本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的對(duì)psm電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器進(jìn)行監(jiān)控的方法以及一種根據(jù)權(quán)利要求8前序部分的對(duì)psm電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

永磁同步電機(jī)，也被稱(chēng)為psm電機(jī)，在機(jī)動(dòng)車(chē)上被用于不同目的，例如用于轉(zhuǎn)向力支持、牽引驅(qū)動(dòng)或其他驅(qū)動(dòng)。psm電機(jī)是具有布置在動(dòng)子上或動(dòng)子內(nèi)的永磁體的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)。至少一個(gè)定子包括三相繞組或多相繞組并且由以120度的角度分布的相構(gòu)成。相的線(xiàn)圈在圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)的圓周上分布，與此相對(duì)地，轉(zhuǎn)子關(guān)于定子以能轉(zhuǎn)動(dòng)的方式受支承。

psm電機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，例如電流、電壓、磁通等可以在三維坐標(biāo)系(u、v、w)上示出，如圖1所示。圖1示出已知的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)100，尤其是psm電機(jī)，其包括定子(未示出)和轉(zhuǎn)子101，它們關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)102以能相對(duì)彼此轉(zhuǎn)動(dòng)的方式受支承。在定子上，至少三個(gè)線(xiàn)圈均勻地以120度分布在圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)102的圓周上。設(shè)置有三個(gè)相u、v和w。其中每個(gè)相u、v、w通常與數(shù)量相同的線(xiàn)圈連接，它們以相同的間距分布在圓周上。極對(duì)數(shù)zp和與其相關(guān)聯(lián)的線(xiàn)圈數(shù)量視應(yīng)用而定地是可選擇的。在轉(zhuǎn)子101上優(yōu)選布置有至少一個(gè)永磁體103，其中，在以相移的交變電流驅(qū)控相u、v、w時(shí)生成轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子101圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)102相對(duì)于定子轉(zhuǎn)動(dòng)。

相u、v、w的相移式驅(qū)控可以在不同坐標(biāo)系內(nèi)示出。在相對(duì)定子固定的u、v、w坐標(biāo)系內(nèi)，坐標(biāo)軸相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)了120°。因?yàn)槲籾、v、w的電流之和為零，所以電流矢量或電流向量也在相對(duì)定子固定的二維的α/β坐標(biāo)系內(nèi)示出。此外，在圖1中，設(shè)置了相對(duì)轉(zhuǎn)子固定的d、q坐標(biāo)系，其d分量以與永磁體103的磁通ψpm相同指向地延伸。q分量垂直于d分量地延伸。d軸和α軸或u軸之間的角度相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)100的轉(zhuǎn)子101和定子之間的電轉(zhuǎn)動(dòng)角度θd或θel。電轉(zhuǎn)動(dòng)角度θd或θel相應(yīng)于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)角度θmech乘以極對(duì)數(shù)zp。利用將狀態(tài)參數(shù)變換到d、q坐標(biāo)系中簡(jiǎn)化了psm電機(jī)的微分方程并且可以如直流電機(jī)那樣來(lái)調(diào)節(jié)psm電機(jī)。這被稱(chēng)為磁場(chǎng)定向調(diào)節(jié)或for。在磁場(chǎng)定向調(diào)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)流過(guò)旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)的總目標(biāo)電流關(guān)于相對(duì)轉(zhuǎn)子(磁通)固定的d、q坐標(biāo)系來(lái)確定，從而較簡(jiǎn)單地執(zhí)行一些控制或調(diào)節(jié)過(guò)程并簡(jiǎn)化了一些計(jì)算。

圖2概述示出psm電機(jī)的for?？刂品至?05基于旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)100的總目標(biāo)電流的預(yù)定的d和q分量isd、isq生成電壓的d和q分量usd、usq。d和q分量isd、isq展開(kāi)成相應(yīng)于總目標(biāo)電流的電流向量。在控制分量205中生成且通過(guò)d和q分量usd、usq表示的電壓利用轉(zhuǎn)換器210從d、q坐標(biāo)系變換到三維坐標(biāo)系、尤其是u、v、w坐標(biāo)系中。在此得到三個(gè)電壓us1、us2、us3，它們利用向量調(diào)制器215基于中間回路電壓udc變換成三個(gè)對(duì)應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)pwm1、pwm2和pwm3。在用于車(chē)輛中時(shí)，中間回路電壓udc可以相應(yīng)于車(chē)載電源電壓或者也可以對(duì)應(yīng)于蓄電池電壓。脈沖逆變器220被設(shè)立用于將其中每個(gè)相u、v、w交替地與中間回路電壓udc的高電勢(shì)和低電勢(shì)連接，從而在相u、v、w上出現(xiàn)期望的電壓。施加的電壓引起通過(guò)相u、v和w的實(shí)際相電流。至少一個(gè)實(shí)際相電流利用至少一個(gè)探測(cè)裝置225來(lái)探測(cè)，探測(cè)裝置也包括電流傳感器。通過(guò)位置傳感器230以如下方式基于測(cè)得的轉(zhuǎn)子機(jī)械位置θmech和極對(duì)數(shù)zp獲知psm的電角度θel：

