转帧(γ，δ)中运行以产生估计的返回EMF信号和

在步骤904处，返回EMF观测器提取估计的转子位置和转子速度在选定的实施例中，转子位置和速度信息使用估计的返回EMF信号和与角度追踪观测器以产生角度误差θ_error，角度误差θ_error得到处理以产生未经滤波的转子速度，对该未经滤波的转子速度进行滤波或平滑化以提取估计的转子速度未经滤波的转子速度的额外处理(例如，通过积分块)用于产生估计的转子位置

在步骤905处，变换的信号i_d和i_q被相应地供应到d和q电流控制器。在选定的实施例中，i_d信号和场控制信号组合并且供应到D电流控制器，而i_q信号和速度控制信号组合并且供应到Q电流控制器，以相应地产生u_d和u_q电压信号作为转子电压向量的d和q坐标分量。

在步骤906处，u_d和u_q电压信号用于计算3相脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号和用于控制电动机的设置。在选定的实施例中，逆派克变换过程用于将u_d和u_q电压信号变换成电压信号u_α、u_β，电压信号u_α、u_β经过处理以应用到电动机，例如，通过将电压信号u_α、u_β提供到直流总线纹波消除块，该直流总线纹波消除块提供补偿信号到空间向量调制块，该空间向量调制块提供脉宽调制(pulse width modulation，PWM)电机驱动信号PWM_a、b、c到反相器块，该反相器块提供电机驱动信号到电动机。

在步骤907处，锁定转子故障检测参数是基于由BEMF观测器产生的估计的BEMF和速度量(例如，估计的转子角速度值和第一估计的BEMF电压值)计算的。例如，第二估计的BEMF电压值可以从规定的电机常数值(例如，c_BemfCoef，c_BemfOffset)以及估计的转子角速度值(例如，)中计算，且随后从第一估计的BEMF电压值中减去以产生滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)。另外，BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})可以计算为BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于第一最小阈值BEMF值(C_{BEMFThresholdMin})的估计的转子角速度值的绝对值的乘积。

在步骤908处，估计的转子速度和锁定转子故障检测参数经过处理以在满足两种状况中的任一种时检测故障状况。在选定的实施例中，当滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)超过BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})时出现第一状况。在其它实施例中，当滤波后的BEMF差值(BEMF_ErrorFilt)超过BEMF误差阈值(BEMF_{ErrorThreshold})的平方时出现第一状况。在选定的实施例中，当估计的转子角速度值的绝对值小于最小停止速度(例如，ω_StallMin)时出现第二状况。如果出现第一或第二状况中的任一个(检测步骤908的肯定结果)，那么可以在步骤909处设置锁定转子故障标志。通过锁定转子故障标志设置，应用程序可以进入故障状况操作以停止电机操作并且等待，产生误差指示，等待故障超时的到期等。另外或在替代方案中，锁定转子故障可以操纵为电机重新开始，其中微控制器重设系统和外围值(包括故障状态设置)，准备电机重新开始，且随后执行电机运行操作，该电机运行操作包括无传感器场定向的控制中断服务例程的周期性执行。然而，如果第一状况或第二状况都不出现(检测步骤908的否定结果)，那么不存在检测到的锁定转子故障，并且场定向的控制中断服务例程结束或返回(步骤910)。

