CN110086397B - 电动机的无传感器控制方法 - Google Patents

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Abstract

切换模块在从传感器接收第一输出和从无传感器位置检测模块接收第二输出之间切换，每个输出指示电机的转子位置误差。位置确定模块基于切换模块的输出确定电机的转子位置，并且生成控制信号以控制电机的参数。采样和保持模块根据在第一输出和第二输出之间切换的先前实例对切换模块的输出与采样和保持模块的输出的总和进行操作。位置确定模块使用第一和第二增益来缩放采样和保持模块的输出以生成第一缩放输出和第二缩放输出，并且基于切换模块的输出以及第一缩放输出和第二缩放输出来生成控制信号。

Description

电动机的无传感器控制方法
技术领域
本发明一般涉及用于电动机的控制***，并且更具体地涉及电动机的无传感器控制方法。
背景技术
本节中提供的信息是为了一般地呈现本发明的背景。在本节中描述的发明人目前的工作程度以及在提交时不能作为现有技术的描述的各方面既不明示也不暗示地承认为本发明的现有技术。
电动机(以下称为电机)用于许多应用中。应用的实例包括电动车辆、各种工业设备、家用电器、发电***等。采用各种方法来控制电机的速度。例如，位置传感器用于感测转子位置，并且所感测转子位置被反馈至控制***以控制电机的速度。
发明内容
***包括切换模块，其配置为在从传感器接收指示电机的转子位置误差的第一输出和从无传感器位置检测模块接收指示电机的转子位置误差的第二输出之间切换。***进一步包括位置确定模块，其配置为基于切换模块的输出确定电机的转子位置并且生成控制信号以控制电机的参数。***进一步包括采样和保持模块，其配置为当切换模块在第一输出和第二输出之间切换时执行采样和保持操作，根据在第一输出和第二输出之间切换的先前实例，对切换模块的输出与采样和保持模块的输出总和执行采样和保持操作。位置确定模块进一步配置为使用第一和第二增益来缩放采样和保持模块的输出以生成第一缩放输出和第二缩放输出，并且基于切换模块的输出以及第一缩放输出和第二缩放输出来生成控制信号。第一增益和第二增益控制位置确定模块对在切换模块在第一输出和第二输出之间切换时生成的干扰的响应。
在其它特征中，第一增益和第二增益控制位置确定模块在预定范围内的响应。
在其它特征中，***进一步包括配置为基于控制信号控制电机的参数的控制模块。电机的参数包括电机的速度、位置或扭矩。
在其它特征中，位置确定模块包括比例-积分-微分控制器。第一增益和第二增益分别包括比例和微分增益。位置确定模块进一步配置为使用第三增益来缩放切换模块的输出以生成第三缩放输出。第三增益包括积分增益，并且基于第一缩放输出、第二缩放输出和第三缩放输出生成控制信号。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为根据电机的转子磁通频率调节位置确定模块的带宽。
在其它特征中，位置确定模块包括比例-积分-微分控制器。第一增益和第二增益以及第三增益分别包括比例增益、微分增益和积分增益。位置确定模块进一步配置为接收指示电机的扭矩的前馈信号，使用第三增益缩放切换模块的输出以生成第三缩放输出，以及基于前馈信号和第一缩放输出、第二缩放输出和第三缩放输出生成控制信号。
在其它特征中，***进一步包括滤波器模块，其配置为当切换模块从第一输出切换到第二输出时过滤第一输出并生成滤波输出，同时来自从第二输出到第一输出的先前切换的瞬态正在发生。采样和保持模块进一步配置为对总和执行采样和保持操作，从总和中减去滤波输出以消除瞬态。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为在传感器发生故障时触发切换模块以从第一输出切换到第二输出，并且基于控制信号控制电机。
在其它特征中，***进一步包括无传感器位置检测模块，其配置为通过使用来自电机的反电动势或通过使用高频注入来检测电机的转子位置误差，并且提供电机的转子位置误差的指示。
在其它特征中，***进一步包括配置为感测电机的转子位置的传感器，以及配置为基于所感测转子位置和由位置确定模块生成的控制信号提供电机的转子位置误差的指示的位置误差检测模块。
