集成电路和系统
阅读：0发布：2020-07-29
专利汇可以提供集成电路和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及一种集成 电路 和系统。永磁 电机 的新结构配置具有其上附接有两个或更多个的 永磁体 的 转子 ，以三个线圈(绕组)彼此之间布置为“Y”型拓扑结构缠绕的 定子 ，并且绕线定子的 中性点 以可以实质上实时地检测中性点处的 电压 的方式布线。检测到的中性点电压与提供给定子绕组的励磁 电流 的相关联矢量一起被分析以确定转子的速度。转子的确定的速度被用于矢量控制。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是集成电路和系统专利的具体信息内容。
1.一种集成电路，其特征在于，包括：
处理核心；
接口元件；
存储器，存储有可执行指令，当所述可执行指令被所述处理核心执行时，所述可执行指令配置所述处理核心以实施电机控制系统，所述电机控制系统包括：
电机驱动单元，被配置成使得驱动电路向永磁电机的定子绕组提供励磁电流，以驱动所述永磁电机的转子；
中性点电压接收单元，被配置成接收在所述定子绕组的所述中性点处检测到的中性点电压的数据；
30n度角确定单元，被配置成基于所接收到的所述中性点电压的所述数据和所述励磁电流的矢量，确定当所述转子到达第一30n度角时的第一时间点、以及当所述转子到达随后的第二30n度角时的第二时间点；
速度估计单元，被配置成基于所述第一时间点和所述第二时间点来估计所述转子的第一速度；以及
控制单元，被配置成基于所估计的所述第一速度来确定所述励磁电流。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述速度估计单元进一步被配置成基于所述第二时间点和当所述转子到达在所述第二30n度角之后的第三30n度角的第三时间点、并且基于所述第一速度，来估计所述转子的第二速度。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，进一步包括PLL单元，并且其中：
所述速度估计单元基于所述第三时间点与所述第二时间点之间的间隔来估计所述第二速度的初始值；
所述PLL单元通过将所述第二速度的所述初始值与所述第一速度进行比较来确定校准值；以及
所述速度估计单元基于所述第二速度的所述初始值与所述校准值来估计所述第二速度。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述30n度角确定单元被配置成：
将所述励磁电流的第一矢量、第二矢量和第三矢量标识为彼此异相120度的所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量；
标识与所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量相关联的所述中性点电压；以及将与所述励磁电流的所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量中的两个矢量相关联的所述中性点电压的波形的交叉点确定为30n度角。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于，确定与所述第一矢量和所述第二矢量相关联的所述中性点电压的波形的交叉点包括：
检测与所述第一矢量相关联的第一中性点电压值和随后第二中性点电压值；
检测与所述第二矢量相关联的第三中性点电压值和随后的第四中性点电压值；以及基于以下中的任一项来确定与所述第一矢量和所述第二矢量相关联的所述中性点电压的所述波形的所述交叉点：
所述第一中性点电压大于所述第三中性点电压，并且所述第二中性点电压小于所述第四中性点电压；或者
所述第一中性点电压小于所述第三中性点电压，并且所述第二中性点电压大于所述第四中性点电压。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，进一步包括初始位置确定单元，所述初始位置确定单元被配置成确定所述永磁电机的所述转子的初始位置，包括：
向所述定子的所述绕组提供校准电流，所述校准电流的大小小于用于驱动所述转子的阈值大小；
检测与所述校准电流相关联的中性点电压；