现在应了解本文中提供一种用于在永磁体同步电机中检测转子锁定状况的方法和设备。在所公开的方法和设备中，BEMF观测器在估计的转子相关参考帧中确定估计的转子速度和第一估计的返回电动势(BEMF)电压值。例如，第一估计的BEMF电压值可以计算为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标。至少基于第一电机常数和估计的转子速度计算第二估计的BEMF电压值。例如，第二估计的BEMF电压值可以计算为虚拟旋转参考帧(d，q)中的q坐标。第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF值之间的差异是通过SCF函数任选地标准化的，另外通过绝对函数或平方函数中的任一个处理并且通过数字滤波器进行滤波以产生滤波后的BEMF误差BEMF_ErrorFilt。使用第一和第二估计的BEMF电压值，产生滤波后的BEMF误差值，例如通过对第一和第二估计的BEMF电压值之间的差异的绝对值进行滤波，或通过对第一和第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波，或通过对第一和第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波，或者通过对第一和第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波，该差异是通过SCF函数标准化的，或者通过对第一和第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波，该平方的差异是在通过两个计算的幂运算之前通过SCF函数标准化的。另外，BEMF误差阈值产生为受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的函数，例如，通过计算BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积。最后，至少BEMF误差滤波值和BEMF误差阈值用于检测是否存在转子锁定状况。在选定的实施例中，检测到转子锁定状况，方法是确定BEMF误差滤波值的绝对值是否超过BEMF误差阈值。在其它实施例中，转子锁定状况通过确定BEMF误差滤波值的绝对值是否超过BEMF误差阈值来检测。在另外其它实施例中，转子锁定状况通过求BEMF误差阈值的平方值来检测以产生平方的BEMF误差阈值并且确定BEMF误差滤波值是否超过平方的BEMF误差阈值。另外，检测转子锁定状况存在的步骤可以包括检测估计转子速度值的绝对值是否低于最小停止速度ω_StallMin。

在另一形式中，提供电动机控制器和相关联的操作方法。如所公开的，控制器包括返回电动势(BEMF)测量电路以用于在估计的转子相关参考帧(例如，虚拟旋转参考帧(γ，δ))中确定第一估计的返回电动势(BEMF)电压值(例如，)并且用于确定估计的转子速度控制器还包括耦合到返回EMF测量或估计电路的处理器以至少基于第一电机常数和估计的转子速度在转子相关的参考帧(例如，旋转参考帧(d，q))中计算故障检测参数，这些故障检测参数包括第二估计的返回电动势(BEMF)电压值(例如，)。处理器还基于第一估计的返回电动势(BEMF)电压值与第二估计的返回电动势(BEMF)电压值之间的差异计算BEMF误差滤波值。例如，BEMF误差滤波值可以通过第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的差异的绝对值进行滤波来计算，或通过对第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波来计算，或通过对第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波来计算，或者通过对第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值的差异的绝对值进行滤波来，该差异的绝对值是通过SCF函数标准化的，或者通过对第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波来计算，该平方的差异是在通过两个计算的幂运算之前通过SCF函数标准化的。处理器还计算BEMF误差阈值作为受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的函数。例如，BEMF误差阈值可以被计算为BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积。处理器耦合到电动机驱动器电路以用于提供驱动信号以用于控制到电动机的功率的输送，其中处理器被配置成至少基于BEMF误差滤波值和BEMF误差阈值检测转子锁定状况是否存在于电动机处。另外，处理器被配置成使得电动机驱动器电路在检测到转子锁定状况之后中断向电动机施加电力。

在又一形式中，提供一种用于在永磁体同步电机中检测锁定转子的操作的系统和方法。所公开的系统包括用于产生估计的转子速度和第一估计的BEMF电压值作为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标的装置。该系统还包括估计器块，该估计器块被耦合成从装置中接收估计的转子速度以用于计算第二估计的BEMF电压值，包括计算第二估计的BEMF电压值作为旋转参考帧(d，q)中的q坐标。在该系统中，阈值块被耦合成从装置中接收估计的转子速度以用于计算BEMF误差阈值信号作为BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积。另外，滤波后的返回EMF误差块耦合到装置和估计器块以用于接收第一估计的BEMF电压值和第二估计的BEMF电压值由此滤波后的返回EMF误差块输出指示第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的滤波后的比较的BEMF误差滤波信号。最后，该系统包括耦合到估计器块和阈值块的故障处置器以用于至少基于BEMF误差滤波信号和BEMF误差阈值信号检测转子锁定状况。

已经参考附图详细地描述本发明的各种说明性实施例。虽然在前述描述中阐述了各种细节，但是应了解可在没有这些具体细节的情况下实践本发明，并且可以对本文描述的本发明做出许多具体的实施决策以实现器件设计者的具体目标，例如与处理技术或相关设计限制的依从，这种限制随不同的实施而不同。虽然此类研发的工作可能是复杂且耗时的，然而它对于受益于本公开的本领域的普通技术人员来说不过是常规的任务日常工作。例如，参考简化的框图和流程图描绘选定的方面，这些框图和流程图示出无传感器锁定转子检测器方法和设备的设计和操作性的详情而不包括每个装置特征或方面以避免限制或混淆本发明。此类描述和表示由本领域的技术人员使用以将他们工作的主旨描述并传达给本领域的其他普通技术人员，并且省略的众所周知的细节不被认为是教导本领域技术人员如何实现或使用本发明所必须的。

