CN106921319A - 控制多相旋转场电机的方法、计算机程序及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制多相旋转场电机的方法、计算机程序及装置。用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法(200)包括接收(220)控制旋转场电机的控制参数以及转子的转动方向。该方法(200)还包括在控制参数的基础上计算(230)与转子的多个可能的转子定位对应的位置参数。此外，该方法(200)还包括在位置参数和转动方向的基础上获知(240)实际的转子定位。

Description

控制多相旋转场电机的方法、计算机程序及装置

技术领域

下面的实施例涉及用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法和装置的领域。

背景技术

为了将电能转化成动能，使用所谓的旋转场电机或三相电机以及其它结构形式的电动机。旋转场电机可以包括定子，定子带有可以产生随时间变化的磁场的相的环形布置，并因此能够使磁转子，例如带有永磁体的动子，处于旋转中。旋转场电机，例如永磁同步电机(PSM或PMSM)或异步电机(ASM)，使用在不同的应用中，例如混合动力汽车、电动汽车、伺服驱动器、机床等中。在电机运行时可能出现的故障状况，例如相缺失时，可能需要控制运行。在此，在一些电机类型中，特别是带有三个相的电机类型中，在相缺失时可以出现交变场。此外，如果在转子位置测量时出现问题，那么可能没法识别出这些问题，并且必要时可能导致不期望的电机情况以及在最糟糕的情况下导致转子的转动方向反转。但传统的用于估计转子位置的方法仅可以在电机的无故障的运行期间才能被使用。

发明内容

因此，值得期望的是提供一种用于在电机的控制运行时对旋转场电机的转子进行位置监视的改进的方案。

根据独立权利要求所述的用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法和装置满足了这个需求。

按照第一个方面，实施例涉及一种用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法。该方法包括接收控制旋转场电机的控制参数以及转子的转动方向。该方法还包括在控制参数的基础上计算与转子的多个可能的转子定位对应的位置参数。此外，该方法包括基于位置参数和转动方向获知实际的转子定位。例如与脉宽调制相互关联地，控制参数可以是电机的相中的电参量，或电机本身的参数，例如定子电感或定子电阻。控制参数例如也可以包括磁极转子磁通或调节参量，例如电压规定或电流规定。转动方向可以例如通过角速度的符号来给定。位置参数可以例如是实际的转子定位的函数，或通过这个函数来表征。例如当位置参数是转子定位角的三角函数时，位置参数在此也可以允许模棱两可地或多义地推断出转子定位。因此，可以在电机处在控制运行时也执行通过计算来确定转子定位，或换句话说，在运行时取消闭合的调节环路。此外，可以以更高的可靠性进行确定。

在一些实施例中，方法还包括接收旋转场电机的转子的至少一个定位测量值以及将实际的转子定位与该定位测量值进行比较。因此，能够使用测得的定位和计算得出的定位的比较来探测针对转子的定位传感器的可能的干扰。

在一些实施例中，方法还包括在比较的结果大于边界值时产生参考信号。因此，可以向用户或控制旋转场电机的***告知在转子的定位测量中有干扰，这可以使及时采取相应的对策大大简化。

在一些实施例中，控制参数包括第一值组和不同于第一值组的第二值组。在此，位置参数的计算包括在第一值组的基础上对用于旋转场电机的能投入使用的相的输入电压进行第一特征化以及在第二值组的基础上对输入电压进行第二特征化。由此，可以找到数学上的准则，借助其能够分离出位置参数并且能够由已知的参量获知位置参数。这可以为单义性地确定转子定位提供基础。

在一些实施例中，第一值组包括用于能投入使用的相的经脉宽调制的信号和脉冲逆变器的中间电路电压，用以产生用于旋转场电机的相电流。

在一些实施例中，第二值组包括用于旋转场电机的能投入使用的相的相电流、转子的角速度、旋转场电机的定子的电阻和电感。

在一些实施例中，当旋转场电机的三个相中的第一相缺失时，在下面等式的基础上计算位置参数：

或者，当旋转场电机的三个相中的第二相缺失时，在下面等式的基础上计算位置参数：

或者，当旋转场电机的三个相中的第三相缺失时，在下面等式的基础上计算位置参数：

在此，ψ_PM是磁极转子磁通，PWMi是用于第i相的经脉宽调制的信号，Udc是逆变器的中间电路电压，R_s是定子电阻，I_si是第i相的相电流，L_s是旋转场电机的定子电感。

在一些实施例中，位置参数的计算提供了转子定位的三角函数。这可以尤其包括转子定位的正弦或余弦或者是与之相关的参量。

在一些实施例中，基于位置参数的正号，当三角函数是正弦时，转子的定位被限制在原点处于转子转动轴线上的笛卡尔坐标系的第一或第二象限上，当三角函数是余弦时，转子的定位被限制在第一或第四象限上。与此相应地，在负号时，在正弦情况下是第三或第四象限，或在余弦情况下是第二或第三象限。以这种方式可以实现将多个可能的转子定位的限制为最多两个。

在一些实施例中，以如下方式获知实际的转子定位，即，基于转动方向的正号以及位置参数在某一时间间隔内的提高，当三角函数是正弦时，转子的定位在这个时间间隔内被限制在笛卡尔坐标系的第一或第四象限上，或当三角函数是余弦时，转子的定位被限制在第三或第四象限。同样的限制也可以适用于负号以及附加地位置参数减小的情况。与此相应地，在负号以及位置参数提高时，在正弦的情况下是第二或第三象限，或在余弦情况下是第一或第二象限。同样的限制也可以适用于转动方向为正号并且附加地位置参数减小的情况。由此，可以消除转子定位的可能时存在的模棱两可性。