θel＝zp·θmech(方程1)，

為了補(bǔ)償兩個(gè)電流isd和isq的相互作用，可以引入解耦器240。

從旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)100、脈沖逆變器220、具有一個(gè)或多個(gè)電流傳感器225和位置傳感器230的探測(cè)裝置出發(fā)，示出的元件或塊通常作為在處理裝置上運(yùn)行的方法的方法步驟來(lái)實(shí)施，處理裝置優(yōu)選包括可編程的微型計(jì)算機(jī)。輸入的信號(hào)通常利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)探測(cè)，并且待提供的信號(hào)要么數(shù)字式利用驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)輸出，要么模擬式利用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器來(lái)輸出。在這方面，控制設(shè)備也可以被看作方法的表現(xiàn)。

針對(duì)執(zhí)行for，除了電流傳感器和中間回路電壓之外，還需要關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的信息，以便確保在根據(jù)圖1的坐標(biāo)系中的變換。重要的是，能夠獲知永磁體磁通的正確位置并且能夠?qū)崿F(xiàn)以很小的相電流幅值(和進(jìn)而以高效率)準(zhǔn)確地形成轉(zhuǎn)矩。如果轉(zhuǎn)子位置錯(cuò)誤，可能產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)矩或者在最糟糕情況下產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩。這對(duì)于某些應(yīng)用，例如在轉(zhuǎn)向或電動(dòng)汽車(chē)等中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)樵诖擞捎阱e(cuò)誤的角度使電機(jī)不是朝一個(gè)方向加速而是朝這個(gè)方向制動(dòng)并且可能朝相反方向運(yùn)動(dòng)，這可能導(dǎo)致事故等?；诖嗽?，測(cè)量轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器(或還有轉(zhuǎn)速傳感器)是非常重要的并且是不可取消的。

然而位置傳感器的功能性可能受各種不同效果的影響。在傳感器完全失靈或部分失靈(例如傳感器信道失靈)時(shí)，無(wú)法獲知或無(wú)法正確獲知轉(zhuǎn)子位置。傳感器在軸上滑動(dòng)(常見(jiàn)的故障情況)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度偏移，這可能提供錯(cuò)誤的坐標(biāo)系并且進(jìn)而可能導(dǎo)致不受控的狀態(tài)。

為了監(jiān)控位置傳感器的功能性可以安裝冗余的傳感器，從而兩個(gè)傳感器相互監(jiān)控。然而由此會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)的成本。替選地，也可以為了節(jié)約成本使用計(jì)算模型，計(jì)算模型獲知位置，隨后該位置被與測(cè)得的傳感器位置進(jìn)行比較。在文獻(xiàn)(例如dierk博士的“elektrischeantrieberegelungvonantriebssystemen”，3.auflage，springerverlag，tu-münchen2001(《驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)》，第三版，施普林格出版社，慕尼黑工業(yè)大學(xué)2001年))中有大量的用于獲知位置的方法(松井(matsui)、沃瑪特(wallmarkt)、蘭波格觀察器(leonbergerbeobachter)、卡爾曼濾波器等)。已知的方法基于emk(電磁力)，即，它們需要基于永磁體磁通的電機(jī)的感應(yīng)電壓以及用于它們計(jì)算的轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)速較小和靜止?fàn)顟B(tài)下，emk非常小并且不會(huì)提供合理的結(jié)果。因而只有自特定的最小轉(zhuǎn)速起才使用這些方法。最小轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)裝置和傳感機(jī)構(gòu)有關(guān)。最小轉(zhuǎn)速通常位于最大轉(zhuǎn)速的10％至15％的范圍內(nèi)。針對(duì)更小的轉(zhuǎn)速作為最小轉(zhuǎn)速，利用這些方法獲知轉(zhuǎn)子位置可能是有錯(cuò)誤的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在電機(jī)內(nèi)以高頻率輸入信號(hào)的注入方法(injektionsverfahren)可以在較小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲知位置。缺點(diǎn)是，由于高頻電流產(chǎn)生的噪聲會(huì)帶來(lái)聲學(xué)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因而本發(fā)明的任務(wù)是提出如下的方法和系統(tǒng)，通過(guò)它們可以在較小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以及靜止?fàn)顟B(tài)下獲知psm的轉(zhuǎn)子位置。在此，應(yīng)當(dāng)避免聲學(xué)問(wèn)題。