虽然本文中所公开的描述的示例性实施例涉及一种检测锁定转子故障的方法和设备，其中锁定转子故障是通过比较在3相PMSM电机操作的情形下计算的BEMF误差阈值与估计的返回EMF信号(来自返回EMF观测器)和估计的BEMF电压值(从电机常数和估计的速度中计算的)之间的滤波后的差异检测到的，但是本发明并不必须限制于示出适用于多种电动机系统的本发明的发明性方面的例子实施例。因此，上述公开的特定实施例仅为说明性并且不应该视为对本发明的限制，因为本发明可以不同的但是等效的方式来修改和实施，这些方式对于得益于在此的教导的本领域技术人员来说是显而易见的。例如，本发明的方法可以使用除在本文中明确地阐述之外的其它坐标域中的估计的BEMF信号施加。此外，过程步骤可以以不同于所呈现的顺序的其它替代顺序来执行。此外，本领域的技术人员将认识到，上述操作的功能性之间的界限仅为说明性的。多个操作的功能可以组合成单一操作，或单一操作的功能可分布在另外的操作中。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个例子，且操作的次序可以在不同其它实施例中改变。相应地，前述描述并非意图将本发明限制于特定形式阐述，但是相反其意图覆盖如可以包括在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的此类替代方案、修改和等效物，使得本领域的技术人员应该理解在不背离本发明的精神和范围的情况下，它们可以其最广泛形式做出各种改变、替代和变化。

如本文中所公开，无传感器锁定转子检测器计算机产品、计算装置、系统、方法和设备可以包括或使用可在一个或多个中央处理单元或其它处理装置上执行的计算机程序代码以计算用于检测锁定转子故障状况中的锁定转子故障检测参数。因而，无传感器锁定转子检测器可以借助于存储在非暂时性计算机程序内的可执行程序代码实施。如本文所使用，表达非暂时性被理解为指代存储媒体本身的非短暂性本质而不是指代所存储的信息本身可以保持在存储状态中多久的概念。相应地，否则的话可以被视为例如易失性的(例如，许多电子可擦除的可编程只读存储器(electronically erasable programmableread-only memories，EPROM)或随机存取存储器(random-access memories，RAM))的存储器仍可在此处可被视作“非暂时性的”，而在传输中的信号运载器被视作“暂时性的”，尽管信号可以保持在传输状态中达冗长的时间周期)。在其它实施例中，无传感器锁定转子检测器可以通过微控制器、微处理器、高级RISC机(advanced RISC machine，ARM)处理器、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)和/或临时硬件(例如，专用硅解决方案)实施，其中无传感器锁定转子检测器算法有利地实施以用于更高效的处理和改进的计算性能。

已关于具体实施例在上文中描述了益处、其它优势和对问题的解决方案。然而，可产生任何益处、优点或解决方案发生，或者变得更显著的那些益处、优点、对问题的解决方案和任何元件，均不得理解为任何权利要求或所有权利要求的关键的、要求的、或者必需的特征或元件。如本文所使用，术语“包括”或其任何其它变化意图涵盖非排他性的包含物，使得包括一列元件的过程、方法、制品或设备不仅包括那些元件，而是可以包括并未明确地列出的或并非此类过程、方法、制品或设备固有的其它元件。另外，如本文所使用术语“耦合”并未意图限于直接耦合或机械耦合。此外，如本文中所使用，术语“一”被定义为一个或大于一个。另外，权利要求书中对例如“至少一个”和“一个或多个”介绍性短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”导入的另一权利要求要素将含有此引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制为仅含有一个此要素的发明，甚至是在同一权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和例如“一”或“一个”的不定冠词时。对于定冠词的使用也是如此。除非以其它方式陈述，否则例如“第一”和“第二”等术语用于任意地区分此类术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此类元件的时间或其它优先级排序。