按照另一方面，实施例涉及一种具有程序代码的程序，当该程序代码在计算机、处理器或可编程的硬件部件上实施时用于执行上述方法。

按照另一方面，实施例涉及用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的装置。装置包括用于接收控制旋转场电机的控制参数以及转子的转动方向的输入端。装置被构造成用于在控制参数的基础上计算与转子的多个可能的转子定位对应的位置参数，并且在位置参数和转动方向的基础上单义性地获知实际的转子定位。为此，装置可以例如包括角度诊断模块或角度诊断网络。因此，针对转子定位的角度监视也可以在控制旋转场电机时以更高的可靠性来执行。

在一些实施例中，装置还包括用于接收旋转场电机的转子的至少一个定位测量值的另一输入端。在此，装置被构造成用于将实际的转子定位与定位测量值进行比较。装置此外还包括用于当比较的结果大于预定的边界值时提供参考信号的输出端。这可以提供如下可能性，即，提供附加的冗余，并且因此预防了在转子位置测量时的可能的干扰。

在一些实施例中，装置还包括旋转场电机。旋转场电机在此是三相永磁同步电机。

附图说明

接下来借助附图所示的实施例详细说明其它有利的设计方案，但实施例并不限制于附图所示的实施例。在附图中：

图1示出根据一个对比示例的在用于三相旋转场电机的一相中断时的脉冲逆变器；

图2示出根据一个实施例的用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法的流程图；

图3示出根据一个实施例的用于图示出位置参数、转子定位和转动方向之间的相互关系的坐标系；

图4示出根据一个实施例的用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的装置；

图5示出根据一个实施例的用于在不同的相缺失时监视转子定位的算法的流程图；

图6示出根据一个实施例的相电流、电机的感应输入电压、电角度、电角度的正弦、转动角的实际的正弦和测得的正弦的差的变化曲线；

图7示出根据另一实施例的相电流、电机的感应输入电压、电角度、电角度的正弦、转动角的实际的正弦和测得的正弦的差的变化曲线；以及

图8示出根据另一实施例的相电流、电机的感应输入电压、电角度、电角度的正弦、转动角的实际的正弦和测得的正弦的差的变化曲线。

具体实施方式

现在参考示出一些实施例的附图来更详细地描述不同的实施例。为了清楚起见，在图中可以夸大地示出线、层和/或区的厚度尺寸。

在对仅示出一些示例性实施例的附图的下列说明中，相同的附图标记可以表示相同的或类似的部件。此外，可以为那些多次在实施例或图中出现但在一个或多个特征方面被共同说明的部件和对象使用概括性的附图标记。以相同的或概括性的附图标记说明的部件或对象可以在单个、多个或全部特征，例如其规格方面相同地设计，但必要时也可以不同地设计，只要由说明书没有另外明示或暗示出。

尽管实施例可以按不同的方式进行修改或改变，但实施例在附图中仅作为示例示出并且还要对其进行详细说明。不过要澄清的是并不旨在将实施例限制在各个公开的形式，而是具体而言实施例应当覆盖处在本发明的范围内的所有的功能的和/或结构的修改、等效和替换。相同的附图标记在整个附图说明中表示相同的或类似的元件。

要注意的是，被称为与另外的元件“连接”或“联接”的元件可以与另外的元件直接连接或联接，或也可以存在处于它们之间的元件。而当元件被称为与另外的元件“直接连接”或“直接联接”时，则不存在处于它们之间的元件。被用来说明元件之间的关系的其它概念应当以类似的方式加以解释(例如“在……之间”相对于“直接在它们之间”，“邻接”相对于“直接相邻”等)。

在本文中使用的术语仅用于说明特定实施例而不应当限制实施例。如在此所使用的那样，单数形式“一个”和“所述”也应当包含复数形式，只要在上下文中没有另外明确地指出。此外还要澄清的是，例如表述“包含”、“包含的”、“具有”和/或“具有的”，如在此使用的那样，说明了存在所提到的特征、整体、步骤、工作流程、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个特征、整体、步骤、工作流程、元件、部件和/或它们的组。

只要没有另外限定，所有在此使用的概念(包含技术上和科学上的概念)都具有由实施例所属领域的技术人员赋予它们的相同的意义。此外，还要澄清的是，例如在普遍使用的词典中定义的那些表述，应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的意义一致的意义，而不应当按理想化或过度正式的意义来解释，只要这在此没有特别限定。

在能够使用在不同的应用中(例如混合动力汽车、电动汽车、伺服驱动器、机床)的旋转场电机(PSM或ASM)中，为了产生调节参量(例如电压)可以使用电压中间电路逆变器(WR)。可以使用IGBT、MOSFET、GTO作为在逆变器中的半导体。在电压中间电路逆变器(WR)中，通过不同的调制方法设定在其输出端上的(例如用于旋转场电机的)期望的电压。通常使用次谐波调制方法(Unterschwingungsverfahren)、脉宽调制(PWM)或空间矢量调制。

