CN113866480A - 用于马达控制***的相电流测量中的偏移误差的检测 - Google Patents

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CN113866480A CN202111122443.4A CN202111122443A CN113866480A CN 113866480 A CN113866480 A CN 113866480A CN 202111122443 A CN202111122443 A CN 202111122443A CN 113866480 A CN113866480 A CN 113866480A
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Abstract

本发明涉及一种用于检测动力转向***中的偏移误差的***。该***包括可编程高通滤波器模块，其被配置为对最终电压命令进行滤波并生成滤波的最终电压命令。滤波的最终电压命令包括正弦分量，增益和相位补偿模块，其被配置为在滤波的最终电压命令上执行增益补偿和相位补偿，以生成补偿的最终电压命令。误差检测模块被配置为确定定子参考坐标系中所述补偿的最终电压命令的偏移。

Description

用于马达控制***的相电流测量中的偏移误差的检测
背景技术
电动助力转向（EPS）***需要使用扭矩控制的方法操作用以提供转向辅助的电动马达。当使用永磁同步机（PMSM）时，可以利用磁场定向控制（FOC）。FOC将静止参考坐标系中的AC相马达电压和电流信号转换为同步旋转的参考坐标系，通常被称为d/q轴参考坐标系，其中马达电压和电流变为直流（DC）量。通常通过闭环电流控制方法实现FOC扭矩控制，其中所述方法采用电流调节器以使命令电流和测量电流之间的误差最小化，以实现完美的电流跟踪。因此，电流控制需要测量马达电流，这可以通过测量电机的相电流来实现，然后电机的相电流经由派克变换（Park Transform）被变换于同步坐标系中以在同步参考坐标系中执行控制。
当在相电流测量中出现给定大小的偏移误差时，在同步参考坐标系中操作的闭环电流控制调整马达电压，使得马达电流的测量与命令匹配。由于测量是不正确的，因此实际马达电流也不正确。失效模式导致取决于马达位置的马达扭矩和电流误差，其可作为在马达轴处的大的扭矩波动而被感知，并且潜在地大于额定马达电流（对于硬件设计而言）。当由相电流测量偏移误差引起的扭矩波动超过某个阈值时，偏移误差能够产生沿与马达扭矩命令相对的方向的马达扭矩。当用在EPS***中时，产生沿与期望的马达扭矩命令相对的方向的扭矩的失效导致超过来自驾驶员的手动（manual）的努力。
发明内容
在实施例中，提供了一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***。所述***包括可编程高通滤波器模块，其被配置为对最终电压命令进行滤波并生成包括正弦分量的滤波的最终电压命令；增益和相位补偿模块，其被配置成在滤波的最终电压命令上执行增益补偿和相位补偿，以生成补偿的最终电压命令。误差检测模块被配置为确定在定子参考坐标系中补偿的最终电压命令的偏移。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于检测动力转向***中的电流测量偏移误差的方法。所述方法包括确定在转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括常数分量和正弦分量。所述方法还包括对所述电压差异进行滤波以生成包括所述正弦分量的滤波电压差异。所述方法还包括在滤波的电压差异上执行增益补偿和相位补偿以生成补偿的电压差异。所述方法还包括确定补偿的电压差异在定子参考坐标系中的偏移。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于检测动力转向***中的电流测量偏移误差的***。所述***包括电压差异计算模块，其被配置为确定转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括常数分量和正弦分量。所述***还包括可编程高通滤波器模块，其配置成对电压差异进行滤波并生成包括所述正弦分量的滤波的电压差异。所述***还包括增益和相位补偿模块，其被配置为在滤波的电压差异上执行增益补偿和相位补偿，以生成补偿的电压差异。所述***还包括误差检测模块，其被配置为确定定子参考坐标系中补偿的电压差异的偏移。
结合附图根据以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
在说明书结尾处在权利要求中具体地指出并明确地要求保护被认为是本发明的主题。结合附图从以下详细描述中显而易见到本发明的前述和其它特征和优点，附图中：
图1是根据一个实施例的马达控制***的示例性示意图；
图2图示根据一些实施例的相电流测量诊断模块的示意图；
图3图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图；
图4描绘图示根据一些实施例的处理结果的图表；
图5图示根据一个实施例的确定偏移误差的方法；
图6图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图；
图7描绘图示根据一些实施例的自适应低通滤波器的连续时间式和离散时间式实施方案的曲线图；
图8图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图；
图9图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图；
图10图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图；
图11图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图；和