获得与所述校准电流的三个矢量相关联的所述中性点电压的正弦波形，所述三个矢量彼此异相120度；以及
基于所述正弦波形来确定所述转子的所述初始位置。
7.根据权利要求6所述的集成电路，其特征在于，确定所述转子的所述初始位置包括针对所述正弦波形执行克拉克变换。
8.一种系统，其特征在于，包括：
电机，包括定子和转子，所述定子包括中性点和多个绕组，并且所述转子包括被布置成两个磁极的至少两个永磁体；
驱动电路装置，被耦合到所述定子的所述多个绕组；
电压检测电路装置，被耦合到所述中性点；以及
控制器，被配置成：
控制所述驱动电路装置向所述多个绕组提供励磁电流以驱动所述转子；
从所述电压检测电路装置接收在所述中性点处检测到的中性点电压；
基于所接收的所述中性点电压和与所述励磁电流的相关联矢量，确定当所述转子到达第一30n度角时的第一时间点、以及当所述转子到达随后的第二30n度角时的第二时间点；
基于所述第一时间点和所述第二时间点来估计所述转子的第一速度；以及基于所估计的所述第一速度来确定所述励磁电流。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述驱动电路装置包括三相逆变器电路。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述电压检测电路装置包括电耦合到所述中性点的分压器电路。
集成电路和系统
技术领域
[0001] 本公开涉及驱动一种永磁电机。
背景技术
[0002] 永磁同步电机(PMSM)是一种AC同步电机，它的场励磁是由永磁体而不是转子中的绕组提供。PMSM具有转子上的永磁转子组件和绕线定子。PMSM的驱动器电路通常使用场取向控制(或矢量控制) 方法来控制，使得六个矢量的三相AC电流被提供给定子的绕组以驱动转子。已经产生确定关于定子线圈的转子取向/位置的解决方案。一些解决方案使用传感器，例如霍尔效应传感器、可变磁阻(VR)轮速传感器或转动编码器来测量转子的角位置。某些其他解决方案通过测量未驱动线圈中的反电动势来估计转子角位置。确定的转子位置被馈送到控制器中，用于控制到定子的励磁电流的频率和振幅以维持具有磁体组件的转子的转动。
[0003] 基于传感器的解决方案在某些应用中不能令人满意地工作。例如，在需要高可靠性的应用中，例如电动自行车电机的缺点是霍尔效应传感器的高故障比率。例如，霍尔效应传感器易受高潮湿环境的损害。此外附加的传感器带来成本升高。
[0004] 传统的无传感器解决方案也具有一些弊端。由于反电动势在停止时为零，并且与转子速度成比例，所以测量的端子电压在低速时不能检测过零点。对于这样的低速情形，即转子静止或者处于非常低的速度，例如小于60rpm，已经采用了一些来检测随转子位置变化的电感，这一般被称为高频波形注入(HFI)解决方案。但是，HFI解决方案在低转子速度下不能检测到转动方向的改变。实用新型内容
[0006] 根据本实用新型的第一方面，提供一种集成电路，包括：处理核心、接口元件以及存储器，该存储器存储有指令，当所述可执行指令被所述处理核心执行时，所述可执行指令配置所述处理核心以实施电机控制系统，所述电机控制系统包括：电机驱动单元，被配置成使得驱动电路向永磁电机的定子绕组提供励磁电流，以驱动所述永磁电机的转子；中性点电压接收单元，被配置成接收在所述定子绕组的所述中性点处检测到的中性点电压的数据；30n度角确定单元，被配置成基于所接收到的所述中性点电压的所述数据和所述励磁电流的矢量，确定当所述转子到达第一30n度角时的第一时间点、以及当所述转子到达随后的第二30n度角时的第二时间点；速度估计单元，被配置成基于所述第一时间点和所述第二时间点来估计所述转子的第一速度；以及控制单元，被配置成基于所估计的所述第一速度来确定所述励磁电流。
[0007] 根据一些实施例，所述速度估计单元进一步被配置成基于所述第二时间点和当所述转子到达在所述第二30n度角之后的第三30n度角的第三时间点、并且基于所述第一速度，来估计所述转子的第二速度。
[0008] 根据一些实施例，还包括PLL单元，并且其中：所述速度估计单元基于所述第三时间点与所述第二时间点之间的间隔来估计所述第二速度的初始值；所述PLL单元通过将所述第二速度的所述初始值与所述第一速度进行比较来确定所述校准值；以及所述速度估计单元基于所述第二速度的所述初始值与所述校准值来估计所述第二速度。