用于由经脉宽调制的信号产生期望的电压的逆变器在图1中被详细说明。带有MOSFET 110；120和130的逆变器100被作为用于三相旋转场电机的电压供应的示例示出。以MOSFET 110；120和130可以沿两个方向接通电流。另外的实施例也可以使用其它的功率半导体，例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或GTO(GateTurn-Off Thyristor，门极关断晶闸管)。仅在上MOSFET110-1；120-1和130-1与下MOSFET110-2；120-2和130-2之间的截止时间期间，每一相U、V或W中的续流二极管115；125和135可以在这一相U、V或W中接纳电流。根据电流的符号，电流可以经由一相的下二极管(例如115-1)或上二极管(例如115-2)传导。相U、V或W的上MOSFET(例如110-1)或上二极管(例如115-2)始终联接至+U_dc并且下MOSFET(例如110-2)或下二极管(例如115-1)始终联接至-U_dc。在图1所示的电压中间电路逆变器100中，可以通过不同的调制方法设定在旋转场电机的输出端上的(例如用于旋转场电机的)期望的电压。可以例如使用次谐波调制方法、脉宽调制(PWM)或空间矢量调制作为调制方法。

由用于产生确定的电压矢量的调节或控制生成的PWM值随期望的电压频率或电压振幅变化。电压振幅的大小是针对在逆变器上的所调节的电压矢量的长度来说的衡量尺度。

在正常情况下，磁场定向调节(FOR)被用于驱控永磁同步电机(PSM)。为了电流测量，在每一相中，或如图1所示至少在两相中，使用电流传感器140-1；140-2，它们在此例如实施成测量电阻(分流器)。

通过经调节的电压可以在相U、V和W中产生电流I_s1、I_s2和I_s3。这些相包括在带有定子电阻R_s和定子电感L_s的电机定子中。在这些相中，通过在那里流动的电流I_s1、I_s2和I_s3以及转速分别感应出了电压E₁、E₂和E₃。

在电机内或逆变器中出现故障时，电机的三相中的一相可能被中断。例如在图1中示出了相U的中断150。原因例如可能是在一相中的逆变器的第一或第二MOSFET的失效或在逆变器与电机之间的接触问题。电机可能因此没被正确地调节，因为由于相缺失而不再能正确地设定期望的电压矢量。取代旋转场地，可能在电机内出现了交变场，这可能导致扭矩的波动。但是可以实现的是，尽管由于永磁同步电机相缺失，仍能在逆变器中或电机中没有冗余的情况下以及在没有附加费用的情况下驱控电机。电机的力矩利益进而是功率利益在这种故障情况下可以在某些情况下得到改善。

为了电机的调节(FOR)或控制(FOS)，可能需要确定转子位置。针对磁场定向控制，这可以通过使用转子位置传感器来实现。关于转子位置(或电角度θ_el)的错误信息可能导致相电流在相对转子固定的d、q坐标系中的错误变换，这又可能导致所要求的扭矩的歪曲。在极端情况下发生了电机中的扭矩的符号改变。例如，应当向前加速的电动汽车可能向后加速。或者在转向时，方向盘可能沿错误的方向转动，因为力(或扭矩)使机器朝着错误的方向加速。

若转子位置传感器正常工作，那么磁场定向调节或磁场定向控制可以相应良好地设定期望的力矩。若在转子位置传感器中出现了干扰，那么磁场定向调节或磁场定向控制的功能就可能受到妨碍。为了防止出现未被觉察的转子位置传感器故障，值得追求的可以是立即识别出在该定位中的故障。

为了达到这一点，可以使用冗余的构造(或者换句话说，第二转子位置传感器)或针对电机定位的估计模型。两个变型方案可以提供用于监视转子位置传感器的可行方案。出于在驱动时的成本和空间原因，可能尽可能不实施带有第二转子位置传感器的冗余的构造用于转子位置诊断。作为备选，可以利用针对转子位置和转速的估计模型。传统的做法可以提供大量用于计算旋转场电机(例如永磁同步电机)的转子位置和转速的方法，但这些方法在相切断时无法使用。

在相中断的故障情况下，在电机中可能不出现旋转场，而是出现交变场。用于转子位置估计的传统的方法无法直接使用在存在相断开的电机中。尽管如此，仍值得期望的是找到一种那个估计永磁同步电机的转子位置的可行方案，因此可以提出对转子位置传感器的监视的诊断。

下列实施例示出如何能在电机中有相缺失时获知有关转子位置的信息的方案。通过对这个转子位置传感器信息的评估，可以发现传感器内的故障情况以及及时避免驱动器的功能上的危险。

实施例可以提供如下可行方案，即，对在相缺失时用于永磁同步电机的转子位置传感器的功能进行监控，从而探测导致转子位置传感器的功能上的故障的干扰以及可以采取相应的对策。

用于监视转子位置传感器的实施例基于对电机的电角度(机械角度乘以极对数)的监视。可以测量转子位置，并且可以通过电机的电机模型以第二种方式计算转子位置。两个有关电角度的信息可以相互比较。利用比较可以获得有关在驱动器中附加的故障的信息。

电机的输入电压的计算可以在例如没有其它故障的驱动中通过两种不同的方式来执行。这可以形成电机的电机模型，电机模型给出有关电机的转子位置的信息。接下来的步骤表明了用于获取电机转子位置的信息的做法。由于相缺失，电机例如像在图1中示出的那样是接有两相的，并且在电机中形成了交变场。针对在磁场定向调节时的电流测量，可以使用至少两个电流传感器(例如在成本低廉的驱动器中为分流器)。因此，在相缺失时，两个电流传感器中的至少一个还可以保持功能正常以及因而可以测量仍联接的相的相电流。