图12图示根据另一实施例的相电流测量诊断模块的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，其中将参照具体实施例描述本发明，而不限制本发明。图1描绘根据本发明的一些实施例的在电流控制反馈回路中利用相电流测量的多相永磁同步电机（PMSM）的扭矩控制模块100的框图。如图所示，扭矩控制模块100包括马达参考电流生成器102、电流调节器模块104和电流测量诊断模块106。图1还描绘电流测量模块108和马达110。
如本文所使用的，术语“模块”或“子模块”是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共享的、专用的或成组的）和存储器、组合逻辑电路，和/或提供所描述的功能的其它合适的部件。当在软件中实现时，模块或子模块能够在存储器中体现为非暂时性机器可读储存介质，其可由处理电路读取并储存用于由处理电路执行以便实施方法的指令。此外，可以被组合和/或进一步划分图中所示的模块和子模块。
马达参考电流生成器102基于输入信号（包括马达扭矩命令114、马达速度116、源电压信号118和马达参数112）生成前馈电压命令120和电流命令122。马达扭矩命令114表示命令扭矩值，并且可以从另一个扭矩控制模块（未示出）得到，或者可以对应于由操作者生成的扭矩值。马达速度116是由速度传感器（未示出）测得的马达110的角速度。速度传感器可以包括例如编码器和用于基于由编码器接收到的信号计算马达110的转子的角速度的速度计算电路。源电压信号118表示来自DC电源（未示出）的桥电压。
马达参数112是马达110的估计值，包括例如马达常数K e （Volt/rad/s）、马达电路电阻R（Ohm）、直轴电感L d （Henry）和交轴电感L q （Henry）。
在一些实施例中，由马达参考电流生成器102生成的电流命令122包括基于马达扭矩命令114、源电压信号118和角速度的参考d轴电流命令和参考q轴电流命令。马达参考电流生成器102还计算前馈电压命令120，其可以包括前馈d轴电压命令和前馈q轴电压命令。前馈电压命令120和电流命令122满足马达扭矩命令114。
电流调节器模块104基于前馈电压命令120、电流命令122和测得的马达电流124确定最终电压命令126。测得的马达电流124包括测得的d轴电流和测得的q轴电流，其在定子参考坐标系中从电流测量信号变换而来。
对于不同类型的电流调节器设计，前馈电压命令通常是不同的。应当理解的是，用于电流测量偏移诊断实施方案的前馈电压项可以与用于使用纯静态前馈控制的马达控制的前馈电压项相似或等同。此外，最终电压命令可以是电流调节器的输出。然而，如果这些电压的测量是可用的，则也可以代替最终电压命令使用由逆变器施加于马达的实际电压，或任何其它合适的电压。
电流调节器模块104向马达110发送最终电压命令126以控制马达。具体地，在一些实施例中，极性转换控制器（未示出）接收d轴电压命令和q轴电压命令作为输入。基于该输入，极性转换控制器确定电压命令和相位超前角。PWM逆变器控制器（未示出）然后接收来自极性转换控制器的电压命令和相位超前角作为输入信号。PWM逆变器控制器还接收由马达位置传感器（未示出）测得的马达110的转子角度值。在一些实施例中，PWM逆变器控制器可以包括过调制空间矢量PWM单元，其生成三个相应的占空比值。占空比值被用于驱动激励马达110的相的逆变器（未示出）的栅极驱动电路（gate drive circuit）。
出于反馈控制的目的，电流测量模块108基于来自马达110的实际电流128生成测得的马达电流124。在一些实施例中，电流测量模块108包括电流测量传感器，其根据传送到马达110的实际电流128生成测得的马达电流124。因此，测量的马达电流124表示由电流测量模块108测得的相电流（例如，两相、三相）的值。在一些实施例中，电流测量模块108将AC相电流的测得值转换为等效的测得的DC电流分量，其是在d/q参考坐标系（转子参考坐标系）中的测得的d轴电流和测得的q轴电流。
在操作中，实际电流128可以在静止参考坐标系中具有偏移误差。测得的实际电流，包括在αβ坐标系中的偏移误差，其中αβ坐标系也是静止坐标系并且表示相电流。静止参考坐标系可以根据以下等式表达：
Figure 132870DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 112327DEST_PATH_IMAGE004
是静止参考坐标系中的相应的测得的电流，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 892064DEST_PATH_IMAGE006
是静止参考坐标系中的实际电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 834744DEST_PATH_IMAGE008
是在静止参考坐标系中表达的电流测量偏移误差。静止参考坐标系可以被用于简化在此示出的数学推导。
当变换到同步参考坐标系中时，测得的马达电流处于旋转参考坐标系中，并且能够被表示为：
Figure 977012DEST_PATH_IMAGE010
Figure 799475DEST_PATH_IMAGE012
Figure 66508DEST_PATH_IMAGE014
Figure 576993DEST_PATH_IMAGE016
其中
Figure 42609DEST_PATH_IMAGE018
并且
Figure 35973DEST_PATH_IMAGE020
。
在操作中，测得的马达电流124可以变得等于电流命令122，从而导致实际电流128的失真（distortion）。该失真通过扭矩控制模块100传播，从而引起同步旋转参考坐标系中前馈电压命令120和最终电压命令126之间的d/q偏移误差。在准确的参数估计的假设下的d/q偏移误差（旋转参考坐标系偏移误差）能够被表达为：
Figure 790302DEST_PATH_IMAGE022
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 605942DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 129328DEST_PATH_IMAGE026
