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用于永磁电机的无 传感器丢失/找到的 转子检测

阅读：676发布：2024-01-01

专利汇可以提供用于永磁电机的无传感器丢失/找到的转子检测专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了使用通量估值来检测找到的转子、丢失的转子、锁定的转子和在电力中断（power disruption）后抓住（catch）的转子的各种方法。还公开了适于执行这些方法中的一个或多个的永磁电机控制器和组件。，下面是用于永磁电机的无传感器丢失/找到的转子检测专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种控制永磁电机的方法，所述方法包括：
估计电机的通量；
确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量；以及
响应于确定所估计的通量已基本收敛到实际通量，使用所估计的通量来控制电机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行确定包括：使用所估计的通量来估计参考系中其他电机操作参数的值，以及将对所述电机操作参数的估计值与所述参考系中所述电机操作参数的所测量的值进行比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，进行比较包括：根据所述电机操作参数的所估计的和所测量的值来产生误差信号，以及处理误差信号以确定所估计的通量是否已基本收敛到实际通量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电机操作参数是电流流量。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，进行估计包括使用误差信号来改进电机通量的下一次估计值。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，进行处理包括产生针对误差信号的统计信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，统计信息包括平均值、方差和/或标准偏差。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，进行处理包括利用数字滤波器来处理误差信号以产生统计信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，进行处理包括根据数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，数字滤波器的输出是针对误差信号的递归滚动平均值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，进行处理包括根据计数器规则的集合以及数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，计数器规则取决于电机的操作状态。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，通量包括磁通量项和磁通链项。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，进行估计包括使用观测器来估计通量值。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，电机不包括转子位置传感器。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，进行使用包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及使用所述电机操作参数的所估计的值来控制电机。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电机操作参数是电角度或速度。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，进行使用包括使用所估计的通量来控制电机电流或者电机通量。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，进行估计包括使用电机的所测量的或所要求的相电流和/或相电压来估计通量。
20.根据权利要求1所述的方法，其还包括响应于确定所估计的通量已基本收敛到实际通量而从第一控制模式转换到第二控制模式。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，第一控制模式是开环控制模式，而第二控制模式是闭环控制模式。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，闭环控制模式是闭环无传感器控制模式。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，进行确定包括确定在电机的启动期间所估计的通量是否已基本收敛到实际通量。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，进行使用包括在确定所估计的通量已基本收敛到实际通量之后立即使用所估计的通量来控制电机。
25.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
确定所估计的通量是否已基本偏离实际通量；以及
响应于确定所估计的通量已基本偏离实际通量，中断使用所估计的通量来控制电机。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，进行估计包括在电机的启动期间估计电机的通量，并且其中，进行确定包括确定在规定的时间段内所估计的通量是否已基本收敛到实际通量，所述方法还包括响应于确定在规定的时间段期间所估计的通量未基本收敛到实际通量而停止尝试旋转电机。
27.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
监控给用于电机的驱动器的功率；以及
检测在给驱动器的功率降至规定的水平以下后何时返回规定的水平；
其中，进行确定包括确定在给驱动器的功率返回规定的水平之后所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量，并且其中，进行使用包括响应于确定在给驱动器的功率返回规定的水平之后所估计的通量已基本收敛到实际通量而使用所估计的通量来生成用于电机的控制信号。
28.一种用于永磁电机的控制器，所述控制器被配置为执行根据权利要求1-27中任一项所述的方法。
29.一种组件，其包括永磁电机和根据权利要求28所述的控制器。
30.一种操作永磁电机的方法，所述方法包括：
估计电机的通量；
使用所估计的通量来控制电机；
确定所估计的通量是否已基本偏离电机的实际通量；以及
如果所估计的通量被确定为已基本偏离实际通量，则中断使用所估计的通量来控制电机。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，进行中断包括不使用所估计的通量来控制电机。
32.根据权利要求30所述的方法，其还包括在确定所估计的通量已基本偏离实际通量之后从闭环控制模式转换到开环控制模式。