图2示出了用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法200的流程图。方法200包括接收220控制旋转场电机的控制参数以及转子的转动方向。方法200还包括在控制参数的基础上计算230与转子的多个可能的转子定位对应的位置参数。方法200此外还包括在位置参数和转动方向的基础上获知240实际的转子定位。例如与脉宽调制相互关联地，控制参数可以是在电机的相中的电参量，或电机自身的参数，例如定子电感或定子电阻等。控制参数可以例如也包括磁极转子磁通或调节参量，例如电压规定或电流规定。转动方向可以例如通过角速度的符号来给定。位置参数可以例如是实际的转子定位的函数，或通过这个函数来表征。例如当位置参数是转子位置角的三角函数时，位置参数在此也可以允许模棱两可地或多义地推断出转子定位。以相U中断的情况为例。相U中的相电流因此等于零。通过在电机的定子或星形件中的节点电流定律，全部三个电流的和为零。这基于I_s1＝0而得出了电机的两个仍联接的相电流之间的相互关系：

I_s2＝-I_s3 等式1

在一些实施例中，控制参数包括第一值组和不同于第一值组的第二值组。在此，位置参数的计算230包括在第一值组的基础上对用于旋转场电机的能投入使用的相的输入电压进行第一特征化232和在第二值组的基础上对输入电压进行第二特征化234。由此，可以找到数学上的准则，借助其能够分离出位置参数，并且能够由已知的量获知位置参数。

在一个实施例中，电机的输入电压的第一特征化232通过电机的测量参量(例如电机电流和电机转速)以及通过电机参数来执行，它们可以包括在第一值组中。在此，通过下列等式计算电机的输入电压U_s23：

在此：

R_s：定子电阻，

L_s：定子电感，

E₂：在相V中的感应电压，

E₃：在相W中的感应电压。

感应电压E₂和E₃可以例如由感应电压E_d和E_q从d、q坐标系变换到相对定子固定的u、v、w坐标系获得。因此，电机的输入电压可以利用测得的电机测量参量和参数通过下列等式获知：

电机的输入电压U_s23的第二特征化234可以通过PWM值的额定值和中间电路电压U_dc的额定值来实现，它们可以包括在第二值组中：

U_s23＝(PWM2-PWM3)·Udc 等式4

若在驱动器中不存在其它故障，那么电机的两个输入端等式，等式3和等式4就可以被视为等同；得出下列电机模型：

控制旋转场电机的控制参数的接收220包括例如在等式5中出现的PWM值、中间电路电压U_dc、相电流I_s2、I_s3、定子电阻R_s、定子电感L_s、在相V中感应出的电压E₂和在相W中感应出的电压E₃。在控制参数的基础上，对与转子的多个可能的转子定位位置对应的位置参数的计算230此外可以通过等式5的改型实现：

在右侧的项在此是在从电机的输入电压减去电阻损耗和感应损耗后的剩余的(感应)电压U_s23剩余：

进一步简化得到的是：

等式现在可以在两侧对时间进行积分：

因此通过剩余的电机感应电压的积分计算230电角度的正弦。换句话说，位置参数的计算230提供了转子定位的三角函数。正弦因此可以相应于可以与转子的多个可能的位置定位对应的位置参数。正弦展开为：

图3示出了在原点处于转子转动轴线上的笛卡尔坐标系中角θ_el在周期2π内的正弦和余弦。正弦值对在坐标系的第一象限Q1和第二象限Q2中(或者在第三象限Q3中和第四象限Q4中)的值来说是相同的。正弦因此提供了角是否处在上侧或在下侧的信息。因此在一些实施例中，基于位置参数的正号，当三角函数是正弦时，转子的定位被限制在原点处于转子转动轴线上的笛卡尔坐标系的第一或第二象限上，或者当三角函数是余弦时，转子的定位被限制在第一或第四象限上。与此相应地，在负号时，在正弦情况下是第三或第四象限，或在余弦的情况下是第二或第三象限。

方法200如已经提到的那样，包括接收220转子的转动方向。为此，可以例如使用如下用于电压诊断的方法。若转速是正的(ω_el＞0)，那么电角度以顺序Q1、Q2、Q3、Q4横跨各个象限并且紧接着回到Q1。换而言之，在正的转速下，电机的电角度可以在每个扫描时间步骤中都从θ_el1移动到更大的角θ_el3。若转速是负的(ω_el＜0)，那么电角度以顺序Q1、Q4、Q3、Q2横跨各个象限并且紧接着回到Q1。换而言之，在负的转速下，电机的电角度可以在每个扫描时间步骤中都从θ_el1移动到更小的角θ_el2。d、q坐标系在此可以相应地相对α、β坐标系转动。因此通过电压诊断可以监视电机转速的符号。若诊断没有探测到故障，那么电机具有正确的转速并且因此也具有正确的转速符号。借助这个附加的信息(通过电压诊断的转速监视)可以使用正弦作为用于电角度(或转子定位)的监视信号。与此类似的是，电角度的余弦可以被用于监视电角度(或转子定位)。