分别为同步频率（电动马达速度）、马达电阻，d轴电感和q轴电感。当这些电压变换回静止坐标系时，电压信号在静止参考坐标系中的偏移保留。
在静止参考坐标系中，电压偏移信号可以表达为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 355910DEST_PATH_IMAGE028
。静止参考坐标系中的电压偏移
Figure 597535DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 449822DEST_PATH_IMAGE028
包含相应的常数分量和相应的正弦分量。正弦分量可以等于马达的同步频率的两倍，并且通常对静止参考坐标系偏移
Figure 93293DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 428460DEST_PATH_IMAGE028
具有小影响。
d/q电压偏移除了由于参数误差引起的正弦项之外还包含常数项，当变换到静止坐标系中时，其变换成正弦分量。此外，取决于具体参数，这些项可以是同步频率的函数，并且随着速度增加而在大小上变大。
电流测量诊断模块106去除d/q电压偏移的常数分量，以提高在变换到静止参考坐标系中之后的误差状态检测的准确性。
具体地，电流测量诊断模块106确定由电流测量模块108生成的测得的马达电流124是否表示正确的测量值。也就是说，电流测量诊断模块106通过分析静止参考坐标系电压偏移
Figure 157381DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 298513DEST_PATH_IMAGE028
来确定电流测量模块108的一个或多个相电流测量传感器是否具有可接受水平的电流测量偏移误差。
电流测量诊断模块106将最终电压命令126与前馈电压命令120相比较，以确定相电流测量是否具有足够大以指示传感器故障或失效的静止参考坐标系偏移误差。在一些实施例中，电流测量诊断模块106确定接收到的电压命令指示电流测量中没有偏移误差。例如当电流测量中的静止参考坐标系偏移误差超过阈值时，电流测量诊断模块106生成诊断标识130。诊断缺陷可以在相电流测量中引入偏移误差。下文描述的***和方法增加了诊断的鲁棒性。
图2更详细地图示一些实施例的电流测量诊断模块106。如图所示，电流测量诊断模块106包括可编程高通滤波器模块204、增益和相位补偿模块206、变换模块208和误差检测模块210。
可编程高通滤波器模块204接收最终电压命令126。可编程高通滤波器模块204被配置为对最终电压命令126进行滤波，从而导致从最终电压命令126去除常数分量。因此，可编程高通滤波器模块204被配置为生成包括最终电压命令126的正弦分量而没有常数分量的滤波的最终电压命令214。因此，可编程高通滤波器模块204可以具有与马达110（图1）的同步频率ω e 成比例的截止频率。可编程高通滤波器模块204可以基于可校准的常数值被编程。该可校准的常数值可以被调谐以减小正弦电压分量中的增益和相位误差。可编程高通滤波器模块204的传递函数可以写作如下：
Figure 796490DEST_PATH_IMAGE030
其中，k是可校准常数，其可以被调谐以减小正弦分量中的增益和相位误差。可编程高通滤波器模块204可以利用同步频率ω e ，并且由滤波器引入的增益和相位误差是静态的。而且，用可编程高通滤波器模块204，可以独立地调谐可校准常数k以确保输入信号的最小失真。可编程高通滤波器模块204不限于上述实施例。比如，只要可编程滤波器去除最终电压命令126的常数分量，就可以使用更高阶的滤波器。
滤波的最终电压命令214被发送到增益和相位补偿模块206。可编程高通滤波器模块204可以将大小和相位误差引入滤波的最终电压命令214，从而需要由增益和相位补偿模块206执行补偿。在一些实施例中，增益和相位补偿模块206包括用以下传递函数的一阶单位增益可编程低通滤波器（PLPF）：
Figure 568137DEST_PATH_IMAGE032
一阶单位增益可编程低通滤波器可以补偿滤波的最终电压命令214以恢复最终电压命令126的增益和相位。可以根据写作下式的约束等式来执行补偿：
Figure 66246DEST_PATH_IMAGE034
在其它实施例中，增益和相位补偿模块206可以利用用以下示出的传递函数的二阶低通滤波器。
Figure 948751DEST_PATH_IMAGE036
上文示出的二阶低通滤波器可以通过使用两个调谐参数
Figure DEST_PATH_IMAGE037
和ζ来允许更具体的瞬态响应。增益和相位补偿将分别需要不同的
Figure 629131DEST_PATH_IMAGE037
和ζ以实现稳态指标（steady statespecification），其必须用上文呈示的方法适当地计算。
增益和相位补偿模块206生成补偿的最终电压命令216，其被发送到变换模块208以便处理。具体地，变换模块208通常利用逆派克变换或类似的数学变换来将DC坐标系（转子参考坐标系或d/q参考坐标系）中的测得的相位电流转换为AC坐标系（定子参考坐标系），从而简化误差确定的分析。变换模块208的输出作为变换的电压偏移（在定子坐标系中表示）被发送到误差检测模块210。误差检测模块210例如在定子参考坐标系中确定相比于阈值的变换的电压偏移的大小，并且确定是否存在电流测量偏移误差。
电流测量诊断模块106为高同步频率以及全频谱的同步频率提供诊断鲁棒性。
可编程高通滤波器模块204以及增益和相位补偿模块206可以被数字地实现以减轻连续时间式滤波器的大小和相位的差异。可编程高通滤波器模块204以及增益和相位补偿模块206的数字实施方案可以基于同步频率，而且在离散域中实现，如以下等式中所示，其中
Figure 571679DEST_PATH_IMAGE023
是动力转向***的马达的同步频率且
Figure 9614DEST_PATH_IMAGE038
是采样时间：
Figure 430231DEST_PATH_IMAGE040