Claims

1.一种用于在无传感器永磁体同步电机中检测转子锁定状况的方法，其特征在于，所述方法包括：

使用BEMF观测器在估计的转子相关参考帧中确定第一估计的返回电动势(BEMF)电压值；

至少基于第一电机常数和估计的转子速度在转子相关参考帧中计算第二估计的返回电动势(BEMF)电压值；

从所述第一估计的返回电动势(BEMF)电压值和第二估计的返回电动势(BEMF)电压值中产生BEMF误差滤波值；

产生BEMF误差阈值作为受制于最小阈值BEMF值的所述估计的转子速度的函数；以及

至少基于所述BEMF误差滤波值和所述BEMF误差阈值检测所述无传感器永磁体同步电机中的转子锁定状况。

2.一种电动机控制器，其特征在于，包括：

返回电动势(BEMF)测量电路，以用于在估计的转子相关参考帧中确定第一估计的返回电动势(BEMF)电压值并且用于确定估计的转子速度

处理器，其耦合到所述返回EMF测量电路以计算：

至少基于第一电机常数和估计的转子速度在转子相关参考帧中的第二估计的返回电动势(BEMF)电压值，

基于所述第一估计的返回电动势(BEMF)电压值和第二估计的返回电动势(BEMF)电压值之间的差异的BEMF误差滤波值，以及

BEMF误差阈值作为受制于最小阈值BEMF值的所述估计的转子速度的函数；以及

电动机驱动器电路，其耦合到所述处理器以用于提供驱动信号以用于控制将电力输送到电动机；

其中所述处理器被配置成至少基于所述BEMF误差滤波值和所述BEMF误差阈值检测转子锁定状况是否存在于所述电动机处。

3.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述处理器被配置成使得所述电动机驱动器电路在检测到转子锁定状况之后中断将电力施加到所述电动机。

4.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述BEMF测量电路被配置成通过计算第一估计的BEMF电压值为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标产生所述第一估计的BEMF电压值。

5.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述处理器被配置成通过计算第二估计的BEMF电压值为旋转参考帧(d，q)中的q坐标来计算所述第二估计的BEMF电压值。

6.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述处理器被配置成通过对所述第一估计的BEMF电压值和第二估计的BEMF电压值之间的差异的绝对值进行滤波计算所述BEMF误差滤波器值。

7.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述处理器被配置成通过对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的差异进行滤波计算所述BEMF误差滤波值。

8.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述处理器被配置成通过对所述第一估计的BEMF电压值与第二估计的BEMF电压值之间的平方的差异进行滤波计算所述BEMF误差滤波值。

9.根据权利要求2所述的电动机控制器，其特征在于，所述处理器被配置成通过计算BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于所述最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积计算所述BEMF误差阈值。

10.一种用于在无传感器永磁体同步电机中检测锁定转子的系统，其特征在于，所述系统包括：

装置，其用于产生估计的转子速度和第一估计的BEMF电压值作为虚拟旋转参考帧(γ，δ)中的δ坐标；

估计器块，其被耦合成从所述装置中接收所述估计的转子速度以用于计算第二估计的BEMF电压值，包括计算第二估计的BEMF电压值作为旋转参考帧(d，q)中的q坐标；

阈值块，其被耦合成从所述装置中接收所述估计的转子速度以用于计算BEMF误差阈值信号作为BEMF阈值系数(C_{BEMFThresholdCoef})与受制于最小阈值BEMF值的估计的转子速度的绝对值的乘积；

滤波后的返回EMF误差块，其耦合到所述装置和所述估计器块以用于接收所述第一估计的BEMF电压值和所述第二估计的BEMF电压值由此所述滤波后的返回EMF误差块输出指示所述第一估计的BEMF电压值与所述第二估计的BEMF电压值之间的滤波后的比较的BEMF误差滤波信号；以及

故障处置器，其耦合到所述估计器块和阈值块以用于至少基于所述BEMF误差滤波信号和所述BEMF误差阈值信号在所述无传感器永磁体同步电机处检测转子锁定状况。