33.根据权利要求30所述的方法，其中，进行确定包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及将对所述电机操作参数的估计值与所述参考系中所述电机操作参数的所测量的值进行比较。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，进行比较包括：根据所述电机操作参数的所估计的和所测量的值来产生误差信号，以及处理误差信号以确定所估计的通量是否已基本偏离实际通量。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述电机操作参数是电流流量。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，进行处理包括产生针对误差信号的统计信息。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，统计信息包括平均值、方差和/或标准偏差。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，进行处理包括利用数字滤波器来处理误差信号以产生统计信息。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，进行处理包括根据数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，数字滤波器的输出是针对误差信号的递归滚动平均值。
41.根据权利要求39所述的方法，其中，进行处理包括根据计数器规则的集合以及数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，计数器规则取决于电机的操作状态。
43.根据权利要求30所述的方法，其中，通量包括磁通量项和磁通链项。
44.根据权利要求30所述的方法，其中，进行估计包括使用观测器来估计通量值。
45.根据权利要求30所述的方法，其中，电机不包括转子位置传感器。
46.根据权利要求30所述的方法，其中，进行使用包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及使用所述电机操作参数的所估计的值来控制电机。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述电机操作参数是电角度或速度。
48.根据权利要求30所述的方法，其中，进行使用包括使用所估计的通量来控制电机电流或者电机通量。
49.根据权利要求30所述的方法，其中，进行估计包括使用电机的所测量的或所要求的相电流和/或相电压来估计通量。
50.一种控制具有转子的永磁电机的方法，所述方法包括：
估计电机的通量；
监控给用于电机的驱动器的功率；
检测在给驱动器的功率降至规定的水平以下后何时返回规定的水平；
在给驱动器的功率返回规定的水平之后，确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量；以及
如果所估计的通量被确定为已基本收敛到实际通量，则使用所估计的通量来生成用于电机的控制信号。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，进行确定包括确定在转子在速度上下滑时所估计的通量是否已基本收敛到实际通量。
52.根据权利要求50所述的方法，其还包括：响应于确定所估计的通量未基本收敛到实际通量而允许转子停止。
53.根据权利要求52所述的方法，其还包括在允许转子停止之后重新启动电机。
54.根据权利要求50所述的方法，其还包括：在功率降至规定的水平以下时移除给驱动器的功率，以及在功率返回规定的水平时向驱动器重新施加功率。
55.根据权利要求50所述的方法，其中，进行确定包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及将对所述电机操作参数的估计值与所述电机操作参数的所测量的值进行比较。
56.根据权利要求55所述的方法，其中，进行比较包括：根据所述电机操作参数的所估计的和所测量的值来产生误差信号，以及处理误差信号以确定所估计的通量是否已基本收敛到实际通量。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述电机操作参数是电流流量。
58.根据权利要求56所述的方法，其中，进行处理包括产生针对误差信号的统计信息。
59.根据权利要求58所述的方法，其中，统计信息包括平均值、方差和/或标准偏差。
60.根据权利要求58所述的方法，其中，进行处理包括利用数字滤波器来处理误差信号以产生统计信息。
61.根据权利要求60所述的方法，其中，进行处理包括根据数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，数字滤波器的输出是针对误差信号的递归滚动平均值。
63.根据权利要求61所述的方法，其中，进行处理包括根据计数器规则的集合以及数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
64.根据权利要求63所述的方法，其中，计数器规则取决于电机的操作状态。
65.根据权利要求50所述的方法，其中，通量包括磁通量项和磁通链项。
66.根据权利要求50所述的方法，其中，进行估计包括使用观测器来估计通量值。
67.根据权利要求50所述的方法，其中，电机不包括转子位置传感器。
68.根据权利要求50所述的方法，其中，进行使用包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及使用所述电机操作参数的所估计的值来控制电机。
69.根据权利要求68所述的方法，其中，所述电机操作参数是电角度或速度。
70.根据权利要求50所述的方法，其中，进行使用包括使用所估计的通量来控制电机电流或者电机通量。
71.根据权利要求50所述的方法，其中，进行估计包括使用电机的所测量的或所要求的相电流和/或相电压来估计通量。
72.一种控制永磁电机的方法，所述方法包括：
在启动期间并且在尝试旋转电机的同时估计电机的通量；
确定在规定的时间段内所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量；
如果所估计的通量没有被确定为在规定的时间段期间已基本上收敛到实际通量，则停止尝试旋转电机。
73.根据权利要求72所述的方法，其还包括响应于确定所估计的通量未确定为在规定的时间段期间基本收敛到实际通量而立起锁定转子标志。
74.根据权利要求72所述的方法，其还包括在停止尝试旋转电机之后尝试重新启动电机。
75.根据权利要求72所述的方法，其中，进行确定包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及将对所述电机操作参数的估计值与所述电机操作参数的所测量的值进行比较。
76.根据权利要求75所述的方法，其中，进行比较包括：根据所述电机操作参数的所估计的和所测量的值来产生误差信号，以及处理误差信号以确定所估计的通量是否已基本收敛到实际通量。
77.根据权利要求76所述的方法，其中，所述电机操作参数是电流流量。
78.根据权利要求76所述的方法，其中，进行处理包括产生针对误差信号的统计信息。
79.根据权利要求78所述的方法，其中，统计信息包括平均值、方差和/或标准偏差。
80.根据权利要求78所述的方法，其中，进行处理包括利用数字滤波器来处理误差信号以产生统计信息。
81.根据权利要求80所述的方法，其中，进行处理包括根据数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
82.根据权利要求81所述的方法，其中，数字滤波器的输出是针对误差信号的递归滚动平均值。
83.根据权利要求81所述的方法，其中，进行处理包括根据计数器规则的集合以及数字滤波器的输出来将计数器递增和/或递减。
84.根据权利要求83所述的方法，其中，计数器规则取决于电机的操作状态。
85.根据权利要求72所述的方法，其中，通量包括磁通量项和磁通链项。
86.根据权利要求72所述的方法，其中，进行估计包括使用观测器来估计通量值。
87.根据权利要求72所述的方法，其中，电机不包括转子位置传感器。
88.根据权利要求72所述的方法，其中，进行估计包括使用电机的所测量的或所要求的相电流和/或相电压来估计通量。
89.一种用于永磁电机的控制器，所述控制器被配置为执行根据权利要求30-88中任一项所述的方法。
90.一种组件，其包括永磁电机和根据权利要求89所述的控制器。