[0009] 根据一些实施例，所述30n度角确定单元被配置成：将所述励磁电流的第一矢量、第二矢量和第三矢量标识为彼此异相120度的所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量；标识与所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量相关联的所述中性点电压；以及将与所述励磁电流的所述第一矢量、所述第二矢量和所述第三矢量中的两个矢量相关联的所述中性点电压的波形的交叉点确定为30n度角。
[0010] 根据一些实施例，其中确定与所述第一矢量和所述第二矢量相关联的所述中性点电压的波形的交叉点包括：检测与所述第一矢量相关联的第一中性点电压值和随后第二中性点电压值；检测与所述第二矢量相关联的第三中性点电压值和随后的第四中性点电压值；以及基于以下中的任一项来确定与所述第一矢量和所述第二矢量相关联的所述中性点电压的所述波形的所述交叉点：所述第一中性点电压大于所述第三中性点电压，并且所述第二中性点电压小于所述第四中性点电压；或者所述第一中性点电压小于所述第三中性点电压，并且所述第二中性点电压大于所述第四中性点电压。
[0011] 根据一些实施例，还包括初始位置确定单元，所述初始位置确定单元被配置成确定所述永磁电机的所述转子的初始位置，包括：向所述定子的所述绕组提供校准电流，所述校准电流的大小小于用于驱动所述转子的阈值大小；检测与所述校准电流相关联的中性点电压；获得与所述校准电流的三个矢量相关联的所述中性点电压的正弦波形，所述三个矢量彼此异相120度；以及基于所述正弦波形来确定所述转子的所述初始位置。
[0012] 根据一些实施例，确定所述转子的所述初始位置包括针对所述正弦波形执行克拉克变换。
[0013] 根据本实用新型的第二方面，提供一种系统，包括：电机，包括定子和转子，所述定子包括中性点和多个绕组，并且所述转子包括被布置成两个磁极的至少两个永磁体；驱动电路装置，被耦合到所述定子的所述多个绕组；电压检测电路装置，被耦合到所述中性点；以及控制器，被配置成：控制所述驱动电路装置向所述多个绕组提供励磁电流以驱动所述转子；从所述电压检测电路装置接收在所述中性点处检测到的中性点电压；基于所接收的所述中性点电压和与所述励磁电流的相关联矢量，确定当所述转子到达第一30n度角时的第一时间点、以及当所述转子到达随后的第二30n度角时的第二时间点；基于所述第一时间点和所述第二时间点来估计所述转子的第一速度；以及基于所估计的所述第一速度来确定所述励磁电流。
[0014] 根据一些实施例，所述驱动电路装置包括三相逆变器电路。
[0015] 根据一些实施例，所述电压检测电路装置包括电耦合到所述中性点的分压器电路。
[0017] 在附图中，除非上下文另外指示，否则相同的附图标记表示类似的元件或动作。附图中的元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。
[0018] 图1示出了示例永磁电机系统的实例；
[0019] 图2示出了永磁电机的控制器的实例；
[0020] 图3示出了控制永磁电机的矢量的操作中的步骤的实例；
[0021] 图4示出了确定转子的初始位置的操作中的步骤的实例；
[0022] 图5示出了励磁电流矢量与中性点电压之间的关系表；
[0023] 图6示出了示例性中性点电压波形；
[0024] 图7A示出了具有彼此120度异相的三个正弦曲线状中性点电压波形；
[0025] 图7B示出了图7A的中性点电压波形的克拉克变换的结果；
[0026] 图8A示出了在第一方向上转动的转子的中性点电压波形的交叉点；
[0027] 图8B示出了在第二方向上转动的转子的中性点电压波形的交叉点；
[0028] 图9示出了确定交叉点的过程的实例；
[0029] 图10示出了确定转子速度的过程的实例。
具体实施方式
[0030] 在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对本公开的各种示例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他实例中，没有详细描述与电子组件和制造技术相关联的公知结构以避免不必要地模糊本公开的示例的描述。附图不一定按比例绘制，并且一些特征被放大以提供特定特征的更清楚的视图。