在其它特征中，***进一步包括无传感器位置检测模块，其配置为通过使用来自电机的反电动势或通过使用高频注入来检测电机的转子位置误差，并且提供电机的转子位置误差的指示。***进一步包括第二采样和保持模块，其配置为对转子位置误差的指示和第二采样和保持模块的输出总和执行采样和保持操作。***进一步包括第二位置确定模块，其配置为基于转子位置误差的指示和第二采样和保持模块的输出来生成第二输出。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为在大于或等于预定时间段内提供第一输出之后当切换模块从第一输出切换到第二输出时，触发第二采样和保持模块。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为当切换模块从第二输出切换到第一输出时触发采样和保持模块。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为在小于或等于预定时间段内提供第一输出之后当切换模块从第一输出切换到第二输出时，触发采样和保持模块。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为根据电机的转子磁通频率调节第二位置确定模块的带宽。
在其它特征中，***进一步包括滤波器模块，其配置为当切换模块从第一输出切换到第二输出时过滤第一输出并生成滤波输出，同时来自从第二输出到第一输出的先前切换的瞬态正在发生。采样和保持模块进一步配置为对总和执行采样和保持操作，从总和中减去滤波输出以消除瞬态。
在其它特征中，***进一步包括无传感器位置检测模块，其配置为通过使用来自电机的反电动势或通过使用高频注入来检测电机的转子位置误差，并且提供电机的转子位置误差的指示。***进一步包括第二采样和保持模块，其配置为对转子位置误差的指示和第二采样和保持模块的输出总和执行采样和保持操作。***进一步包括第二位置确定模块，其配置为基于转子位置误差的指示和第二采样和保持模块的输出来生成第二输出。***进一步包括控制模块，其配置为在大于或等于预定时间段内提供第一输出之后当切换模块从第一输出切换到第二输出时触发第二采样和保持模块，并且在小于预定时间段内提供第一输出之后当切换模块从第二输出切换到第一输出时或当切换模块从第一输出切换到第二输出时触发采样和保持模块。在其它特征中，***进一步包括滤波器模块，其配置为当切换模块从第一输出切换到第二输出时过滤第一输出并生成滤波输出，同时来自从第二输出到第一输出的先前切换的瞬态正在发生。采样和保持模块进一步配置为对总和执行采样和保持操作，从总和中减去滤波输出以消除瞬态。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为当切换模块从第一输出切换到第二输出时控制最大扭矩命令以控制与电机的转子磁通频率成正比的电机的扭矩。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为当切换模块从第一输出切换到第二输出时将电机的扭矩的转换速率控制到与电机的转子磁通频率成正比的预定最大转换速率限制。
在其它特征中，***进一步包括控制模块，其配置为当切换模块从第一输出切换到第二输出时控制用于根据电机的转子磁通频率缩放切换模块的输出的第一增益和第二增益以及第三增益。
根据详细说明、权利要求和附图，本发明的其它应用领域将变得显而易见。详细描述和具体实例仅用于示例的目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图将更全面地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的使用基于传感器和无传感器控制的用于控制电机的***的功能框图；
图2更详细地示出了图1的***；
图3示出了在图1和图2的***中使用的位置确定模块的实例；
图4示出了到图1至图3的位置确定模块的解耦项D的应用；
图5示出了变化的解耦项对位置确定模块的干扰阶跃响应的影响；
图6示出了使用两个级联位置确定模块控制电机的***的实例；
图7示出了本发明的***在电力网中的使用情况的实例；
图8示出了根据转子磁通频率调节电机的最大扭矩和扭矩转换速率的***；
图9示出了用于根据转子磁通频率调节位置确定模块的增益和带宽的***；以及
图10示出了用于在基于传感器的控制和无传感器控制之间切换时平滑位置确定模块的响应并且用于在使用所修改参数的无传感器操作期间保持控制的方法。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
在控制***中，状态观测器根据***的输入和输出的测量值来提供***的内部状态的估计。***的内部状态可以用于解决控制理论问题(例如，使用内部状态反馈来稳定***)。有时***的内部状态不能通过直接观察来确定。相反，从***输出中观察到***的内部状态的间接影响。如果基于***输出可观察***，则可以使用状态观测器根据***输出的测量值重建***的内部状态。