該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。有利的實(shí)施方案是從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)本發(fā)明提出了一種對(duì)psm電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器進(jìn)行監(jiān)控的方法，所述psm電機(jī)具有至少三個(gè)或剛好三個(gè)相，它們利用磁場(chǎng)定向調(diào)節(jié)或磁場(chǎng)定向控制來(lái)運(yùn)行，其中，在兩個(gè)彼此不相關(guān)的途徑上獲知psm電機(jī)的電角度以及進(jìn)而獲知轉(zhuǎn)子位置，其中，在第一途徑中，基于psm電機(jī)的測(cè)得的轉(zhuǎn)子機(jī)械位置和極對(duì)數(shù)進(jìn)行psm電機(jī)的電角度的第一計(jì)算，在第二途徑中，基于相電流矢量的相位和在d、q坐標(biāo)系中的受調(diào)節(jié)的目標(biāo)電流進(jìn)行psm電機(jī)的電角度的第二計(jì)算，并且其中，為了監(jiān)控轉(zhuǎn)子位置傳感器，執(zhí)行對(duì)分別在第一和第二途徑中獲知的psm電機(jī)的電角度的值的相互比較。

通過(guò)提出的在第二途徑上計(jì)算電角度，也可以在轉(zhuǎn)速很小或靜止?fàn)顟B(tài)下監(jiān)控轉(zhuǎn)子位置。也不存在在迄今為止已知的方法中由于輸入高頻信號(hào)而出現(xiàn)的干擾的影響。

在一個(gè)實(shí)施方案中，在第一途徑中，以如下方式計(jì)算電角度：θel1＝zp·θmech(方程1)，其中，zp是psm電機(jī)的極對(duì)數(shù)，θmech是測(cè)得的機(jī)械角度或測(cè)得的轉(zhuǎn)子機(jī)械位置，并且其中，在第二途徑中，以如下方式計(jì)算電角度：θel2＝θis-θlast(方程3)，其中，θlast是經(jīng)濾波的d、q目標(biāo)電流的負(fù)荷角，θis是psm電機(jī)的電流矢量的角度(或相位)。

在另一實(shí)施方案中，以如下方式計(jì)算負(fù)荷角：其中，isdreff和isqreff是d、q電流的經(jīng)延時(shí)的目標(biāo)值，并且當(dāng)例如僅測(cè)量isu和isv時(shí)，以如下方式計(jì)算電流矢量的相位θis：isw＝-isu-isv(方程5)，其中，isw、isu和isv是至少三個(gè)相(u、v、w)的相電流，并且根據(jù)psm電機(jī)的相電流變換以如下方式得到α、β坐標(biāo)系中的電流分量isα和isβ：并且其中，由此以如下方式計(jì)算電流矢量的相位：

在另一實(shí)施方案中，為了獲知負(fù)荷角和電流矢量的相位，向電機(jī)施加預(yù)定的最小電流，其中，基于psm電機(jī)的電流振幅和d、q目標(biāo)電流以如下方式計(jì)算最小電流：其中，如果isampl<isamplmin，則定義新的isd目標(biāo)電流：其中，如果isampl≥isamplmin，則以如下方式定義新的isd目標(biāo)電流：isdrefneu＝isdref(方程11)。

在此，isdref是初始所需的d目標(biāo)電流，isdrefneu是用于維持電機(jī)內(nèi)的最小電流isamplmin的新計(jì)算的d目標(biāo)電流。

通過(guò)提供最小電流確保的是，在沒(méi)有或僅有較小的(例如由于噪聲的)干擾影響的情況下可以獲知負(fù)荷角和電流矢量相位。

在另一實(shí)施方案中，通過(guò)形成第一和第二計(jì)算中獲知的電角度的值之差來(lái)比較兩個(gè)獲知的電角度。在另一實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)的是，其中，如果識(shí)別出獲知的電角度之間存在偏差，則評(píng)估偏差：存在哪種故障。優(yōu)選基于識(shí)別到的故障執(zhí)行至少一個(gè)措施，所述措施包括發(fā)送故障信號(hào)、關(guān)閉電機(jī)、更改電機(jī)參數(shù)。

通過(guò)提供兩種不同方式得到的電角度可以簡(jiǎn)單方式，例如通過(guò)形成差識(shí)別出電機(jī)不處于正常狀態(tài)、對(duì)其進(jìn)行評(píng)估并且采取措施，以便排除故障。在此，存在哪種故障的這類(lèi)評(píng)估取決于應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)形成中間值，通過(guò)積分或用于故障識(shí)別的其他方法識(shí)別出存在哪種故障。取決于故障類(lèi)型地，可以采取如下措施，從發(fā)送警告信號(hào)直至立即關(guān)閉存在故障的應(yīng)用。在此，采取哪種措施與應(yīng)用、故障類(lèi)型和故障重要性有關(guān)并且由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)確定。