[0031] 除非上下文另有要求，否则整个说明书和权利要求中，词语“包括(comprise)”及其变形(诸如“comprises”和“comprising”应按开放的包括性意义来解释，即“包括但不限于”。
[0032] 诸如第一、第二和第三的序数的使用未必暗示着次序的排名意义，而是可能仅仅区分行为或结构的多个实例。
[0033] 在整个说明书中对“一个示例”或“示例”的指定意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”或“在一示例中”并不一定都指的是相同的示例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何适合的方式在一个或多个示例中组合。
[0034] 如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非内容另有明确地规定，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代。还应注意的是，术语“或”一般地以包括“和/或”的意义采用，除非内容另有明确规定。
[0035] 本公开一般地涉及一种永磁电机控制方法和系统。永磁电机可以是永磁同步电机(PMSM)或永磁无刷DC电机(BLDC)，或包括转子的其他电机，转子具有与之耦合中或嵌入其中的永磁体以及接收AC励磁电流的缠绕的定子。除了其他结构上的差异之外，PMSM电机的反电动势通常是正弦波形或类正弦波形，并且BLDC电机的反电动势通常是梯形波形。在本文的描述中，使用PMSM电机作为永磁电机的说明性示例以描述这些技术。应理解的是，与PMSM示例相关联的描述可以类似地施加到其他类型的包括BLDC电机的永磁电机，而不需要进一步的创新性修改，这些都包括在本公开中。
[0036] 图1中示出了控制PMSM电机110的说明性示例系统100。PMSM 电机110包括转子112，其包括具有“S”和“N”极的嵌入其上的两个或更多个永磁体114。定子116包括呈以120°角彼此间隔开的“Y”型拓扑布置的三个绕组/绕组118和三个绕组118的中性点120。驱动电路 130向定子116的绕组118提供励磁电流。点120耦合到电压检测电路140，为了说明的目的示出为分压器，使得中性点120处的电压(本文被称为“中性点电压”)由电压检测电路140检测。检测到的中性点电压通过电或通信耦合链路142馈送到控制器150中。控制器150还接收驱动电路130通过电或通信耦合链路160提供给绕组118的励磁电流的信息。驱动电路130包括三相逆变器电路132。
[0037] 永磁体114刚性地固定到转子112的转动轴线。转子磁通量是恒定的并且具有恒定的大小。当提供励磁电流时，定子116的绕组118 生成转动电磁场。定子116的转动电磁通量与转子112的恒定电磁通量之间的相互作用生成转矩，当转矩112具有足够大的大小时，转矩驱动转子112转动。
[0038] 通常，控制器150控制励磁电流以控制定子116的转动磁场。具体而言，控制器150控制驱动电路130以向绕组118提供适合的励磁电流，使得转动转子112的磁场与定子116的转动磁场相对恒定，例如90度。转动转子112的磁场与定子116的转动磁场之间的角度在本文被称为转子112的“电角度”。因此，控制器150控制定子116的转动磁场的转动频率以与转子112的转动速度同步。
[0039] 转子112可以包括两个极，“S”、“N”或者多于两个极，例如具有齿状磁体布置。在本公开中，使用包括两个极的转子112作为说明性示例。应该认识到，本公开包括并且容易地施加到包括四个以上极的转子112的情境。
[0040] 现在参照图2，控制器150可以包括一个或多个处理器210(例如，处理核心)，包括一个或多个模数转换器(ADC)222的接口单元220以及其中包含电机控制系统232的存储单元230。电机控制系统232可以包括初始位置确定单元234、电机驱动单元236、中性点电压接收单元238、30n度角估计单元240、转子速度估计单元242、PLL单元244和矢量控制单元246。电机控制系统232可以作为软件、嵌入式固件、FBGA、可编程逻辑、它们的组合或其他适合的存储形式来存储在一个或多个存储介质中。