在用于控制电机的控制***中，基于传感器的控制使用位置传感器来检测转子位置(即转子角度)，其用于控制电机的参数，例如电机的速度、位置或扭矩。但是，位置传感器可能会发生故障。当位置传感器发生故障时，控制***必须关闭电机或切换到位置信息的备用源。无传感器控制使用来自由其它反馈信号驱动的闭环状态观测器的备用位置信号。
本发明提出了用于在基于传感器的操作和无传感器操作之间进行平滑转换的***和方法，以及用于在低频率下的无传感器操作期间保持稳定控制的***和方法。本发明提出了对电机控制***的改变，其使用基于反EMF的无传感器控制来确保在尽可能低的电机速度下的***稳定性。具体地，如下面解释的，在无传感器操作期间，***和方法可以根据电机速度修改位置观测器和/或运动状态滤波器的扭矩能力、扭矩转换速率和各种增益中的一个或多个。
因此，在位置传感器故障的情况下，***和方法可以防止电机在低速阈值以上关闭。***和方法实现了基于传感器操作和无传感器操作之间的平滑转换，这允许更多重试以穿越间歇性位置传感器故障。***和方法适用于一大类比例-积分(PI)和比例-积分-微分(PID)型状态观测器和状态滤波器(例如，用于无传感器控制的运动状态滤波器和用于公共电网同步的锁相环)。
图1示出了用于使用基于传感器控制和无传感器控制来控制电机102并且在基于传感器控制和无传感器控制之间平滑切换的***100的概述。***100包括电机102、包括位置传感器106的位置误差检测模块104和无传感器位置检测模块108、切换模块110、位置确定模块112和控制模块114。
位置误差检测模块104使用来自位置确定模块112和位置传感器106的数据来检测电机102的转子位置误差(即，转子位置或转子角度的误差)。无传感器位置检测模块108通过使用来自电机102的反EMF和/或高频注入来检测转子位置误差。由无传感器位置检测模块108检测的转子位置误差用于在位置传感器106发生故障或出现故障时确定转子位置。
切换模块110在从位置传感器106或从无传感器位置检测模块108接收转子位置误差数据之间切换。控制模块114检测位置传感器106何时发生故障。当位置传感器106发生故障时，控制模块114将位置传感器106的故障指示提供给切换模块110。
当切换模块110接收到位置传感器106的故障指示时，切换模块110切换用于接收转子位置误差数据的源。当位置传感器106发生故障时，切换模块110从位置传感器106切换到无传感器位置检测模块108，并且从无传感器位置检测模块108接收转子位置误差数据。当位置传感器106正常操作时，切换模块110从无传感器位置检测模块108切换到位置传感器106，并且从位置传感器106接收转子位置误差数据。
位置确定模块112包括位置观测器或运动状态滤波器(MSF)。如下面详细解释的，位置确定模块112基于从切换模块110接收的转子位置误差数据确定转子位置(即转子角度)，并且生成指示所确定转子位置的控制信号。控制模块114基于由位置确定模块112确定的转子位置来控制电机102。也就是说，控制模块114基于由位置确定模块112生成的控制信号来控制电机102。
图2进一步详细地示出了***100。除了图1中所示的***100的元件，图2示出了***100进一步包括缩放因子109、第一组合器111和第二组合器113、低通滤波器(LPF)118以及采样和保持模块116。下面详细描述***100的这些附加元件的操作。
在整个本发明中，位置确定模块112被示为位置观测器或运动状态滤波器。图3示出了位置确定模块112的实例。当如图所示包括扭矩前馈项MFF(一个或多个)项时，位置确定模块112被称为位置观测器或运动观测器。当排除扭矩前馈项MFF(一个或多个)项时，位置确定模块112被称为运动状态滤波器。
图3示出了位置确定模块112包括PID控制器以处理输入(例如，切换模块110的输出)。位置确定模块112的PID控制器包括具有积分路径增益Ki的积分路径、具有比例路径增益Kp的比例路径以及具有微分路径增益Kd的微分路径。位置确定模块112的PID控制器使用增益处理输入并生成输出(例如，位置确定模块112的控制信号)。