虽然可编程高通滤波器模块204在图2中是一阶滤波器，但是进一步预期和理解的是，可编程高通滤波器模块204可以是更高阶的，例如二阶滤波器。
图3更详细地图示另一个实施例的相电流测量诊断模块。如图所示，相电流测量诊断模块106A包括电压差异计算模块302、可编程高通滤波器模块304、增益和相位补偿模块306、变换模块308和误差检测模块310。
电压差异计算模块302基于前馈电压命令120和最终电压命令126计算电压差异312。在一些实施例中，通过确定前馈电压命令120和最终电压命令126，电压差异312在d/q域中被表示为d/q偏移。电压差异312可以具有常数分量和正弦分量，这两者均在d/q参考坐标系中表示。
可编程高通滤波器模块304接收电压差异312。可编程高通滤波器模块304被配置为对电压差异312进行滤波，从而导致去除常数分量。因此，可编程高通滤波器模块304被配置为生成包括电压差异312的正弦分量而没有常数分量的滤波的电压差异314。因此，可编程高通滤波器模块304可以具有与马达110（图1）的同步频率
Figure DEST_PATH_IMAGE041
成比例的截止频率。可编程高通滤波器模块304可以基于可校准的常数值被编程。该可校准的常数值可以被调谐以减小正弦电压分量中的增益和相位误差。可编程高通滤波器模块304的传递函数可以被写作如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
其中，k是可校准常数，其可以被调谐以减小正弦分量中的增益和相位误差。可编程高通滤波器模块304可以利用同步频率
Figure 948806DEST_PATH_IMAGE041
，并且由滤波器引入的增益和相位误差是静态的。而且，用可编程高通滤波器模块304，可以独立地调谐可校准常数k以确保输入信号的最小失真。可编程高通滤波器模块304不限于上述实施例。比如，只要可编程滤波器去除电压差异312的常数分量，就可以使用更高阶的滤波器。
滤波的电压差异314被发送到增益和相位补偿模块306。可编程高通滤波器模块304可以将大小和相位误差引入滤波的电压差异314，从而需要由增益和相位补偿模块306执行补偿。在一些实施例中，增益和相位补偿模块306包括用以下传递函数的一阶单位增益可编程低通滤波器（PLPF）：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
一阶单位增益可编程低通滤波器可以补偿滤波的电压差异314以恢复电压差异312的增益和相位。可以根据写作下式的约束等式来执行补偿：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
在其它实施例中，增益和相位补偿模块306可以利用用以下示出的传递函数的二阶低通滤波器。
Figure DEST_PATH_IMAGE049
上文所示的二阶低通滤波器可以通过使用两个调谐参数
Figure 124572DEST_PATH_IMAGE037
和ζ来允许更具体的瞬态响应。增益和相位补偿将分别需要不同的ζ和
Figure 128431DEST_PATH_IMAGE037
以实现稳态指标，其必须用上文呈示的方法适当地计算。
增益和相位补偿模块306生成被发送到变换模块308以便处理的补偿电压差异316。具体地，变换模块308通常利用逆派克变换或类似的数学变换将DC坐标系（转子参考坐标系，或d/q参考坐标系）中测得的相电流转换为AC坐标系（定子参考坐标系），从而简化误差确定的分析。变换模块308的输出作为在定子坐标系中表示的变换的电压偏移被发送到误差确定模块310。 误差检测模块310例如在定子参考坐标系中确定相比于一定阈值的变换的电压偏移的大小。误差检测模块310可基于变换的电压偏移来确定是否存在电流测量偏移误差。
相电流测量诊断模块106A为高同步频率以及全频谱的同步频率提供诊断鲁棒性。
可编程高通滤波器模块304以及增益和相位补偿模块306可以数字地实现以减轻连续时间式滤波器的大小和相位的差异。可编程高通滤波器模块304以及增益和相位补偿模块306的数字实施方案可以基于同步频率，而且在离散域中实现，如以下等式中所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE051
图4示出两幅图表，第一图表402图示在存在电流测量偏移误差的情况下的
Figure 352739DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure DEST_PATH_IMAGE053
。第二图表404处示出由电流测量诊断模块106（例如，图3）进行的处理的结果。如能够认识到的那样，相电流偏移作为
Figure 210974DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure DEST_PATH_IMAGE055
中的电压偏移出现。
图5是根据本发明的一些实施例的能够由扭矩控制模块100（图1）执行的控制方法的流程图。
如根据本公开能够认识到的那样，该方法内的操作顺序不限于如图5中所示的顺序执行，而且可以根据适用和根据本公开以一种或多种变化的次序执行。
在框510处，扭矩控制模块100确定转子参考坐标系中的参考电压命令和最终电压命令的电压差异。最终电压差异包括常数分量和正弦分量。在框520处，扭矩控制模块100对最终电压差异进行滤波，以生成包括正弦分量的滤波的最终电压差异。
在框530处，扭矩控制模块100在滤波的最终电压差异上执行增益补偿和相位补偿，以生成补偿的最终电压差异。相位补偿可以例如用一阶滤波器或二阶滤波器恢复电压差异的增益和相位。
在框540处，扭矩控制模块100确定定子参考坐标系中补偿的最终电压差异的偏移。扭矩控制模块100还可以将直轴电压信号和交轴电压信号发送到马达以控制该马达。在一些实施例中，扭矩控制模块100引起显示指示电流测量的正确性或不正确性的状态。比如，扭矩控制模块100向操作者或技术人员输出该状态以便诊断马达电流传感器的功能。