[0041] 参照图3，示出了示例的矢量控制过程300。在示例的操作310 中，初始位置确定单元234确定转子112的初始位置。如将被理解的，转子112的位置相对于定子116，并且被表示为转子112相对于定子 116的物理角度。转子112的初始位置指的是当转子112处于静止状态(即不转动)时转子112的位置。可以使用任何方法来确定转子112 的初始位置，这些全部包括在本公开中。图4示出了基于中性点电压确定转子112的初始位置的示例过程。
[0042] 参照图4，在示例的操作410中，校准电流被提供给绕组118。校准电流可以具有100Hz的频率并且可以持续0.5到1秒，在该时间内遍历多个循环中的绕组118的全部六个矢量。校准电流的大小小于阈值大小以驱动转子112。即在校准电流下，转子112保持静止。当转子112保持静止时，对应于校准电流的矢量的中性点电压的波形是正弦曲线或类似于正弦曲线。
[0043] 确定中性点电压的波形与转子112的初始位置有关。图5提供了与校准电流的六个矢量(被称为v1n、v2n、v3n、v4n、v5n、v6n)中的每一个对应的中性点电压值的表格。在图4中，Vbus是校准电流的电压，并且ZA、ZB、ZC是定子绕组118的线圈A、B、C的电感，其与转子 112的初始位置有关。
[0044] 在示例的操作420中，向绕组138提供校准电流，由电压检测电路140检测中性点电压，然后通过控制器150的接口单元220将该中性点电压馈送到中性点电压接收单元238。
[0045] 在示例的操作430中，初始位置确定单元234将检测到的中性点电压与校准电流的相应矢量关联，并且重构对应于校准电流的三个矢量的中性点电压的波形。三个矢量彼此异相120度。
[0046] 图6示出了对应于示例的校准电流的六个矢量的中性点电压V1n、 V2n、V3n、V4n、V5n、V6n的示例的重构波形。如图6中所示，波形是类正弦曲线的。波形V1n、V3n、V5n彼此异相120度，而波形V2n、V4n、V6n彼此异相120度。
[0047] 在示例的操作440中，对彼此异相120度的三个中性点电压波形 (即，V1n、V3n、V5n的簇或者V2n、V4n、V6n的簇)进行克拉克变换(Clark transformation)。
[0048] 图7A示出了彼此异相120度的中性点电压V1n、V3n、V5n的波形。图7B示出了根据克拉克变换获得的示例性alpha和beta波形V2alpha和V2beta。
[0050]
[0051] 其中θd是转子位置，即转子112相对于定子116的物理角度。
[0052] 应理解的是，转子112的初始位置可以使用其他方法来确定，这些方法也被包括在本公开中。
[0053] 返回参照图3，在示例的操作320中，基于转子112的初始位置，电机驱动单元360使得驱动电路130能够向绕组118提供励磁电流，以驱动转子112。例如，电机驱动单元360可以使用转子112的初始位置信息来生成到驱动电路130的三相逆变器电路132的矢量控制信号，以生成到绕组118的励磁电流。
[0054] 将理解的是，转子112的转动磁场与定子116的转动磁场之间的电角度必须连续并且动态地控制，以产生最大的转矩并实现高的机电转换效率。为此，控制器150基于在中性点120处检测到的中性点电压来估计转子112的转动速度，在本文中被称为“速度”，并且基于估计的转子速度来进行到绕组118的励磁电流的矢量控制。在转子112 转动的过程中将进一步调整转子112的估计转动速度。
[0055] 在示例的操作330中，电压检测电路140随着转子112转动来检测中性点120处的中性点电压。通过接口单元220，中性点电压接收单元238接收检测到的中性点电压。接收到的中性点电压信息与由驱动电路130提供的励磁电流的对应的矢量信息相关联。矢量信息可以直接从控制器150取回、或可以从驱动电路130接收、或从前述二者的组合来得到。应注意的是，基于具有特定矢量(即“相关联矢量”) 的励磁电流生成中性点电压。
[0056] 在示例的操作340中，30n度角估计单元240确定当转子112到达30n度角时的时间点。例如，30n度角估计单元240确定当转子112 到达30n度角时的每个时间点。30n度角是转子112的物理角度，并且具有n倍30度的值，其中n是整数，并且可以是正、负或零。如通常认识到，转子112的负角指示转子112沿顺时针方向转动，并且正角指示转子112沿逆时针方向转动。