在图2中，使用缩放因子109缩放位置传感器106的输出以生成位置传感器106的缩放输出。第一组合器111组合位置传感器106的缩放输出和位置确定模块112输出的控制信号，并且生成输出到切换模块110的第一组合信号。第一组合信号表示基于位置传感器106的输出生成的第一位置误差信号，并且示为位置误差(传感器)。无传感器位置检测模块108检测转子位置误差并生成显示为位置误差(无传感器)的第二位置误差信号。由无传感器位置检测模块108生成的第二位置误差信号由位置确定模块112使用，以在位置传感器106发生故障或出现故障时确定转子位置。
在整个本发明中，第一位置误差信号被称为来自位置传感器106的第一输出，其是基于位置传感器106的输出而生成的位置误差检测模块104的第一输出。进一步，第二位置误差信号被称为来自无传感器位置检测模块108的第二输出，其是基于无传感器位置检测模块108的输出而生成的位置误差检测模块104的第二输出。
切换模块110包括开关Q1，其在第一组合器111的输出(即，基于位置传感器106的输出而生成的位置误差检测模块104的第一输出)与无传感器位置检测模块108的输出(即，基于无传感器位置检测模块108的输出而生成的位置误差检测模块104的第二输出)之间切换。如下所解释的，开关Q1由控制模块114控制。位置确定模块112经由开关Q1接收切换模块110的输出。
切换模块110的输出(即，开关Q1的输出)也被提供给第二组合器113。LPF 118过滤第一组合信号(即，基于位置传感器106的输出生成的位置误差检测模块104的第一输出)并生成滤波输出。LPF 118的滤波输出经由开关Q2提供给第二组合器113。如下所解释的，开关Q2由控制模块114控制。
采样和保持模块116接收第二组合器113的输出并生成提供给位置确定模块112的输出。位置确定模块112基于切换模块110的输出与采样和保持模块116的输出生成指示转子位置的控制信号。如下所解释的，采样和保持模块116的输出也被反馈到第二组合器113。如下面详细解释的，采样和保持模块116、LPF 118和位置确定模块112消除由切换模块110在第一和第二输出之间切换产生的任何瞬态。
当开关Q1处于位置1时，由位置传感器106检测到的转子位置误差驱动位置确定模块112(即，运动状态滤波器或位置观测器)。当开关Q1处于位置2时，由无传感器位置检测模块108检测到的转子位置误差驱动位置确定模块112(即，运动状态滤波器或位置观测器)。
当切换模块110在第一和第二输出(即，基于位置传感器106和无传感器位置检测模块108的输出生成的位置误差检测模块104的输出)之间切换时，由位置确定模块112看到的位置误差(θerror)瞬时地变化。如果位置误差(θerror)的变化足够大，则变化可能干扰电机102的电流控制，从而导致扭矩干扰和/或过电流故障。由于这些原因，期望使转子位置误差源之间(即，位置误差检测模块104的第一和第二输出之间)的转换平滑并且比没有使用转换时稍慢。图2中所示的***100如下实现这些目标。
当开关Q1改变状态时(即，当切换模块110在位置误差检测模块104的第一和第二输出之间切换时)，采样和保持模块116捕获切换瞬间的位置误差(θerror)，并且将其添加到先前的解耦项(D)(即，在由切换模块110执行的先前切换操作时的采样和保持模块116的输出)。解耦项(D)捕获对运动观测器或位置观测器(即，位置确定模块112)的干扰，干扰由其输入的变化(即，通过切换模块110在位置误差检测模块104的第一和第二输出之间切换)而导致。
图4示出了如何在位置确定模块112中应用解耦项D。尽管位置确定模块112被示出为位置观测器(即，没有扭矩前馈项MFF(一个或多个)项)，但是应当理解，本发明的教导，无论使用位置观测器还是运动状态滤波器示出，同样适用于位置观测器和运动状态滤波器。
解耦项D乘以两个不同的增益：比例路径的增益和微分路径的增益。从相应路径中减去所得到的乘积项。所得到的位置确定模块112的干扰响应传递函数由以下等式给出：
Figure GDA0003736451000000091
上述等式示出，解耦项D*Kdp和D*Kdd移动位置确定模块112的干扰响应传递函数的零点。因此，可以通过改变解耦项Kdp和Kdd来调谐或调节位置确定模块112的干扰响应。解耦项D不乘以积分路径的增益(即，位置确定模块112的积分路径不是解耦的)。
图5示出了改变解耦项Kdp和Kdd的量如何影响位置确定模块112的干扰阶跃响应。通过改变解耦项Kdp和Kdd，可以在显示为“可调谐”的预定范围内调谐(即，调节)位置确定模块112的干扰响应。位置确定模块112的干扰响应相对于干扰响应是平滑且较慢的而没有解耦(显示为“无解耦”)。