说明书全文

用于永磁电机的无 传感器丢失/找到的 转子检测

技术领域

[0001] 本公开涉及永磁电机中对转子位置和/速度的无传感器检测，包括在转子丢失或找到时出于控制电机目的的检测。

背景技术

[0002] 本节提供了与本公开相关的背景信息，这不一定是现有技术。

[0003] 永磁电机典型地包括定子和在定子内或者定子周围转动的转子。转子的速度和角位置通常用来生成用于电机的控制信号。传统上，转子的速度和角位置是经由一个或多个转子位置传感器来确定。最近，开发了各种技术并将其用来无传感器地确定转子的速度和角位置（即，不直接地测量转子速度和角位置）。例如，可以估计电机的通量并将其用来估计转子速度和/或位置。然而，在启动这些电机时不使用所估计的通量。相反，不依赖于所估计的通量来控制电机，直到经过了规定的时间段为止，或者直到电机达到了规定的速度、扭矩输出等为止。在那时，假定通量的估计值足够精确，并且电机控制开始使用所估计的通量来控制电机。

[0004] 在某个时间段之后，并且有可能是由于外部因素，在现有技术的控制器中的通量估计值会变得不可靠。在该情况中，转子位置和速度估计值变得不可靠，导致驱动器跳闸（tripping）或者有问题的震荡。发明内容

[0005] 本节提供了对本公开的一般总结，并且不是对其完整范围或者其全部特征的详尽公开。

[0006] 根据本公开的一个方面，公开了一种控制永磁电机的方法。该方法包括：估计电机的通量；确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量；以及响应于确定所估计的通量已基本收敛到实际通量，使用所估计的通量来控制电机。

[0007] 根据本公开的另一方面，公开了一种操作永磁电机的方法。该方法包括：估计电机的通量；使用所估计的通量来控制电机；确定所估计的通量是否已基本偏离电机的实际通量；以及响应于所估计的通量被确定为已基本偏离实际通量，中断使用所估计的通量来控制电机。

[0008] 根据本公开的又一方面，公开了一种控制永磁电机的方法。该方法包括：估计电机的通量；监控给由于电机的驱动器的功率；检测在给驱动器的功率降至规定的水平以下后何时返回规定的水平；以及在给驱动器的功率返回规定的水平之后，确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量。该方法还包括：如果所估计的通量被确定为已基本收敛到实际通量，则使用所估计的通量来生成用于电机的控制信号。

[0009] 根据本公开的再一方面，公开了又一种控制永磁电机的方法。该方法包括：在启动期间估计电机的通量；确定在规定的时间段内所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量；响应于确定所估计的通量在规定的时间段期间已基本上收敛到实际通量，停止尝试旋转电机。

[0010] 可应用性的其他领域将根据此处提供的描述而变得显然。该总结中的描述和特定示例仅仅旨在图示的目的，而并不旨在限制本公开的范围。附图说明

[0011] 此处所公开的图仅用于图示所选择的实施例而非所有有可能的实施方式，并不旨在用于限制本公开的范围。

[0012] 图1是根据本公开的一个方面的检测找到的转子的方法的框图。

[0013] 图2是根据本公开的另一实施例的检测丢失的转子的方法的快图。

[0014] 图3是根据本公开的再一实施例的检测在启动时锁定的转子情况的方法的框图。

[0015] 图4是根据本发明的又一实施例的在电力中断（power disruption）之后抓住（catch）转子的方法的框图。

[0016] 图5是根据本公开的一些实施例的示例永磁电机组件的框图。

[0017] 图6是根据本公开的一个实施例中所利用的龙伯格（Luenberger）观测器的框图。

[0018] 图7A至7D图示了使用所测量的和所估计的电流中的误差来的收敛检测的图。

[0019] 图8A至8D图示了使用所估计的磁通量的收敛检测的图。

具体实施方式

[0020] 现在将参照附图来更全面地描述示例实施例。

[0021] 提供了示例实施例以使得本公开会是透彻的，并且会将范围传达给本领域普通技术人员。陈述了大量具体细节，诸如具体部件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员而言显然的是，具体细节不是必须利用的、可以以许多不同形式来实施示例实施例、以及示例实施例不应该被理解为限于本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述众所周知的处理、众所周知的设备结构以及众所周知的技术。

[0022] 此处所使用的术语是仅仅为了描述特定示例实施例的目的的，而并不旨在进行限制。如此处所使用的，单数形式“一”、“一个”和“这（那）个”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚指明了其他情况。术语“包括”、“包含”和“具有”是开放性的，并且因此指出了存在所述的特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或这些项目的组。此处描述的方法步骤、处理和操作不应被解释为需要它们以所讨论或者所图示的特定顺序来执行，除非按执行的顺序而将其具体标识。还要理解，可以利用附加的或者可替选的步骤。