[0057] 如所理解的，转子112可以在其操作期间改变转动方向。例如，当转子112沿逆时针方向转动时，它可以从30度角(30n度角)到达 60度角(30n度角)。如果转子112然后改变转动方向并且以顺时针方向转动，则它可以从60度角(-300度)到达30度角(-330度)。
[0058] 根据一个实施例，当确定由转子112到达30n度角的时间点时， 30n度角估计单元240不考虑转子112的转动方向。存在如本文所讨论确定的转动方向的独立操作。
[0059] 根据一个实施例，中性点电压被检测并且被用于确定由转子112 到达30n度的角。通过本公开应注意，转子112到达30n度角与异相的彼此交叉120度的两个中性点电压波形相一致。应注意，每个中性点电压波形对应于提供给绕组118的励磁电流的矢量。通过本公开还应注意的是，当转子112被激励以转动并且在负载下运作时，中性点电压的波形一般地不是正弦曲线。如此，如果基于假定的正弦波形来确定两个中性点电压波形之间的交叉点，则精度不是令人满意的。
[0060] 图8A和8B示出了中性点电压波形V1n、V3n和V5n之间的交叉点。如图8A中所示，例如，交叉点810、820和830对应于30n度角的-150 度、-120度和-90度。
[0061] 图9示出了确定两个中性点电压波形之间的交叉点的示例过程900。参照图9，在示例操作910中，标识励磁电流的第一矢量、第二矢量和第三矢量，这些矢量彼此异相120度。在本文的描述中，为了说明的目的，假设选择了向量V1、V3和V5(图3)。可以理解，矢量 V1、V3和V5彼此异相120度。
[0062] 在示例操作920中，检测与所选矢量相关联的中性点电压。例如， V1n、V3n和V5n与向量V1、V3和V5相关联，并且，V1n、V3n和V5n通过电压检测电路140检测、并且由中性点电压接收单元238接收。
[0063] 在示例的操作930中，在与矢量V1、V3和V5相关联的每个中性点电压波形(不需要的实际波形)V1n、V3n和V5n中标识两个前后紧邻的电压值(“连续对”)。也就是说，标识与矢量V1相关联的V1n中的第一中性点电压值和之后的第二中性点电压值、与矢量V3相关联的V3n中的第三中性点电压值和之后的第四中性点电压值、以及与矢量V5相关联的V5n中的第五中性点电压值和之后的第六中性点电压值。这些中性点电压值的连续对在矢量转动的周期内，即在励磁电流的六个矢量内。
[0064] 然后，每个矢量中的中性点电压值的连续对以顺序的次序逐一地与另一个矢量中的性点电压值进行比较，以确定交叉点。
[0065] 如说明性示例示出的矢量V1、V3，在示例操作930中，将第一中性点电压值V1n与第三中性点电压值V3n进行比较，并且将第二中性点电压值V1n与第三中性点电压值V3n进行比较。在示例操作940中，如果第一中性点电压值V1n大于第三中性点电压值V3n，并且如果继而在950中，第二中性点电压值V1n小于第四中性点电压值V3n，则确定交叉点发生。类似地，在940中，如果第一中性点电压值V1n小于第三中性点电压值V3n，并且在示例操作960中，第二中性点电压值V1n大于第四中性点电压值V3n，则确定交叉点发生。
[0066] 根据这种方法确定的交叉点，交叉点的时间点也可以基于相关的顺序中性点电压的时间点来估计。例如，如果确定交叉点发生在在中性点电压波形V1n与中性点电压波形V3n之间，则可以基于第一中性点电压值和第二中性点电压值V1n的连续对的时间点、第三中性点电压值和第四中性点电压值V3n的连续对的时间点、或它们组合来估计交叉点的时间点。应注意的是，交叉点指示由转子112到达30n度的角。
[0067] 在这一过程之后，30n度角估计单元240确定由转子112到达的每个30n度角的时间点。
[0068] 返回参照图3，在示例操作350中，转子速度估计单元242基于转子112到达第一30n度角的第一时间点、以及转子112到达第二下一个30n度角的第二时间点，来估计转子112的第一速度。例如，假定恒定的转动速度的情况下，转子速度可以被确定为：
[0069]