如下所述，***100处理可能由位置传感器106中的间歇性故障引起的基于传感器操作和无传感器操作(即，在第一和第二输出之间)的任何快速切换。如果控制模块114命令转换到无传感器操作，同时仍然发生从先前转换到基于传感器操作的瞬态，则在转换瞬间从解耦项(即，采样和保持模块116的输出)中减去滤波误差(即，LPF 118的输出)。这在图2中表示为关闭开关Q2。这具有取消尚未稳定的先前瞬态响应的任何部分(由于从无传感器操作切换到基于传感器操作)的效果。在基于传感位置数据被位置传感器106中的故障破坏的情况下过滤要减去的误差，其需要转换回无传感器操作。
由于每次转换(即，在转换时)仅捕获一次干扰，因此不必移除解耦项。位置确定模块112自动地适应，并且位置确定模块112输出的位置和速度(
Figure GDA0003736451000000101
和
Figure GDA0003736451000000102
)在稳定状态下没有误差。虽然
Figure GDA0003736451000000103
可能具有作为解耦项D的函数的稳定状态误差，但是在许多控制***中不使用
Figure GDA0003736451000000104
上述解耦过程可以扩展到使用多个级联运动状态滤波器(MSF)的控制***。例如，可以在无传感器操作中使用两个级联MSF以提供转子角度的更多滤波。一般规则是，无论哪个MSF因基于传感器操作和无传感器操作之间的转换而发生干扰，都要解耦误差。当在转换到基于传感器操作之后很快(例如，在小于预定时间段内)由控制模块114命令转换到无传感器操作时，应该从应用于转换回无传感器操作时解耦的无论哪个MSF的解耦项中减去滤波误差。
图6示出了包括两个级联MSF的***200的实例。如图所示，***200包括图1和2中所示的元件，并且进一步包括级联至位置确定模块112的第二位置确定模块202。如图所示，***200进一步包括连接至第二位置确定模块202和无传感器位置检测模块108的第二采样和保持模块204和第三组合器206。
如图所示，***200在第一和第二输出之间的切换期间执行的解耦。在状态1中操作相对长的时间(例如，大于预定时间段)(即，由于从状态2到状态1的转换没有发生瞬态)之后，当开关Q1从状态1(即，基于传感器操作)改变到状态2(即，无传感器操作)时，控制模块114断言采样和保持模块204的触发信号T1(例如，由于位置传感器106的故障)。
在以下两种情况中的任何一种情况下，控制模块114断言采样和保持模块116的触发信号T2：首先，当开关Q1从状态2(即，无传感器操作)改变为状态1时(即，基于传感器操作)(例如，由于从位置传感器106的故障中恢复)；并且第二，当在状态1中操作相对短的时间(例如，小于预定时间段)之后(即，在从状态2到状态1的最近转换引起的瞬态期间)开关Q1从状态1变为状态2时。在第二种情况下，开关Q2也关闭。
本发明的解耦方法适用于各种状态滤波器和观测器。例如，本发明的解耦方法可以包括在用于检测电力网中的转子角度和转子磁通频率的锁相环中。
图7示出了用于电力网的***300的实例。如图所示，***300包括连接到PI控制器的三相同步参考系转换器302以及采样和保持转换器模块304。三相同步参考系转换器302将三相正弦变量(a、b和c)变换为同步(d和q)参考系。当已知的干扰施加到电力网时(例如，当接通大负载或新的发电操作开始时)，可以触发采样和保持模块304。本发明的解耦方法还可以用于消除无传感器方法之间的转换(例如，至反EMF的高频注入，反之亦然)。
除了平滑基于传感器操作和无传感器操作之间的转换之外，本发明的***和方法可以使用基于反EMF的无传感器操作来维持控制直到最低可能的电机速度。基于反EMF的无传感器操作使用电机102的模型以及反馈和命令信号来估计反EMF角度与控制***使用的转子角度之间的误差。基于反EMF的无传感器操作方法可以在低(即接近零)转子磁通频率下发生故障，因为与转子磁通频率成比例的反EMF在低(即接近零)转子磁通频率下变得不可观察。
本发明提出对电机控制***的以下三个修改以限制低(即接近零)转子磁通频率下的劣化：第一修改包括根据转子磁通频率修改最大扭矩命令限制。第二修改包括根据转子磁通频率修改扭矩转换速率。第三修改包括根据转子磁通频率修改运动状态滤波器或位置观测器的增益(Ki、Kp、Kd)(即，位置确定模块112的增益)。下面解释这些修改。
图8示出了***400，其中根据转子磁通频率调节最大扭矩命令和扭矩转换速率。为清楚起见，图8仅示出了来自***100和***200的控制模块114、位置误差检测模块104和位置确定模块112。然而，***400包括***100和***200的所有元件。如图所示，***400进一步包括扭矩和转换速率限制模块402，其连接至控制模块114、位置误差检测模块104和位置确定模块112。逆变器404根据从控制模块114接收的控制信号驱动电机102。