[0023] 尽管此处可能使用术语第一、第二、第三等来描述不同元素、部件、区域、层和/或部分，但是这些元素、部件、区域、层和/或部分不应被理解为被这些术语所限制。这些术语可以仅仅用来区别一个元素、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。诸如“第一”、“第二”和其他编号术语的术语在此处使用时并不暗示了次序或顺序，除非由上下文清楚地指明。因而，以下所讨论的第一元素、部件、区域、层或部分可以在不脱离示例实施例的教导的情况下称作第二元素、部件、区域、层或部分。

[0024] 图1图示了根据本公开的一个方面的控制永磁电机的方法100。该方法包括在框102中估计电机的通量以及在框104中确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量。该方法还包括在框106中响应于确定所估计的通量已基本收敛到实际通量而使用所估计的通量来控制电机。以这种方式，可以在确定所估计的通量已基本收敛之后立即使用所估计的通量来控制电机。这可以最小化不使用所估计的通量控制电机（例如，在开环控制模式中）的时间量。可替选地，可以直到所估计的通量被确定为已基本收敛之后的规定的时间为止，才使用所估计的通量来控制电机。例如，可以直到在所估计的通量被确定为已基本收敛之后，过去了预先规定的延迟周期或者满足了电机的操作条件等等为止，才使用所估计的通量来控制电机。可以启动期间和/或在操作电机时的任何其他适当时候使用上述方法。

[0025] 为了本公开的目的，在所估计的通量处于相对于实际通量的、规定的误差容限之内时将所估计的通量看作已基本收敛到实际通量，使得可以使用所估计的通量来有效地控制电机。误差容限可以规定为常数值（在电机的操作期间可以或者不可以例如响应于电机的操作条件而变化），规定为统计测量值和/或规定为另外地适合于这些教导的任何给定的应用。可以以各种方式来确定所估计的通量是否在任何给定的时间处处于规定的误差容限之内，以下描述了这些方式的一些示例。在所估计的通量已基本收敛到电机的实际通量时将转子看作“找到（found）”。

[0026] 可以使用任何适当的技术（包括现在已知的以及未来的技术）来估计电机的通量。代表性地，以使用诸如卡尔曼（Kalman）观测器、龙伯格观测器等的观测器（也叫估计器）来在所选择的参考系中估计通量（例如磁通量和/或光通量）。所选择的参考系可以包括：诸如定子参考系的静止参考系（例如，两个相阿尔法贝塔或者三个相ABC的参考系），以及诸如电参考系、与转子同步的转子参考系、与所命令的速度欧米茄_v同步的西塔v参考系（也称为驱动器或命令参考系）、或者以与另一系统参数同步的特定角速度来旋转的任意参考系的旋转参考系。然而，也可以在这些教导的任何给定应用中使用用于估计通量的其他适当的技术。此外，可以使用电机的所测量的、所估计的或者所要求的相电流和/或相电压或者（所测量的、所估计的或所要求的）逆变器总线电压和/或设备电流来估计通量。

[0027] 相似地，可以利用各种技术来确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量。例如，可以使用所估计的通量来计算所选择的参考系中的其他电机操作参数，并且随后将其与相同参考系中该操作参数的所测量的值相比较。所估计的和所测量的值之间的差与所估计的电机的通量和电机的实际通量之间的差有关，并且可以用来确定所估计的通量是否已基本收敛到实际通量（如果希望的话，也用来校正通量的下一次估计值）。在一些实施例中，使用所估计的通量来计算相电流并且将其与所测量的相电流进行比较，以确定所估计的通量是否位于相对于电机的实际通量的、规定的误差容限之内。可替选地，并且假定电机的实际通量不能直接测量，可以估计诸如角度或者速度的不同参数并且将其与所测量的值进行比较，以确定所估计的通量是否位于规定的容限内。

[0028] 可以将电机操作参数的所估计的和所测量的值处理为误差信号，以确定所估计的通量是否已基本收敛到实际通量。该处理可以包括针对误差信号产生统计信息（平均值、方差、标准差等），并且该处理可以例如由实施诸如递归滚动平均值的适当功能的数字滤波器来执行。在一些实施例中，统计信息用来将计数器递增和/或递减，其中在计数器值位于规定的范围之内时计数器的值代表所估计的通量的收敛。所应用的计数器规则可以取决于是否已检测到收敛、取决于电机的操作状态以及/或者其他条件。

[0029] 可以使用所估计的通量来根据包括例如通量控制和电流控制方案的、所利用的具体电机控制方案而控制电机，其中经由所施加的电压来控制电机的通量或者电流。代表性地，响应于诸如扭矩、速度、电流或其他所要求的信号的高水平输入要求来控制电机的通量或电流。此外，所利用的电机控制方案可以是无传感器的（即，其中机械角度和速度不直接测量而是根据诸如相电流或者电压的电机变量的变化来估计），或者可替选地依赖于转子位置传感器。在任何情况中，使用所估计的通量来控制电机会代表性地包括：使用所估计的通量来估计其他电机操作参数的值，以及使用所估计的值来控制电机。例如，所估计的磁通量可以用来估计电角度和速度。所估计的角度随后可以用在旋转参考系的电流控制器中，并且/或者所估计的速度可以用在速度控制器中。