[0070] 其中，ω指示恒定的或平均的角速度，dθ指示转子角度的改变，这里是30度，并且dt指示第一时间点与第二时间点之间的时间间隔。应意识到，算法(2)仅被提供用于说明的目的，而不是限制性的。转子112到达第一30n度角和下一第二30n度角的第一时间点和第二时间点也可以用于确定在时间间隔期间转子112的加速度，该时间间隔也是转子112的第一速度的一部分。
[0071] 在示例操作360中，矢量控制单元246使用传统的矢量控制方法，基于估计的转子速度来控制到绕组118的励磁电流。例如，控制励磁电流包括基于估计的速度来估计转子112的动态位置。速度可以包括恒定的速度、并且可以包括转子112的加速/减速率。在确定转子112 的动态位置的情况下，可以相应地确定励磁电流的矢量，如在传统的矢量控制解决方案中所理解的。
[0072] 至于速度估计的详细实施方式，转子速度估计单元242可以进一步基于历史速度估计上的交叉检查操作(通过PLL单元244)来调整所确定的转子速度。如所理解的，在上文算法(2)确定的转子速度是可回溯的，为了描述的目的在本文中被称为“回溯速度估计”。也就是说，当算法(2)被用于计算速度时，转子112已经经过了第一30n 度角和第二30n度角两者。当驱动转子112从第一30n度角转动到第二30n度角时，已经估计出速度并且将速度用于矢量控制目的，如将理解的是，为了描述的目的，本文将这称为“预期速度估计”。可以通过PLL单元244比较回溯速度估计和预期速度估计，以确定反映预期速度估计的精确度的校准值。校准值可以用于校准或微调当前回溯速度估计，使得获得用于矢量控制目的的新的预期速度估计。
[0073] 图10示出了速度估计校准的示例操作。在示例操作1010中，当转子112到达第一30n度角时确定第一时间点。
[0074] 在示例操作1020中，当转子112到达第二30n度角时确定第二时间点。
[0075] 在示例操作1030中，基于第一时间点和第二时间点来估计第一速度。第一速度的估计可以包括校准操作，为了简化的目的，本文没有详细描述。
[0076] 在示例操作1040中，第一速度被用作预期速度，以控制提供给绕组118以驱动转子112的励磁电流的向量。
[0077] 在示例操作1050中，在基于第一速度的矢量控制下，当转子112 到达第三30n度角时确定第三时间点。
[0078] 在示例操作1060中，例如使用算法(2)，基于第三时间点与第二时间点之间的时间间隔来估计第二速度的初始值。
[0079] 在示例操作1070中，通过将第二速度的初始值与第一速度进行比较、或者将第三时间点与比较时间点进行比较中的至少一个来确定校准值。比较时间点是当转子112在第一速度(预期速度估计)下假设到达第三30n度角的时间点。
[0080] 在示例操作1080中，基于第二速度的初始值和校准值来估计转子112的第二速度。例如，第二速度可以使用以下算法来确定：
[0081]
[0082] 其中，ω2是第二速度，ω1是第一速度，并且ω2p是第二速度的初始值。
[0083] 对于另外的实例，比例-积分-微分(PID)控制可以在确定第二速度中而被使用。特别地，例如，可以使用如下算法来确定该第二速度：
[0084] ω2＝ω2p+(θ30N-θN)*PLL_Gain (4)，
[0085] 其中，ω2是第二速度，ω2p是第二速度的初始值，θ30N是30n度角，θN是基于该第一速度ω1和用于从先前的30n度角达到当前的30n度角的时间间隔Ts，并且其中
[0086] 可以使用下式来确定PLL_Gain：
[0087] PLL_Gain＝KP+KI/s (5)，
[0088] 并且
[0089] KI＝KP2/(阻尼因数)2*Ts (6)，其中KP为PLL的带宽，PLL带宽以及阻尼因数在特定PLL设计下为恒定值。
[0090] 在又一另外的实例中，可以使用如下算法来确定该第二速度：
[0091] ω2＝ω2p+PLL_Output (7)，
[0092] 并且
[0093]
[0094] 应理解的是，上文示例算法(3)中的第一速度可以在其他方法下确定，并且全部包括在本公开中。例如，第一速度可以基于转子112 的初始位置来确定。