根据转子磁通频率如下修改最大扭矩命令。随着转子磁通频率降低，最大扭矩命令减小。因此，电机控制***可以具有附加的过电流阈值裕度。在无传感器操作期间的这种修改可以减少电机102的过电流关闭的机会。
根据转子磁通频率如下修改扭矩转换速率。无传感器操作基本上假设所估计速度和所估计位置的误差足够小并且可以忽略。但是，如果扭矩转换速率非常高，则该假设可能是不合理的。因此，无传感器操作可能在高扭矩转换速率下劣化。因此，根据转子磁通频率，通过限制扭矩转换速率可以稳定无传感器操作。
运动状态滤波器或位置观测器的增益(Ki、Kp、Kd)(即位置确定模块112的增益)可以根据转子磁通频率如下修改。在图9中，误差Δθ(即转子角度误差或转子位置误差)可以包括转子磁通频率的更高次谐波分量。通过监测转子磁通频率根据转子磁通频率调节运动状态滤波器或位置观测器(例如，位置确定模块202)的带宽，以去除转子磁通频率的更高次谐波分量。另一个运动状态滤波器或位置观测器(即位置确定模块112)的带宽是固定的。通常，增益可以随着转子磁通频率的降低而降低，并且可以限制为最小值和最大值。在图2中，通过监测转子磁通频率根据转子磁通频率调节运动状态滤波器或位置观测器(例如，位置确定模块112)的带宽，以去除转子磁通频率的更高次谐波分量。
图10示出了用于在基于传感器操作和无传感器操作之间切换时平滑位置确定模块112的响应以及使用对电机控制***的修改来维持控制的方法500。如本文所用，术语“控制”是指上述***中所示的一个或多个元件。
在502处，控制确定是否在基于传感器控制和无传感器控制之间切换(例如，由于位置传感器106的故障的失败或从位置传感器106的故障中恢复)。在504处，如果控制决定在基于传感器控制和无传感器控制之间切换，则控制在切换的瞬间(由采样和保持模块116捕获)将位置误差添加到先前的解耦项(D)(即，在由切换模块110执行的先前切换操作中，采样和保持模块116的输出)。
在506处，控制确定当前是否正在使用基于传感器控制或无传感器控制。如果当前正在使用基于传感器控制，则在508处，控制将开关Q1设置到位置1并且基于来自位置传感器106的第一输出和位置确定模块112的输出的组合来控制电机102。在510、512和514处，控制设置或使用扭矩能力、扭矩转换速率和位置确定模块112的增益的基值(即，没有上述修改)，以控制电机102。
如果当前正在使用无传感器控制，则在516处，控制将开关Q1设置到位置2并且基于来自无传感器位置检测模块108的第二输出(或如果使用上述级联，位置确定模块202的输出)来控制电机102。在518、520和522处，控制设置或使用扭矩能力、扭矩转换速率和增益的修改值(即，具有上述修改)，以控制电机102。
在524处，无论是使用基于传感器控制还是无传感器控制，控制通过使用扭矩能力、扭矩转换速率和根据是使用基于传感器控制还是无传感器控制选择的增益的值基于位置确定模块112的输出操作电机102。
前面的描述本质上仅是示例性的，决不旨在限制本发明、其应用或用途。本发明的广泛教导可以以各种形式实施。因此，尽管本发明包括特定实例，但是本发明的真实范围不应受此限制，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求之后，其它修改将变得显而易见。应当理解，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本发明的原理。进一步，尽管上面将每个实施例描述为具有某些特征，但是关于本发明的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施例的特征中实施和/或与其组合，即使没有明确描述该组合。换句话说，所述实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列仍然在本发明的范围内。
元件之间的空间和功能关系(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“临近”、“在...顶部”、“在...之上”、“在...之下”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是其中在第一元件和第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，但也可以是其中在第一元件和第二元件之间存在(空间或功能上)一个或多个中间元件的间接关系。如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为使用非排他性逻辑OR表示逻辑(A或B或C)，并且不应该被解释为表示“至少一个A、至少一个B以及至少一个C”。