[0030] 响应于确定所估计的通量已基本收敛到电机的实际通量，对电机的控制在一些实施例中可以从一个控制方案转换为另一个。例如，电机可以以开环控制模式来控制，并且随后在所估计的通量被确定为已收敛之后转换为闭环控制模式。所估计的通量可以随后用在可以是闭环无传感器控制模式的闭环控制模式中以控制电机。

[0031] 图2图示了根据本公开的另一方面的操作永磁电机的方法200。方法200包括在框202中估计电机的通量、在框204中使用所估计的通量来控制电机、以及在框206中确定所估计的通量是否已基本偏离电机的实际通量。方法200还包括在框208中响应于确定所估计的通量已基本偏离实际通量而中断使用所估计的通量来控制电机。

[0032] 通量可以以包括上述方式的任何适当方式来估计和使用。相似地，可以利用各种技术来确定所估计的通量是否已基本偏离电机的实际通量，包括与上述技术相似的技术。为了本公开的目的，在所估计的通量不再处于相对于实际通量的规定误差容限之内时将所估计的通量看作已基本偏离实际通量，使得可以不再使用所估计的通量来有效控制电机。
规定的误差容限可以规定为常数值（在电机的操作期间可以或者不可以例如响应于电机的操作条件而变化），规定为统计测量值和/或规定为另外地适合于这些教导的任何给定的应用。可以在所估计的通量已基本偏离电机的实际通量时将转子看作“丢失（lost）”。

[0033] 在确定所估计的通量已基本偏离电机的实际通量时，可以在中断使用所估计的通量来控制电机的同时继续控制电机。在该情况下，对电机的控制可以从一个控制方案转换为另一个。对于空气移动（包括HVAC（高压交流电）风扇和鼓风机）和其他应用，控制可以从使用所估计的通量的闭环控制模式转换为不使用所估计的通量的开环控制模式。作为可应用于压缩机和其他应用的另一示例，在检测到丢失的转子时整体控制方案从速度控制模式转换为扭矩控制模式，其中适当调节（如果需要的话）扭矩要求（例如，将扭矩要求设定为最大值）以执行操作的故障保险（failsafe）模式。在任何情况下，控制可以在根据另一控制方案操作电机的同时使用上述方法来尝试找到转子。这可以包括调节速度、扭矩、电流或其他要求以帮助找到转子。可替选地，控制可以在检测到丢失的转子之后简单地关闭并重启电机。

[0034] 图3图示了根据本公开的另一方面的控制永磁电机的方法300。方法300包括在框302中在电机的启动期间估计的电机的通量以及在框304中确定所估计的通量在规定的时间段内是否已基本偏离电机的实际通量。方法300还包括在框306中响应于确定所估计的通量在规定的时间段期间已基本偏离实际通量而停止尝试旋转电机。以这种方式，一旦检测到锁定的转子则可以保护电机和驱动器。

[0035] 可以以任何适当的方式在电机的启动期间估计通量，包括借助于上述方法。相似地，可以利用各种技术来确定在规定的时间段内所估计的通量是否已基本偏离电机的实际通量，包括上述技术。可以在这些教导的任何给定的实施方式中按所希望的来设定最小时间段。例如，在一些实施例中，最小时间段规定为所预期的加速斜升时间乘以十至二十个电循环。

[0036] 该方法还可以包括在停止尝试旋转电机规定的时间段之后尝试重启电机，并且/或者响应于确定所估计的通量在规定的时间段期间未基本收敛到实际通量而立起锁定转子标志。

[0037] 图4图示了根据本公开的另一方面的控制具有转子的永磁电机的方法400。方法400包括在框402中估计电机的通量、在框404中监控给用于电机的驱动器的功率、在框406中检测给驱动器的功率在降至规定的水平以下之后何时返回规定的水平、以及在框408中确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量。方法400还包括在框410中响应于确定所估计的通量已基本收敛到实际通量而使用所估计的通量来生成用于电机的控制信号。以这种方式，在电力中断后可以“抓住（catch）”转子而不需要断电和重启电机。

[0038] 可以估计通量，可以关于所估计的通量是否已基本收敛到实际通量而做出确定（在给驱动器的功率返回规定的水平之后），并且可以随后使用所估计的通量来生成用于电机的控制信号（包括提供给电机的驱动器的控制信号），这可以使用包括上述技术的任何适当技术。相似地，可以监控给驱动器的功率，并且可以检测到功率返回规定的水平（诸如规定的电压或功率水平），这可以以包括电机工业中常用的方式的任何适当方式来进行。