[0095] 进一步，本公开还包括基于与30n度角相关联的励磁电流的矢量来确定转子112的转动方向。具体而言，每个交叉点包含两个矢量(即，与两个矢量相关联的交叉中性点电压波形)，并且可以使用一系列交叉点以确定转子112的转动方向。参照图8A，示出了转子112沿第一方向(例如逆时针方向)转动的示例中性点电压波形。对于波形 V1n、V3n、V5n，交叉点810(V1n、V3n)、820(V3n、V5n)、830(V1n、 V5n)遵循某个固定的顺序次序。如图8B中所示，当转子
112沿第二方向(例如顺时针方向)转动时，交叉点的顺序次序是不同。这里在图8B中，示出为示例，交叉点840(V3n、V5n)、850(V1n、V3n)、860 (V1n、V5n)。因此，如果转子112沿着逆时针方向并且已经检测到交叉点810(V1n、V3n)、820(V3n、V5n)，并且然后再次检测到的交叉点 (V1n、V3n)，则可以确定转子112的转动方向已经改变到另一方向，例如顺时针。
112沿第二方向(例如顺时针方向)转动时，交叉点的顺序次序是不同。这里在图8B中，示出为示例，交叉点840(V3n、V5n)、850(V1n、V3n)、860 (V1n、V5n)。因此，如果转子112沿着逆时针方向并且已经检测到交叉点810(V1n、V3n)、820(V3n、V5n)，并且然后再次检测到的交叉点 (V1n、V3n)，则可以确定转子112的转动方向已经改变到另一方向，例如顺时针。
[0096] 如本文所描述，处理器或处理核心包括中央处理单元(CPU)、微处理器、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及其他可编程逻辑、状态机等等。因此，如本文所描述的处理器包括控制至少一个操作的任何设备、系统或它的部件，并且这样的设备可以以硬件、固件或软件或至少两个相同的某些组合来实施。与任何特定处理器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地还是远程。处理器可以可交换地指代被配置成执行编程的软件指令的任何类型的电子控制电路。编程的指令可以是高级软件指令、编译软件指令、汇编语言软件指令、对象代码、二进制代码、微代码或诸如此类。编程的指令可以驻留在内部或外部存储器中，或者可以被硬编码为状态机或一组控制信号。根据本文引用的方法和设备，一个或多个实施例描述了可由处理器执行的软件，软件在执行时实行一个或多个方法动作。
[0097] 如本领域技术人员已知，存储器可以包括用于读取和写入的易失性和非易失性计算机可读介质的任何组合。易失性计算机可读介质包括例如随机存取存储器(RAM)。非易失性计算机可读介质例如包括只读存储器(ROM)、诸如硬盘的磁介质、光盘驱动器、闪存设备、 CD-ROM以及诸如此类中的任何一个或多个。在一些情况下，特定的存储器被虚拟地或物理地分离成单独的区域，诸如第一存储器、第二存储器、第三存储器等。在这些情况下，应该理解，存储器的不同分区可以在不同的设备或实施在单个存储器中。
[0098] 在本公开中，存储器可以以一种配置或另一种配置来使用。存储器可以被配置成存储数据。备选地或附加地，存储器可以是非暂时性计算机可读介质(CRM)，其中CRM被配置成存储可由处理器执行的指令。这些指令可以单独地存储或作为指令组存储在文件中。这些文件可以包括功能、服务、库以及诸如此类。这些文件可以包括一个或多个计算机程序，或者可以是较大计算机程序的一部分。备选地或附加地，每个文件可以包括用于实行本公开中描述的系统、方法和装置的计算功能的数据或其他计算支持材料。
[0099] 上文所描述的各种示例可以被组合以提供进一步的示例。本说明书中提及的和/或申请数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开均通过引用整体并入本文。如果有必要，可以修改示例的方面以采用各种专利、申请和公开的概念来提供另外的示例。
[0100] 可以按照上文详细描述对示例做出这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应解释为将权利要求限制在说明书和权利要求中公开的具体示例，而是应当解释为包括所有可能的示例以及这样的权利要求被授予的等效含义的完全范围。因而，权利要求不受本公开的限制。
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