在附图中，箭头所示的箭头方向通常表示图示中感兴趣的信息流(例如数据或指令)。例如，当元件A和元件B交换各种信息但是从元件A发送到元件B的信息与图示相关时，箭头可以从元件A指向元件B。该单向箭头并不意味着没有其它信息从元件B发送到元件A。进一步，对于从元件A发送至元件B的信息，元件B可以向元件A发送对信息的请求或接收确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指部分或包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所述功能的其它合适的硬件部件；或者上述部分或全部的组合，例如在片上***中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些实例中，接口电路可以包括连接至局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本发明的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块之间。例如，多个模块可以允许负载平衡。在进一步的实例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成某些功能。
如上所使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路涵盖处理器电路，处理器电路与附加处理器电路组合，执行来自一个或多个模块的一些或所有代码。对多个处理器电路的参考涵盖离散管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程或上述组合。术语共享存储器电路涵盖单个存储器电路，其存储来自多个模块的一些或所有代码。术语组存储器电路涵盖存储器电路，存储器电路与附加存储器组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。本文使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质传播的暂时电信号或电磁信号(例如载波上)；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非瞬时的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器电路(诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以部分或全部由通过配置通用计算机而创建以执行计算机程序中包括的一个或多个特定功能的专用计算机实施。上述功能块、流程图部件和其它元件用作软件规范，其可以通过熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于所存储数据。计算机程序可以涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出***(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作***、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象表示法)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的对象代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为实例，源代码可以使用来自C、C++、C#、ObjectiveC、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、
Figure GDA0003736451000000161
Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、
Figure GDA0003736451000000162
HTML5(超文本标记语言第5版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、