[0039] 在很多情况下，在功率水平降至规定的水平以下时，暂停对电机的控制，并且可以将功率从驱动器移除。作为结果，在功率返回规定的水平时，并且因而在确定所估计的通量是否已基本收敛到电机的实际通量时，转子会在速度上下滑。在一些实施例中，如果所估计的通量没有在给驱动器的功率返回规定的水平之后被确定为已基本收敛到实际通量，则允许转子停止并且转子可以随后在需要的情况下被重启。可替选地，如果在用于驱动器的功率返回规定的水平之后所估计的通量被确定为已基本收敛到实际通量，则在使用所估计的通量来生成控制信号时或之前功率可以重新施加给驱动器（如果功率在检测到电力中断之后被移除的话）。

[0040] 应该理解，与找到转子、检测丢失的转子、检测锁定的转子情况、以及在电力中断之后抓住转子有关的以上技术可以独立地或者与一个或多个其他教导相结合地来实施。对于组合的实施例，可以利用多于一个的规定的误差容限。例如，用于确定在电力中断之后是否抓住转子的规定的误差容限可以不同于用于确定是否找到、丢失和/或锁定转子的规定的误差容限。

[0041] 图5图示了根据本公开的一些实施例的示例电机组件500。如图5中所示，组件500包括在转子上或转子内具有表面和/或内嵌（embed）磁体的永磁电机501，诸如永磁交流（PMAC）电机或混合永磁/开关磁阻（PM/SR）电机。永磁电机的其他示例包括通量引导（flux guided）永磁机、内嵌磁体永磁机、内插（inset）磁体永磁机、轴向永磁机和外转子永磁机。图5中所示的永磁电机501包括定子502和内转子504。可替选地，可以使用其他类型的永磁电机，包括利用外转子设计（其中转子绕着定子旋转）的永磁电机。

[0042] 在图5的示例中，电机501是具有缠绕定子502的可供电（energizable）相绕组506A、506B、506C的三相电机。绕组506A、506B、506C通过将电功率施加到电机相端子来被供电。

[0043] 驱动器508耦合到电机的相端子用于响应于来自控制器510的控制信号而向这些段子提供电功率。控制器510从电机接收供电反馈512（诸如电机端子处的电流和/或电压）并且/或者假定提供给相端子的电压与控制器510所要求（即，经由提供给驱动器508的控制信号来要求）的电压相同。如图5中所示，控制器接收例如可能是扭矩要求、速度要求、电流要求等的输入要求514。此外，控制器510可以配置为估计电机的通量并且使用所估计的通量来对电机501执行通量控制、电流控制或其他适当的控制（借助或不借助转子位置传感器）。

[0044] 在以给三相电机501的三个功率端子供电的形式示例性地图示了图5的驱动器508的同时，应该理解，可以提供两个或更少端子来供应具有多于或少于三个相的电机，或者使用各种类型的逆变器（例如具有中性点连接的）的情况。驱动器可以具有传统的设计并且配置为向电机端子提供例如正弦波激励或方波激励。

[0045] 图5的控制器510可以配置为执行以上描述的方面中的任意或全部，包括检测找到的转子、检测丢失的转子、在电力中断之后抓住转子、和/或在启动时检测锁定的转子。

[0046] 现在将参照图6至8来描述图5中所示的组件的一个示例实施例。在该特定示例中，控制器被配置为使用用于估计磁通量和磁通链（flux linkage）的龙伯格观测器来何时丢失、找到、锁定或在电力中断之后抓住转子。

[0047] 总体来说，计算代表估计器状态和驱动器状态的函数。随后做出对函数行为的测量，诸如通过逼近一个或多个适当的统计量。行为测量的值随后用来表明所估计的通量是否已基本收敛到（或者偏离）电机的实际通量。例如，行为测量可以与一个或多个计数器一起使用以确定收敛或偏离。计数器是管理对丢失/找到的转子的确定并且处理虚假警报问题（即，不正确地表明收敛或偏离）的简单方式。此外，计数器通过适当地定义计数器规则来移除收敛和偏离状态之间的快速且不适当的震荡的可能性。然而，应该理解，可以不使用计数器来实施本公开的教导，并且在特定实施例中对计数器的使用可以取决于如何定义行为测量。

[0048] 生成代表估计和驱动器状态的函数

[0049] 在该示例中，代表估计器和驱动器状态的函数（例如信号）是误差函数。为了生成误差函数，将电机操作参数的所估计的值与同一参数的所测量的值进行比较。在该特定情况中，所估计的通量可以除以电机的电感以估计驱动参考系中的电流流量。所估计的电流流量可以随后与驱动参考系中的电流的实际（所测量的）流量相比较，以生成误差函数（有时称为观测变量）。在表明收敛与偏离之外，误差函数也可以用来校正下一次采样间隔处的通量估计值。

[0050] 图6图示了用于该特定示例的龙伯格观测器。如以上所注释的，观测器估计磁通量和磁通链。通过变量名上的帽符号来表明存在估计值，因此：

[0051]

[0052]

[0053] 使用来计算电流流量

[0054]

[0055] 在该示例中，由以下给出龙伯格观测器内的误差信号：

[0056]

[0057] 其中

[0058]