还描述了通过在静止坐标系中实现自适应低通滤波器来进一步改进诊断方案对机器参数误差的鲁棒性的技术方案。先前描述的技术方案促进在同步坐标系中执行自适应带通滤波以仅提取由当前测量偏移误差引起的一阶项，此后执行到静止坐标系的变换。在这样的技术方案由于自适应实现而去除了在高速下由参数估计误差引起的误差项时，该技术方案还去除了零速度（速度低于预定阈值）下的诊断信息，其中参数估计误差以及诊断项都是常数。这样的技术方案因此促进针对速度控制应用诊断电流偏移误差，其中速度主要是非零的（高于预定阈值）。然而，对于扭矩控制应用，诸如在基本上接近零速度的EPS操作中，接近零速度的诊断能力可能被降低，从而导致不符合安全要求，且此外，还导致装备有EPS的车辆的安全问题。还应该注意到的是，目前描述的技术方案可以使用混合技术来禁用接近零速度的滤波器，使得也能够在零马达速度下使用针对电流测量偏移误差的诊断。进一步描述的技术方案在不使用专用于接近零速度的情形的额外逻辑的情况下，解决了接近零速度的电流测量偏移误差的检测和处理。
所描述的技术方案进一步通过促进除了非零速度之外的零速度下的诊断来解决技术问题。该技术方案以与在高速范围中在同步参考坐标系中使用自适应带通滤波器类似的方式操作EPS，并且还以零速度下的参数误差的降低的鲁棒性为代价来保持检测偏移误差的能力。由于自适应滤波技术，诊断方案具有可变的检测时间，这促进EPS满足更严格的安全合规要求。此外，改进了误差检测，使得检测更加一致并且促进更快的诊断校准。
使用图1中所示的部件实现进一步描述的技术方案，以便利用电流控制反馈回路中的相电流测量连同电流测量诊断组块106进行多相PMSM的扭矩控制，所述电流测量诊断组块106利用前馈和最终马达电压命令信号来检测包含偏移误差的具体相电流测量分流。
在三相abc静止参考坐标系中，具有偏移误差的电流测量能够数学地表达为，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
变换（使用Clarke变换）到两相αβ静止坐标系给出，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE061
并且
Figure DEST_PATH_IMAGE063
。
Figure 886804DEST_PATH_IMAGE008
项符号中的+号和-号分别用于正和负机电极性***（electromechanical polarity system）。应当注意的是，该符号差异促进针对两个***配置配置检测算法。本文所描述的示例出于描述和解释的目的使用正机电极性***，然而，基于本文的描述，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，本文的技术方案也类似地适用于负机电极性***。此外，对于具有两个测量的***，比如对于相b和c，可以通过设定
Figure 299331DEST_PATH_IMAGE064
来修正前述计算。
用于在abc和αβ静止坐标系之间转换的变换矩阵是，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
αβ变换是从三轴坐标系到静止两轴参考坐标系上的相位量（phase quantity）的投影，通过保持所述变换被应用于其上的电参数的幅值。例如，在上文中，αβ参考坐标系中的电流的幅值与abc参考坐标系中的电流的幅值相同。
根据一个或多个示例，可以使用如图6中所示的部件来实现电流测量诊断组块106。如图所示，根据本实施例的电流测量诊断模块106包括可编程低通滤波器模块604、变换模块608和误差检测模块610。
此外，在这种情况下，变换模块608接收最终电压命令126。在一个或多个示例中，增益和相位补偿模块（诸如图2中的206）生成最终电压命令126，并且先于变换模块608。变换模块608可以利用逆派克变换或类似的数学变换将DC坐标系（转子参考坐标系或d/q参考坐标系）中的测量的相电压转换到AC坐标系（定子参考坐标系）中。
由变换模块608输出的变换的最终电压命令614被发送到可编程低通滤波器模块604。可编程低通滤波器模块604对变换的最终电压命令614进行滤波，从而导致从变换的最终电压命令614中去除常数分量。因此，可编程低通滤波器模块604生成经滤波的变换的最终电压命令616，其包括最终电压命令126的正弦分量，而没有常数分量。应当注意的是，在变换之后，最终电压命令126的正弦分量在静止坐标系中变成常数，而且由同步坐标系中的参数估计引入的常数分量变成正弦分量，其由自适应低通滤波器滤除。
因此，在执行到静止坐标系的变换之后，该方案在定子坐标系中执行自适应低通滤波，以仅提取由当前测量偏移误差引起的一阶项。因此，由于自适应实现，该方案去除了在高速下由参数估计误差引起的所有误差项，而且还促进维持零（或低速）速度下的诊断信息，其中参数估计误差以及诊断项两者均是常数。因此，即使当EPS马达几乎接近零速度或以零速度操作时，例如在低于预定阈值（例如，10 rad/s、5 rad/s、2 rad/s等）的速度下操作时，该技术方案也促进针对EPS的扭矩控制应用。
在一个或多个示例中，低通滤波器模块604使用具有一定结构的一阶滤波器，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
其中k是可调参数，其可以基于马达110的同步频率或电速度。
替代性地，低通滤波器模块604使用二阶滤波器，其提供额外的调谐灵活性，诸如，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
调谐变量可以被调谐以便摒除马达110的同步频率ω e 及其以上下的频率分量，这促进DC分量通过。这是因为在静止坐标系中，电流测量偏移误差是DC，同时误差分量本质上是脉冲式的。例如，在一阶滤波器中，参数k可以在0和1之间，诸如0.5。
替代性地或额外地，对于低通滤波器模块604的离散式实施方案，可以使用诸如Tustin变换的变换。
可以数字地实现用于低通滤波器模块604的低通滤波器，以减轻连续时间式滤波器的大小和相位的差异。例如，Tustin变换的s到z域表达式由下式给出，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