Figure GDA0003736451000000163
Figure GDA0003736451000000164
Lua、MATLAB、SIMULINK和
Figure GDA0003736451000000165
的语言的语法编写。
权利要求中所述的任何元件均不旨在是35U.SC§112(f)含义内的装置加功能元件，除非使用短语“用于...的装置”来明确地叙述元件或者在使用短语“用于...的操作”或“用于...的步骤”的方法声明的情况下。

Claims (9)

1.一种电动机的无传感器控制方法，包括：
切换模块，其配置为在从传感器接收指示电机的转子位置误差的第一输出和从无传感器位置检测模块接收指示所述电机的所述转子位置误差的第二输出之间切换；
位置确定模块，其配置为基于所述切换模块的输出确定所述电机的转子位置并且生成控制信号以控制所述电机的参数；以及
采样和保持模块，其配置为当所述切换模块在所述第一输出和所述第二输出之间切换时执行采样和保持操作，根据在所述第一输出和所述第二输出之间切换的先前实例，对所述切换模块的所述输出与所述采样和保持模块的输出总和执行所述采样和保持操作，
其中所述位置确定模块进一步配置为：
使用第一和第二增益来缩放所述采样和保持模块的所述输出以生成第一缩放输出和第二缩放输出；以及
基于所述切换模块的所述输出以及所述第一缩放输出和所述第二缩放输出来生成所述控制信号，
其中所述第一增益和所述第二增益控制所述位置确定模块对在所述切换模块在所述第一输出和所述第二输出之间切换时生成的干扰的响应。
2.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，其中所述第一增益和所述第二增益控制所述位置确定模块在预定范围内的所述响应。
3.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，其中所述位置确定模块包括比例-积分-微分控制器，其中所述第一增益和所述第二增益分别包括比例和微分增益，并且其中所述位置确定模块进一步配置为：
使用第三增益来缩放所述切换模块的所述输出以生成第三缩放输出，其中所述第三增益包括积分增益；以及
基于所述第一缩放输出、所述第二缩放输出和第三缩放输出生成所述控制信号。
4.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，进一步包括控制模块，其配置为根据所述电机的转子磁通频率调节所述位置确定模块的带宽。
5.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，其中所述位置确定模块包括比例-积分-微分控制器；其中所述第一增益和所述第二增益以及第三增益分别包括比例增益、微分增益和积分增益；并且其中所述位置确定模块进一步配置为：
接收指示所述电机的扭矩的前馈信号；
使用所述第三增益缩放所述切换模块的所述输出以生成第三缩放输出；以及
基于所述前馈信号和所述第一缩放输出、所述第二缩放输出和所述第三缩放输出生成所述控制信号。
6.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，进一步包括：
滤波器模块，其配置为当所述切换模块从所述第一输出切换到所述第二输出时过滤所述第一输出并生成滤波输出，同时来自从所述第二输出到所述第一输出的先前切换的瞬态正在发生，
其中所述采样和保持模块进一步配置为对所述总和执行所述采样和保持操作，从所述总和中减去所述滤波输出以消除所述瞬态。
7.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，进一步包括控制模块，其配置为当所述切换模块从所述第一输出切换到所述第二输出时控制最大扭矩命令以控制与所述电机的转子磁通频率成正比的所述电机的扭矩。
8.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，进一步包括控制模块，其配置为当所述切换模块从所述第一输出切换到所述第二输出时将所述电机的扭矩的转换速率控制到与所述电机的转子磁通频率成正比的预定最大转换速率限制。
9.如权利要求1所述的电动机的无传感器控制方法，进一步包括控制模块，其配置为当所述切换模块从所述第一输出切换到所述第二输出时控制用于根据所述电机的转子磁通频率缩放所述切换模块的所述输出的所述第一增益和所述第二增益以及第三增益。
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