换句话说，以如下方式获知220实际的转子定位，即，基于转动方向的正号以及位置参数在某一时间间隔期间的提高，在三角函数是正弦时，转子的定位在该时间间隔内被限制在笛卡尔坐标系的第一或第四象限上，或当三角函数是余弦时，转子的定位被限制在第三或第四象限上。同样的限制也可以适用于负号并且附加地位置参数减小的情况。与此相应地，在负号并且位置参数提高时，在正弦的情况下是第二或第三象限，或在余弦的情况下是第一或第二象限。同样的限制也可以适用于转动方向是正号并且附加地位置参数减小的情况。

与适用于相U的相切断的等式16类似地，可以针对在相V中相断开的情形由剩余电压获知下列余弦：

针对在相W中的相切断的情况，可以从剩余电压获知下列余弦：

在一些实施例中，方法200还包括接收210旋转场电机的转子的至少一个定位测量值以及将实际的转子定位与定位测量值进行比较250。定位测量值可以例如借助定位传感器来获知。因此，可以实现使用测得的定位与所计算的定位的比较，以便探测针对转子的定位传感器的可能的干扰。

在一些实施例中，方法200还包括在比较的结果大于边界值时产生260参考信号。因此，可以向用户或控制旋转场电机的***告知在转子的定位测量中有干扰，这可以使及时采取相应的对策大大简化。这在接下来的实施例中再次被详细阐释。

图4示出了用于在相缺失时驱控电机402的装置400的方块图。装置400包括用于扭矩匹配404的模块，扭矩匹配接收额定扭矩M_Ref作为(例如用户定义的)输入值，并且可以将其匹配为新的额定扭矩M_RefN。电流生成器406基于新的额定扭矩M_RefN产生了额定电流值I_sdRef和I_sqRef，它们作为额定电流的矢量分量能在d、q坐标中示出。这些值可以转交给调制器408，并且转化成经修改的额定电流值I_sdRefN和I_sqRefN。磁场定向控制算法410可以例如包括解耦模块，解耦模块在经修改的额定电流值I_sdRefN和I_sqRefN的基础上可以算出调节参量，例如在d、q坐标中的电压规定U_{sd_k}和U_{sq_k}。为此可以使用离散的等式19和等式20用于两个所要求的d轴和q轴中的电压U_{sd_k}和U_{sq_k}：

在此：

ω_el：(＝ω_s)电角速度，

θ_m：机械角度，

θ_el：电角度，

Z_p：电机的极对数，

U_sα、U_sβ：在α、β坐标系中的电压，

U_{sd_k}、U_{sq_k}：所要求的在d、q坐标系中的电压(在当前的扫描时间步骤中)，

U_{sd_k-1}、U_{sq_k-1}：所要求的在d、q坐标系中的电压(在当前的扫描时间步骤的前一扫描时间步骤中)，其中，电压U_{sq_k-1}可以相应于前一个电压U_{sq_k}去除项(ψ_PM*ω_el)，

I_{sd_k}、I_{sq_k}：在d、q坐标系中的额定电流(在当前的扫描时间步骤中)，

I_{sd_k-1}、I_{sq_k-1}：在d、q坐标系中的额定电流(在当前的扫描时间步骤的前一扫描时间步骤中)，

R：(＝R_s)电机的定子电阻，

ψ：(＝ψ_PM)电机的磁极转子磁通，

T_Ed：电机在d轴中的电时间常数(＝L_sd/R)，

T_Eq：电机在q轴中的电时间常数(＝L_sq/R)，

T₁：在d轴中的期望的时间常数，

T₂：在q轴中的期望的时间常数，

T：所使用的扫描时间，

U_dc：中间电路电压(在汽车工业内的一些应用中相应于电池电压)，以及

PWM_1，2,3：用于驱控逆变器的PWM值

在借助坐标系变换器412将调节参量转换到α、β坐标系中成为电压U_sα和U_sβ后，矢量调制器414在电压规定U_sα和U_sβ的基础上为每一相产生经脉宽调制的信号，亦即例如用于三相电机402的PWM1、PWM2和PWM3。例如可以根据图1中所示的脉冲逆变器100构造和运转的脉冲逆变器416产生用于在此例如示出为三相永磁同步电机的旋转场电机402的相U、V和W的相电流。此外，脉冲逆变器416在相缺失时可以将相缺失信号418(缺相)提供给用于扭矩匹配404的模块、电流发生器406和磁场定向控制算法410。相缺失信号418的作用在下文中还将详细阐释。

如已经提到的那样，转子的机械角度θ_mech借助定位传感器420测量，以及此外，通过与极对数Z_p相乘422转换成电角度θ_el。对时间求导424提供了机械角速度ω_mech，并且机械角速度在进一步与极对数Z_p相乘426之后提供了电角速度ω_el。电角速度ω_el可以被用来在另一个扫描时间步骤中计算用于扭矩匹配404的模型、电流发生器406和磁场定向控制算法410。

装置400可以被用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机。在一个实施例中，装置400为此包括角度诊断模块428或角度诊断网络。装置400或角度诊断模块428包括用于接收控制旋转场电机的控制参数以及转子的转动方向的输入端。装置400被构造成用于例如借助角度诊断模块428，在控制参数的基础上计算与转子的多个可能的转子定位对应的位置参数，并且在位置参数和转动方向的基础上单义性地获知实际的转子定位。控制参数在图4中可以例如包括出现的PWM值、中间电路电压U_dc、相电流I_s2、I_s3。转子的转动方向可以通过电角速度ω_el给定。