其中T s 是在其中实现诊断的控制回路的采样时间。
图7图示针对两个不同速度的连续时间式和离散时间式一阶低通滤波器的频率和阶跃响应的曲线图。将理解的是，阶跃响应清楚地示出在变化的马达110的同步频率下的可变检测时间。
低通滤波器模块604的输出被发送到误差检测模块610，作为在定子坐标系中表示的滤波的变换的电压偏移。误差检测模块610确定与定子参考坐标系中的预定阈值相比的滤波的变换的电压偏移的大小，并且确定是否存在电流测量偏移误差。误差检测模块610类似于先前描述的误差检测模块210（和/或310），并且可以包括误差比较逻辑连同一个或多个PN计数器。
在又一实施例中，如由图8图示的，相电流测量诊断模块106包括电压差异计算模块802连同可编程低通滤波器604、变换模块608和误差诊断模块610。
电压差异计算模块802基于前馈电压命令120和最终电压命令126计算电压差异812。在一些实施例中，通过确定前馈电压命令120和最终电压命令126，电压差异812在d/q域中表示为d/q偏移。电压差异812可以具有常数分量和正弦分量，这两者都在d/q参考坐标系中表示。
差异计算在由变换模块608将电压变换成静止坐标系之前去除低频分量（由于变化的操作条件）。所得的电压差异812被传递到变换模块608，变换模块608将该差异变换至静止参考坐标系。然后变换的电压差异被传递到低通滤波器模块604。
在该方案中，存在两个自适应低通滤波器，其分别用于两个电压V d 和V q 。低通滤波器模块604可以如先前所述使用一阶低通滤波器和/或高阶低通滤波器（诸如二阶低通滤波器），并且带有根据马达110的频率调适的可调谐因子。
低通滤波器模块604的输出被发送到误差确定模块610作为定子坐标系中的经变换和滤波的电压偏移616。误差检测模块610例如在定子参考坐标系中确定与阈值相比较的变换的电压偏移的大小。误差检测模块310可以基于经变换和滤波的电压偏移616确定是否存在电流测量偏移误差。
图9图示用于实现电流相位诊断模块106的又一实施例。例如，电流相位诊断模块106包括电压差异计算模块802、变换模块608、低通滤波器模块604、误差检测模块610和电压大小计算模块920。电压大小计算模块920在执行自适应低通滤波之前计算静止坐标系电压矢量的大小。
电压大小组块计算静止坐标系电压矢量的大小∣ΔVαβ∣。该计算可以表达为，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
Figure DEST_PATH_IMAGE076
Figure DEST_PATH_IMAGE078
Figure DEST_PATH_IMAGE080
另外，参数误差可以作为同步频率下的额外脉冲项被引入，其被低通滤波器滤除。基于所需的最小检测时间限制由低通滤波器模块604所使用的低通滤波器的最小频率。该实施方案的检测时间可以表达为，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
其中
Figure 514281DEST_PATH_IMAGE083
是电流偏移误差检测阈值（针对三测量和二测量***分别等于
Figure 695863DEST_PATH_IMAGE085
和
Figure 885536DEST_PATH_IMAGE087
），且ΔI e 是***中的实际偏移误差。
在又一实施例中，相电流诊断模块106可以通过首先执行大小平方计算，然后过滤并此后取得平方根来实现。图10图示这样的实施方案的部件和数据流。
在一个或多个示例中，电流相位诊断模块106可以在没有电压差异计算的情况下使用大小计算。例如，图11和图12图示使用大小计算确定电流偏移误差的部件和数据流。例如，在图11中，电压大小计算模块920计算经变换的电压命令614的大小，并将用于低通滤波的结果传递至低通滤波器模块604。由低通滤波器模块604输出的经变换和滤波的电压命令大小随后被传递到误差检测模块610，误差检测模块610根据与定子坐标系中的预定阈值的比较来配置诊断标识130。
替代性地，如图12中所示，电压大小平方计算模块1020计算经变换的电压命令614的大小的平方，并将输出传递至可编程低通滤波器模块604。然后经滤波的电压命令的大小的平方被传递到电压大小平方根计算模块1030，以便确定经变换和滤波的电压命令616。然后将结果传递到误差检测模块610，该误差检测模块610根据与定子坐标系中的预定阈值的比较来配置诊断标识130。
在又一实施例中，通过将电压大小平方计算模块1020的输出转换为电流值的平方，减小了改变针对偏移诊断所使用的阈值的马达的速度的影响。例如，以下表达式可以被用于转换。
Figure 847676DEST_PATH_IMAGE089
然后，由低通滤波器模块604对电流大小平方进行低通滤波，并由误差检测模块610将其与电流阈值相比较。
本文所描述的技术方案促进诊断与控制马达的闭环***相关联的电流偏移误差（诸如在EPS应用中）。例如，由于电阻估计误差，在同步坐标系中存在DC分量，其是静止坐标系中的脉冲分量。在偏移误差的情况下，静止坐标系电压具有大的DC分量，并且由自适应低通滤波器成功地去除脉冲分量。马达的速度变化不影响误差电压，且因此，该技术方案促进基于马达频率使用低通滤波器检测电流中的偏移误差，并减少检测时间。通常，同步中的额外残余脉冲分量是由于凸极式机器的凸极项。使用本文所描述的技术方案，应用于静止坐标系电压大小的低通滤波器去除脉冲分量，并且生成包含电流测量偏移误差信息的DC分量。
根据一个或多个实施例，一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***包括将最终电压命令从同步参考坐标系转换至定子参考坐标系中的变换模块。该***还包括可编程低通滤波器模块，其对变换的最终电压命令进行滤波，并生成包括对应于电流测量偏移误差的常数分量的滤波的最终电压命令。该***还包括误差检测模块，其基于定子参考坐标系中的滤波的最终电压命令确定电流测量偏移误差。