[0059] 在驱动器参考系中，状态估计值可以展示出低频振荡。尽管有可能在计算适当的测量值时处理该问题，但是更容易的是完全避免该问题。这通过将式（1）变换为电参考系来完成：

[0060]

[0061] 该值现在是准静止的，这简化了估计作为在该示例实施例中测量误差信号的行为的方法的平均值、方差和标准差的问题。

[0062] 测量所生成的函数的行为

[0063] 现在处理误差信号来生成可以称为警报信号的信号。警报信号代表性地是关于误差信号的统计信息的流。

[0064] 随着所估计的通量收敛到电机的实际通量，误差信号的绝对值减小。因此，误差信号的绝对值可以用来确定收敛或偏离。此外，随着所估计的通量收敛到电机的实际通量，误差信号稳定下来并且变得具有更少“跳跃”或“噪声”。因此，在使用误差信号的绝对值之外，或者代替使用误差信号的绝对值，可以使用误差信号的统计或其他测量值来确定收敛或偏离。因此，在该示例中，估计并利用误差信号的方差。这可以用许多不同方式来完成，包括借助于数字滤波器（例如，使得根据可以包括或者可以不包括先前输入和/或输出的指定输入来计算输出）。还存在可以代替方差来使用（或者在方差之外使用）的许多其他统计、函数和估计值。此外，可以利用用于测量复信号的行为的其他方法，包括用于心电图分析、语音识别和地震仪数据的方法。

[0065] 在该示例实施例中，利用了数字滚动平均值滤波器。可替选地，可以使用各种其他滤波器，包括数字低通滤波器。

[0066] 以下给出对平均值、方差和标准差的定义：

[0067]

[0068]

[0069]

[0070] 递归滚动平均值可以用以下方式来实施：

[0071] 新平均值=α·旧平均值+（1-α）·新观测值 …（6）

[0072] 在该情况下，α是在范围0至1内的连续变量。

[0073] 可以看到该简单的递归表达可以如何用来进行对以上规定的统计量的逼近。在第一实例中使用滚动平均值来估计平均值并且随后生成对方差或标准差的逼近。尽管有可能具有附加的计算开销，但是可以利用（包括本质上是递归的、允许在每次采样间隔处对其进行应用的）其他统计和/或测量值（例如一致性、偏差、效率等）。

[0074] 确定收敛/偏离

[0075] 在该特定实施例中，对误差函数的行为测量值是方差。使用方差的值来将计数器递增或递减，其中计数器值代表收敛或偏离。可替选地，可以使用标准差值来对计数器进行递增或递减。均方差等于方差加上信号的偏差的平方。因此，如果在信号中没有偏差，则方差和标准差将近似相等。

[0076] 在计数器值位于规定范围内时，所估计的通量被认为已基本收敛到电机的实际通量。相似地，在计数器值位于另一规定范围内时，所估计的通量被认为已基本偏离电机的实际通量。用于确定收敛和偏离的规定范围是连续的，使得可以使用单个二值标志来表明收敛和偏离二者。

[0077] 计数器根据规则的集合来递增或递减。这些规则可以针对任何给定的实施方式来变化，并且可以取决于电机的操作条件来变化。在该示例中，一旦设定了标志（表明收敛），则计数器不再继续递增，并且不会递减到0以下。此外，设定或重设标志的边界值取决于是否发生示例或者偏离以及这样的事件是否第一次发生。

[0078] 以下给出了用于计数器和状态标志的操作的规则的代表性集合，其中：标志F是布尔值（1或0）；测量信号（M）是连续实变量；边界值MaxC和MinC是正整数并且计数器值C是整数。

[0079] 1、如果标志没有设定（F等于0）并且测量信号（M）小于边界值（M

[0080] 2、如果设定了标志（F等于1）并且测量信号（M）小于边界值（M

[0081] 3、如果标志没有设定（F等于0）并且测量信号（M）超过边界范围（M>=B1）并且计数器（C>0）大于零，则将计数器递减（C=C-1）。

[0082] 4、如果标志没有设定（F=0）并且测量信号（M）超过边界范围（M>=B1）并且计数器（C）大于零，则将计数器递减（C=C-1）。

[0083] 5、如果计数器（C）等于最大边界值（C=MaxC），则设定标志（F=1）。

[0084] 6、如果计数器（C）小于最小边界值（C

[0085] MinC的值通常大于零但是小于MaxC。M、MinC和MaxC的值可以对于电机和驱动器是固定的，或者可以允许它们根据可以由例如所要求的速度、所估计的功率等来规定的方案而变化。通过适当的选择MinC、MaxC和边界B的值，可以将虚假警报最小化。

[0086] 图7A至7D图示了基于所测量的和所估计的电流的误差的方差来使用示例实施例和收敛检测而生成的示例性图。将观测器应用于在静态操作中收集的数据，并且记录来自观测器的输出和检测方案。具体地，图7A图示了误差702、滚动平均值704和方差706信号；图7B图示了所估计的角度708和收敛点（方块710）；图7C图示了方差714是否在范围内以及是否检测到收敛716（如果收敛信号716高，则检测到收敛）；并且图7D图示了方差信号对误差信号。