在这个实施例中，角度诊断模块428还包括用于对旋转场电机的转子的至少一个定位测量值进行接收的另一输入端，相应于例如电角度θ_el。在此，角度诊断模块428被构造成用于将实际的转子定位与定位测量值进行比较。装置400此外包括用于当比较的结果430大于预定的边界值时提供参考信号的输出端。这可以提供如下可能性，即，提供附加的冗余，并且因此预防了在转子位置测量时的可能的干扰。比较的结果430可以例如是在定位测量值的正弦或余弦以及所获知的实际的转子定位的正弦或余弦之间的差。

在角度诊断模块428中，依赖于已中断的相以两种方式获知电机的电角度的正弦或余弦并且紧接着将它们相互比较，这得出了电机的电角度的正弦的差430。这个差430可以由过渡的平面来评估(例如可以对差430求积分并且在超过阈值时设警告信号)并且借助该警告信号执行相应的措施(例如关断驱动器)。

图5示出了用于在考虑到相中断时监视永磁同步电机的磁场定向控制算法410的流程图。在此，为了监视相中断故障，在算法410启动502之后使用相中断信号418(缺相，参看图4)，该相中断信号描述了有关已中断的相的信息。在没有相中断的正常的或无故障的情况下，持续进行磁场定向调节，且用于两相运行的角度诊断504-1未被激活。在相中断时，立即从磁场定向调节转换到磁场定向控制(参看例如图4)且角度诊断504-2可以从最小的转速值n_诊断Min起被激活。这一点在必要时可能很有帮助，因为可能从最小的转速值n_诊断Min起在电机中就设定可以尽可能更好地被评估的感应电压。为了角度诊断504-2，相应的角度诊断模块428(参看图4)可以接收已经列举的控制参数ω_el、I_s123、U_dc和PWM₁₂₃。

接着获知506哪一相中断。在相U中断508-1时，通过等式16进行电角度的计算510-1。在相V中断508-2时，通过等式17进行电角度的计算510-2。在相W中断508-3时，通过等式18进行电角度的计算510-3。在此，一方面可以为等式使用两个未被中断的相的相电流、电机的电角度θ_el、电角速度ω_el、电机参数、这两个相的PWM值和逆变器的中间电路电压U_dc。这些参数在带有中断的相的电机的电机模型中被用于计算电角度的正弦/余弦。另一方面，计算测得的电角度θ_el测量的正弦/余弦。通过计算在电角度的正弦/余弦的两个计算之间的差512，获得了正弦/余弦差。对差的评估514的结果转递给监视平面516，以便在探测到故障时导入相应的措施。接着在考虑到相缺失时结束518用于监视永磁同步电机的算法。

图6、7和8示出了在相U中断的情况下的模拟结果。在此，逐一示出了相电流610；710；810，电机的感应输入电压620；720；820，电角度630；730；830，电角度的正弦640；740；840以及转动角的实际的正弦和测得正弦的差650；750；850的变化曲线。在此，示出在加速至2000rpm时的正弦形的瞬时变化曲线。直至t＝0.03s，电机在正常情况下以磁场定向调节来调节。从t＝0.03s起，在所有的图6、7和8中模拟相U中断的故障情况。在这个时间点上，立即从磁场定向调节驱控转换到磁场定向控制驱控。相U中的相电流610；710；810由于相中断在所有的图6、7和8中都等于零。电角度的两个计算得出的正弦640在图6中近似叠在一起，这指出了基本上无故障的两相的运行。若电角度的两个正弦640看起来不同，那么由此可以得出如下结论，即，在两相运行时存在电机故障的情况(例如定位传感器故障、不对称、绕组短路)。在图7和8中，在时间点t＝0.15s时，附加地模仿出形式为90度(图7)或180度(图8)的电角度的偏移的故障。由于角度偏移，在扭矩中可能产生偏差，这些偏差在很高的转速下可能导致扭矩的符号变化。这可能给驱动器带来危险(例如在动力转向时的自转向)。对电角度的正弦740的监视在图7中从时间点t＝0.15起显示了很大的偏差并且在图8中在更大的偏移下(180度)显示了还要更大的偏差。在评估时，这个差可能导致带有驱动器的故障驱控的诊断。

在梯形的瞬时变化曲线中，如有必要在相电流的符号变化时可以不考虑所述结果，以便不使用任何错误的诊断结果。这个过渡区域可以发生在电机的电周期(＝相电流的周期)的一个很小的部分中。在电周期的剩余部分中的电压的监视(没有相电流变化区域)在此就可以是足够了。

通过实施例，永磁同步电机在相中断时还可以用多于一半的功率来运行。这可以例如在车辆转向机构中或在电动汽车中对于行驶至下一个工作站很有帮助。可以使用驱动器的已经存在的构造，以及在此取消使用附加的硬件。实施例可以提供在定位传感器故障、绕组短路、相断开等的相缺失时监视永磁同步电机的可能性。反之，在传统的办法中，在永磁同步电机中的定位传感器错误可能导致扭矩中的偏差，以及甚至可能导致扭矩的符号变换，这可能意味着不期望的电机情况(例如在动力转向时的自转向、在电动汽车中有意向前加速时的向后加速)。通过实施例也可以避免绕组中的短路，这种短路可能导致过高的电流、可能在驱动器中增添附加的伤害以及可能从电池汲取大量电流，这可能妨碍汽车中其它的电气设备的功能。换句话说，实施例也可以改善电池的使用寿命。如果有必要，在附加的相缺失时可以不提供期望的行动(例如带有自动动力转向的转向、以电动汽车中的牵引机的加速)所需的功率。通过按实施例的诊断，人们可能更快地识别到这一点且相应地采取所需的措施。