根据一个或多个实施例，一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的方法包括确定在转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括常数分量和正弦分量。所述方法还包括将来自转子参考坐标系的电压差异变换成定子参考坐标系中的变换的电压差异。所述方法还包括对所述变换的电压差异进行滤波，以生成包括常数分量的滤波的电压差异。所述方法还包括基于定子参考坐标系中的滤波的电压差异确定电流测量偏移误差。
根据一个或多个实施例，一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***包括电压差异计算模块，其确定转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异。电压差异包括常数分量和正弦分量，其中常数分量由参数误差引起，并且正弦分量由电流测量偏移误差引起。***还包括将电压差异变换至定子参考坐标系中的变换模块，以及对变换的电压差异进行滤波并生成包括正弦分量的滤波的电压差异的可编程低通滤波器模块。***还包括误差检测模块，其基于定子参考坐标系中的滤波的电压差异确定电流测量偏移误差。
虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但应当容易地理解，本发明不限于这些公开的实施例。而且，能够修改本发明以并入任何数量的先前未描述、但与本发明的精神和范围相当的变型、更改、替代或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解的是，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不被视为受到前述描述的限制。

Claims (31)

1.一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***，包括：
变换模块，其被配置为将最终电压命令从同步参考坐标系转换至定子参考坐标系；
参考电流生成器，所述参考电流生成器被配置成计算前馈电压命令以满足马达扭矩命令；
可编程低通滤波器模块，其被配置成对变换的最终电压命令进行滤波且生成滤波的最终电压命令，所述滤波的最终电压命令包括对应于所述电流测量偏移误差的常数分量；以及
误差检测模块，其被配置成基于所述定子参考坐标系中所述滤波的最终电压命令确定所述电流测量偏移误差；
其中所述变换模块使用逆派克变换来变换所述最终电压命令，以将所述最终电压命令变换至所述定子参考坐标系。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述可编程低通滤波器模块包括基于同步马达频率和能够校准的常数的传递函数。
3. 根据权利要求1所述的***，其特征在于，其中所述变换模块将所述最终电压命令中对应于所述电流测量偏移误差的正弦分量变换成常数分量。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，其中所述可编程低通滤波器模块使用利用如下传递函数的一阶滤波
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中k是常数值，且ω e 是与马达控制相关联的马达的同步频率。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，其中所述低通滤波器模块在离散域中执行低通滤波。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，其中所使用的所述离散域是根据：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
,
其中T s 是采样时间。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还基于转子参考坐标系中的所述最终电压命令来确定所述电流测量偏移误差。
8.一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的方法，包括：
确定转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括常数分量和正弦分量；
将来自转子参考坐标系的电压差异变换成定子参考坐标系中的变换的电压差异；
计算前馈电压命令以满足马达扭矩命令；
对所述变换的电压差异进行滤波以生成包括所述常数分量的滤波的电压差异；以及
基于所述定子参考坐标系中的所述滤波的电压差异确定电流测量偏移误差；
其中使用逆派克变换来变换所述电压差异，以将所述电压差异变换至所述定子参考坐标系。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中滤波是基于传递函数，所述传递函数是基于马达控制的马达的同步马达频率和能够校准的常数。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中从所述转子参考坐标系到所述定子参考坐标系的所述电压差异的变换将所述最终电压命令中对应于所述电流测量偏移误差的所述正弦分量变换成所述变换的电压差异中的常数分量。
11.一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***，包括：
电压差异计算模块，其被配置为确定转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括第一常数分量和第一正弦分量；
变换模块，其被配置为将所述电压差异变换至定子参考坐标系中，变换的电压差异包括第二常数分量和第二正弦分量；
参考电流生成器，所述参考电流生成器被配置成计算前馈电压命令以满足马达扭矩命令；
可编程低通滤波器模块，其配置成对所述变换的电压差异进行滤波且生成包括所述第二常数分量的滤波的电压差异；以及
误差检测模块，其被配置为基于所述定子参考坐标系中的所述滤波的电压差异确定所述电流测量偏移误差；
其中所述变换模块将所述最终电压命令中对应于所述电流测量偏移误差的所述第一正弦分量变换成所述变换的电压差异中的所述第二常数分量，其中所述变换模块对所述电压差异执行逆派克变换，以将所述电压差异变换至所述定子参考坐标系。