[0087] 图8A至8D图示了基于所估计的磁通量的方差信号来使用收敛检测而生成的示例性图。图8A图示了误差802、滚动平均值804和方差806信号；图8B图示了所估计的角度808和收敛点（方块810）；图8C图示了方差814是否在范围内以及是否检测到收敛816（如果收敛信号816高，则检测到收敛）；并且图8D图示了方差信号对误差信号。

[0088] 控制器也配置为监控供应给驱动器的总线电压（未示出）。在该实施例中，总线电压通常约325vdc（伏特直流）。如果总线电压降至200伏特vdc以下，则控制器可以降低所要求的速度或者停止驱动电机以防止对电机的损害。在总线电压返回200伏特vdc或以上时，控制器试着使用上述方法找到转子。代表性地，转子在该时间期间将在速度上下滑。如果控制器找到转子，则可以恢复电机的正常操作（即，使用所估计的通量）。否则，可以允许转子在重启电机之前停止。

[0089] 此外，控制器被配置为在电机的启动时检测锁定的转子条件。例如，如果在规定的时间（诸如四秒）期间没有找到转子，控制器将停止尝试旋转电机。如果想要的话，控制器可以配置为在某个时间段（这可以是仅两秒或三秒或者更久）之后重启电机。此外，如果在启动时没有在规定的时间期间找到转子，则控制器可以立起锁定转子标志。锁定转子标志可以由控制器来使用并且/或者提供给另一控制器（例如系统控制器）（或者由另一控制器来读取）。

[0090] 一些用于生成函数的替选方案

[0091] 可以根据在其他观测器内可用的状态来生成误差函数，这可能会也可能不会由于来自驱动器的附加变量而增大。回顾式（1）：

[0092]

[0093] 存在Qv轴和dv轴的电流误差。以其最简单的形式，由该方案所使用的信号是这些误差的某个函数。示例包括：

[0094] 仅在Qv轴中有误差：

[0095] Qv轴中的误差的平方：

[0096] Qdv误差积的点内积：δI′Qdv·δIQdv等于

[0097] 其一个变形是将这些变量从驱动器参考系（所谓的Qdv参考系）变换为电参考系或者Qdr。Qdr参考系变量可以展示缓慢的正弦振荡。通过将它们放置到Qdr参考系中，移除了该振荡。

[0098] 仅在Qr轴中有误差：

[0099] Qr轴中的误差的平方：

[0100] Qdr误差积的点内积：δI′Qdr·δIQdr等于

[0101] 应该认识到，可以生成其他类型的误差信号，并且用于确定收敛和偏离。例如，磁通量在数值上固定，仅仅随磁体的冷热而改变。因此，磁通量值提供了用于计算信号的另一有用方法。在该情况下，信号不是误差项而是通量的绝对值，该值是根据基本机械设计参数预先已知的。

[0102] 在驱动器参考系中：

[0103] Qv轴磁通量：

[0104] dv轴磁通量：

[0105] 磁通量估计值的点内积：

[0106] 在电参考系中：

[0107] Qr轴磁通量：

[0108] dv轴磁通量：

[0109] 磁通量估计值的点内积：

[0110] 可替选地，可以使用涉及Q和d轴中的总磁通链的值。这些是准静态值，尽管这些值可以取决于定子绕组供电而改变。

[0111] 驱动器参考系：

[0112] Qv轴磁通链：

[0113] dv轴磁通链：

[0114] Qdv通量估计值的点内积：

[0115] 电参考系：

[0116] Qr轴磁通链：

[0117] dr轴磁通链：

[0118] Qdr通量估计值的点内积：

[0119] 人们也可以选择规范化所估计的表达式，例如产生标称的最大电流、标称的磁通量等。

[0120] 在表示磁通量的这些信号的情况中，可以使用测试来确定值是否位于根据设计而已知的所期望的值的某个百分比中，诸如：

[0121] 和其中a≤1且b≥1。

[0122] 如以上注释的，可以用许多不同方法来确定所估计的通量是否已基本收敛或偏离，每种具有其自己的优点或缺点。此外，可以组合两个（或更多）分开的测试以改进结果，包括减少虚假警报的发生。

[0123] 在一个示例实施例中，第一测试基于Qr轴电流的误差，而第二测试基于Qr磁通量的误差。

[0124] 与所利用的测试无关，可以在指明丢失的或找到的转子之前需要来自两个分开的测试的阳性结果（即，与运算）。可替选地，可能在开始第二测试之前需要来自一个测试的阳性结果，或者两个测试可以经过或运算等。

[0125] 为了说明和描述的目的提供了对实施例的以上描述。这并不旨在穷举或限制本发明。特定实施例的各个元素或特征一般地并不限于该特定实施例，而是在可应用的情况下可以互换并且可以用作所选择的实施例中，即使没有特别示出或描述。相同的方案可以以多种方式来变化。这样的变化不应被看作脱离本发明，并且所有这样的修改都旨在包括在本发明的范围内。

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