在前面的说明书、下面的权利要求和附图中公开的特征单独地以及以任意组合对于实施例在它们的不同的设计方案中的实现是重要的并且是能够实现的。

尽管已经说明了与装置有关的一些方面，但不言而喻的是，这些方面也是对相应的方法的说明，因而装置的块或结构元件也可以被理解为相应的方法步骤或被理解为是方法步骤的特征。与此类似地，与方法步骤有关或作为方法步骤说明的方面也示出了对相应装置的相应的块或细节或特征的说明。

根据确定的实施要求的不同，本发明的实施例可以通过硬件或软件来实施。实施可以使用在其上储存有电子可读的控制信号的数字存储介质，例如软盘、DVD、蓝光光碟、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或其它磁性的或光学的存储器来执行，电子可读的控制信号与可编程的硬件部件能够协同作用或协同作用，从而执行各个方法。

可编程的硬件部件可以由处理器、计算机处理器(CPU＝Central ProcessingUnit，中央处理单元)、图像处理器(GPU＝Graphics Processing Unit，图像处理单元)、计算机、计算机***、专用集成电路(ASIC＝Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、集成电路(IC＝Integrated Circuit，集成电路)、单芯片***(SOC＝Systemon Chip，芯上***)、可编程逻辑元件或带有微处理器的现场可编程门阵列(FPGA＝FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)构成。

数字存储介质因此可以是机器或计算机可读的。也就是说，一些实施例包括具有电子可读的控制信号的数据载体，电子可读的控制信号能够与可编程的计算机***或可编程的硬件部件协同作用，从而执行在此所描述的方法之一。因此，一个实施例是数据载体(或数字存储介质或计算机可读的介质)，在其上记录有用于执行在此所描述的方法之一的程序。

实施例通常可以作为具有程序代码的程序、固件、计算机程序或计算机程序产品或作为数据来实施，其中，程序代码或数据以如下方式起作用，即，当程序在处理器或可编程的硬件部件上运行时，执行其中一种方法。程序代码或数据还可以例如储存在机器可读的载体或数据载体上。程序代码或数据此外可以作为源代码、机器代码或字节代码以及作为其它中间代码呈现。

此外，另一个实施例是示出用于执行在此所描述的方法之一的程序的数据流、信号序列或信号的序列。数据流、信号序列或信号的序列可以例如被配置为，通过数据通信连接，例如通过因特网或其它网络来传送。实施例因此也是适用于通过网络或数据通信进行传输的代表数据的信号序列，其中，数据表示程序。

按一个实施例，程序可以在执行其时例如以如下方式实现其中一种方法，即，其读出存储部位或在存储部位写入一个或多个数据，由此在必要时在晶体管结构内、在放大器结构内或在其它电的、光的、磁的或按其它功能原理工作的构件中引起开关过程或其它过程。相应地，可以通过读出存储部位从程序检测、确定或测量数据、值、传感器值或其它信息。因此程序可以通过读出一个或多个存储部位来检测、确定或测量数值、值、测量值和其它的信息，以及通过写入一个或多个存储部位导致、促使或执行动作，以及驱控其它设备、机器和部件。

上面说明的实施例仅为了阐明本发明的原理。不言而喻的是，对在此描述的布置和细节的修改和改变对于其它本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明旨在仅受下面的权利要求的保护范围的限制，而不受到根据队史失利的描述和说明在此呈现的具体细节限制。

附图标记列表

100 逆变器

110-1；110-2 相U的MOSFET

115-1；115-2 相U的续流二极管

120-1；120-2 相V的MOSFET

125-1；125-2 相V的续流二极管

130-1；130-2 相W的MOSFET

135-1；135-2 相W的续流二极管

140-1；140-2 电流传感器

150 相U的中断

200 方法

210 接收

220 接收

230 计算

232 特征化

234 特征化

240 获知

250 比较

260 产生

400 装置

402 旋转场电机

404 用于扭矩匹配的模块

406 电流发生器

408 调制器

410 FOS算法

412 坐标变压器

414 矢量调制器

416 脉冲逆变器

418 相缺失信号

420 定位传感器

422 相乘

424 对时间求导

426 另一相乘

428 角度诊断模块

430 结果/差

502 算法开始

504-1；504-2 角度诊断

506 获知

508-1；508-2；508-3 相中断

510-1；510-2；510-3 电角度的计算

512 差

514 评估结果

516 监视平面

518 算法结束

610 相电流

620 电机的感应输入电压

630 电角度

640 电角度的正弦

650 转动角的实际的正弦和测得的正弦的差

710 相电流

720 电机的感应输入电压

730 电角度

740 电角度的正弦

750 转动角的实际的正弦和测得的正弦的差

810 相电流

820 电机的感应输入电压

830 电角度

840 电角度的正弦

850 转动角的实际的正弦和测得的正弦的差

Claims (14)

1.一种用于在旋转场电机的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机的方法(200)，所述方法包括：