12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，其中所述可编程低通滤波器模块包括基于同步马达频率和能够校准的常数的传递函数。
13.一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***，包括：
控制模块，其被配置为响应于操作者命令来生成用于马达的最终电压命令；
变换模块，其将所述最终电压命令从同步参考坐标系转换至定子参考坐标系，其中所述变换模块使用逆派克变换来变换所述最终电压命令，以将所述最终电压命令变换至所述定子参考坐标系；
可编程低通滤波器模块，其对变换的最终电压命令进行滤波且生成滤波的最终电压命令，所述滤波的最终电压命令包括对应于所述电流测量偏移误差的常数分量；以及
误差检测模块，其基于所述定子参考坐标系中所述滤波的最终电压命令确定所述电流测量偏移误差，其中所述最终电压命令使得所述马达生成相应量的扭矩。
14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述可编程低通滤波器模块包括基于同步马达频率和能够校准的常数的传递函数。
15.根据权利要求13所述的***，其特征在于，其中所述变换模块将所述最终电压命令中对应于所述电流测量偏移误差的正弦分量变换成常数分量。
16.根据权利要求13所述的***，其特征在于，其中所述可编程低通滤波器模块使用利用如下传递函数的一阶滤波
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中k是常数值，且ω e 是与马达控制相关联的马达的同步频率。
17.根据权利要求13所述的***，其特征在于，其中所述低通滤波器模块在离散域中执行低通滤波。
18.根据权利要求17所述的***，其特征在于，其中所使用的所述离散域是根据：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
,
其中T s 是采样时间。
19.根据权利要求13所述的***，其特征在于，还基于转子参考坐标系中的所述最终电压命令来确定所述电流测量偏移误差。
20.一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的方法，包括：
接收输入命令以使用由马达控制***控制的马达来生成扭矩；
确定转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括常数分量和正弦分量；
使用逆派克变换将来自转子参考坐标系的电压差异变换成定子参考坐标系中的变换的电压差异；
对所述变换的电压差异进行滤波以生成包括所述常数分量的滤波的电压差异；以及
基于所述定子参考坐标系中的所述滤波的电压差异确定电流测量偏移误差，所述最终电压命令使得所述马达生成所述扭矩。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中滤波是基于传递函数，所述传递函数是基于马达控制的马达的同步马达频率和能够校准的常数。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中从所述转子参考坐标系到所述定子参考坐标系的所述电压差异的变换将所述最终电压命令中对应于所述电流测量偏移误差的所述正弦分量变换成所述变换的电压差异中的常数分量。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述滤波包括使用如下传递函数的一阶低通滤波
Figure 428189DEST_PATH_IMAGE005
其中k是常数值，且ω e 是与马达控制相关联的马达的同步频率。
24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中所述滤波是在离散域中执行的低通滤波。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中变换的电压偏移基于转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的差异，并且电流测量偏移至少部分地基于所述变换的电压偏移被确定。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，其中根据所述电流测量偏移误差的大小产生误差标志信号。
27.一种用于检测马达控制***中的电流测量偏移误差的***，包括：
电压差异计算模块，其确定转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的电压差异，所述电压差异包括第一常数分量和第一正弦分量，所述最终电压命令响应于用于使用由马达控制***控制的马达生成扭矩的输入命令而被生成；
变换模块，其将所述电压差异变换至定子参考坐标系中，变换的电压差异包括第二常数分量和第二正弦分量，其中所述变换模块使用逆派克变换来变换所述电压差异；
可编程低通滤波器模块，其对所述变换的电压差异进行滤波且生成包括所述第二常数分量的滤波的电压差异；以及
误差检测模块，其基于所述定子参考坐标系中的所述滤波的电压差异确定所述电流测量偏移误差。
28.根据权利要求27所述的***，其特征在于，其中所述可编程低通滤波器模块包括基于同步马达频率和能够校准的常数的传递函数。
29.根据权利要求27所述的***，其特征在于，其中所述变换模块将所述最终电压命令中对应于所述电流测量偏移误差的所述第一正弦分量变换成所述变换的电压差异中的所述第二常数分量。
30.根据权利要求27所述的***，其特征在于，其中变换的电压偏移基于转子参考坐标系中参考电压命令和最终电压命令的差异，并且电流测量偏移至少部分地基于所述变换的电压偏移被确定。
31.根据权利要求30所述的***，其特征在于，其中根据所述电流测量偏移误差的大小产生误差标志信号。
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