接收(220)控制所述旋转场电机的控制参数以及转子的转动方向；

在所述控制参数的基础上计算(230)与所述转子的多个可能的转子定位对应的位置参数；以及

在所述位置参数和所述转动方向的基础上获知(240)实际的转子定位。

2.按权利要求1所述的方法(200)，所述方法还包括接收(210)所述旋转场电机的转子的至少一个定位测量值以及将实际的转子定位与所述定位测量值进行比较(250)。

3.按权利要求2所述的方法(200)，所述方法还包括当比较的结果大于边界值时，产生(260)参考信号。

4.按前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其中，所述控制参数包括第一值组和不同于所述第一值组的第二值组，并且其中，所述位置参数的计算(230)包括在所述第一值组的基础上对用于所述旋转场电机的能投入使用的相的输入电压进行第一特征化(232)以及在所述第二值组的基础上对所述输入电压进行第二特征化(234)。

5.按权利要求4所述的方法(200)，其中，所述第一值组包括用于能投入使用的相的经脉宽调制的信号和脉冲逆变器的中间电路电压，用以产生所述旋转场电机的相电流。

6.按权利要求4或5中任一项所述的方法(200)，其中，所述第二值组包括用于所述旋转场电机的能投入使用的相的相电流、所述转子的角速度、所述旋转场电机的定子的电阻和电感。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其中，当所述旋转场电机的三个相中的第一相缺失时，在下面等式的基础上计算(230)所述位置参数：

$\frac{1}{\sqrt{3}\·{\mathrm{\ψ}}_{PM}}\∫\[(PWM2-PWM3)\·Udc-2\·R_s\·I_{s2}-2\·L_s\·\frac{{\mathrm{dI}}_{s2}}{dt}\]dt=sin\left({\mathrm{\θ}}_{el}\right),$

或者，当所述旋转场电机的三个相中的第二相缺失时，在下面等式的基础上计算(230)所述位置参数：

$\frac{1}{\sqrt{3}\·{\mathrm{\ψ}}_{PM}}\∫\[(PWM1-PWM3)\·Udc-2\·R_s\·I_{s1}-2\·L_s\·\frac{{\mathrm{dI}}_{s1}}{dt}\]dt=\cos ({\mathrm{\θ}}_{el}-\frac{\mathrm{\π}}{6}),$

或者，当所述旋转场电机的三个相中的第三相缺失时，在下面等式的基础上计算(230)所述位置参数：

$\frac{1}{\sqrt{3}\·{\mathrm{\ψ}}_{PM}}\∫\[(PWM1-PWM2)\·Udc-2\·R_s\·I_{s1}-2\·L_s\·\frac{{\mathrm{dI}}_{s1}}{dt}\]dt=cos({\mathrm{\θ}}_{el}+\frac{\mathrm{\π}}{6}),$

其中，ψ_PM是磁极转子磁通，PWMi是用于第i相的经脉宽调制的信号，Udc是逆变器的中间电路电压，R_s是定子电阻，I_si是第i相的相电流，L_s是所述旋转场电机的定子电感。

8.按前述权利要求中任一项所述的方法(200)，其中，所述位置参数的计算(230)提供了转子定位的三角函数。

9.按权利要求8所述的方法(200)，其中，基于所述位置参数的正号，当所述三角函数是正弦时，所述转子的定位被限制在原点处于转子转动轴线上的笛卡尔坐标系的第一象限或第二象限上，或者当所述三角函数是余弦时，所述转子的定位被限制在所述笛卡尔坐标系的第一象限或第四象限上。

10.按权利要求9所述的方法(200)，其中，按如下方式获知(240)实际的转子定位：

基于所述转动方向的正号以及所述位置参数在某一时间间隔内的提高，当所述三角函数是正弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第一象限或第四象限上，或者当所述三角函数是余弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第三象限或第四象限上；或者

基于所述转动方向的负号以及所述位置参数在某一时间间隔内的减小，当所述三角函数是正弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第一象限或第四象限上，或者当所述三角函数是余弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第三象限或第四象限上；或者

基于所述转动方向的负号以及所述位置参数在某一时间间隔内的提高，当所述三角函数是正弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第二象限或第三象限上，或者当所述三角函数是余弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第一象限或第二象限上；或者

基于所述转动方向的正号以及所述位置参数在某一时间间隔内的减小，当所述三角函数是正弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第二象限或第三象限上，或者当所述三角函数是余弦时，所述转子的定位在这个时间间隔内被限制在所述笛卡尔坐标系的第一象限或第二象限上。

11.一种具有程序代码的程序，当所述程序代码在计算机、处理器或可编程的硬件部件上实施时用于执行按权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.一种用于在旋转场电机(402)的至少一相的电流中断时控制多相旋转场电机(402)的装置(400)，所述装置包括：

用于接收控制所述旋转场电机(402)的控制参数以及转子的转动方向的输入端，

其中，所述装置(400)被构造成用于在所述控制参数的基础上计算与所述转子的多个可能的转子位置对应的位置参数，并且在所述位置参数和所述转动方向的基础上单义性地获知实际的转子定位。

13.按权利要求12所述的装置(400)，所述装置还包括：

用于接收所述旋转场电机(402)的转子的至少一个定位测量值的另一输入端，其中，所述装置被构造成用于将实际的转子定位与所述定位测量值进行比较；以及

用于当比较的结果(430)大于预定的边界值时提供参考信号的输出端。

14.按权利要求12或13中任一项所述的装置(400)，所述装置还包括所述旋转场电机(402)，其中，所述旋转场电机(402)是三相永磁同步电机。