在本發(fā)明范圍內(nèi)還設(shè)置有一種監(jiān)控psm電機(jī)的系統(tǒng)，所述psm電機(jī)具有至少三個(gè)或剛好三個(gè)相，它們利用磁場(chǎng)定向控制來(lái)運(yùn)行，該系統(tǒng)至少包括：位置傳感器，其被設(shè)立用于確定psm電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；用于探測(cè)其中至少一個(gè)相的相電流的探測(cè)裝置；用于執(zhí)行前述方法的裝置；監(jiān)控層，其被設(shè)立用于在識(shí)別出在第一途徑中確定的電角度的值與在第二途徑中確定的電角度的值之間有偏差情況下評(píng)估故障。

用于執(zhí)行方法的裝置優(yōu)選至少包括：用于執(zhí)行電角度的第一計(jì)算的裝置、用于執(zhí)行電角度的第二計(jì)算的裝置、比較裝置，該比較裝置被設(shè)立用于將分別在第一和第二計(jì)算中計(jì)算出的電角度進(jìn)行相互比較。

用于執(zhí)行方法的裝置還至少包括用于確定識(shí)別出的故障的評(píng)估裝置。

提供該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，不僅可以應(yīng)用多個(gè)硬件組件而且可以應(yīng)用唯一的組件(例如微芯片)，在該組件上執(zhí)行各個(gè)方法步驟，例如作為軟件。此外，所述系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方案具有與先前方法所述的優(yōu)點(diǎn)一樣的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明其他特征和優(yōu)點(diǎn)由本發(fā)明實(shí)施例的以下說(shuō)明、結(jié)合示出本發(fā)明細(xì)節(jié)的附圖以及由權(quán)利要求得到。各個(gè)獨(dú)特征可以單獨(dú)地或多個(gè)任意組合地在本發(fā)明的變型方案中實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步參數(shù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案。

圖1示出psm的不同坐標(biāo)系的視圖；

圖2示出具有解耦器的psm的for的結(jié)構(gòu)圖；

圖3示出psm的電流向量is的曲線(xiàn)中的不同角度的視圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、具有轉(zhuǎn)子位置傳感器監(jiān)控的psm的for結(jié)構(gòu)圖；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、圖4的控制方案的無(wú)故障的模擬曲線(xiàn)；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、圖4的控制方案的具有180°電角度偏差故障的模擬曲線(xiàn)；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的、圖4的控制方案的具有逆變器故障的模擬曲線(xiàn)。

在以下附圖說(shuō)明中，相同的元件或功能用相同附圖標(biāo)記表示。

具體實(shí)施方式

圖3示出在psm的電流向量的曲線(xiàn)中不同角度的視圖，其中，角度θel是電機(jī)的電角度、θlast是經(jīng)濾波的d和q目標(biāo)電流的負(fù)荷角，并且θis是電機(jī)的電流矢量的相位。根據(jù)圖3，可以得知負(fù)荷角θlast、電角度θel和相電流矢量is的相位(或角度)θis之間的關(guān)系：

θis＝θel+θlast(方程2)。

因而，估算的電角度可以根據(jù)通過(guò)電流計(jì)算出的兩個(gè)角度來(lái)獲知：

負(fù)荷角θlast由d和q軸中的經(jīng)濾波的目標(biāo)電流獲知。for具有所選的動(dòng)態(tài)特性，即，在一定時(shí)間之后才調(diào)整出所需的d、q電流，其中，d、q電流的延時(shí)例如可以利用低通濾波器250(或另一合適的濾波器)來(lái)重現(xiàn)。低通濾波器250針對(duì)每個(gè)電流(d或q)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)當(dāng)如下選擇，使得for的動(dòng)態(tài)特性在各自的軸(d或q)上重現(xiàn)。也就是說(shuō)，利用低通濾波器250濾波的d(或q)目標(biāo)電流應(yīng)當(dāng)具有與由測(cè)得的電機(jī)相電流轉(zhuǎn)換出的d(或q)電流相同的曲線(xiàn)。通過(guò)d、q電流的經(jīng)延時(shí)的目標(biāo)值isdreff和isqreff得到了重現(xiàn)的、轉(zhuǎn)換到d、q坐標(biāo)系中的電機(jī)相電流。根據(jù)兩個(gè)電流isdreff和isqreff可以獲知期望的負(fù)荷角：

對(duì)計(jì)算電機(jī)電流矢量的相位而言，兩個(gè)相電流(例如isu和isv)可能就足夠。第三相位(例如isw)可以根據(jù)兩個(gè)已知的相電流來(lái)獲知，例如：

isw＝-isu-isv(方程5)。

通過(guò)結(jié)合方程6進(jìn)行的電機(jī)相電流的轉(zhuǎn)換可以獲知isα和isβ，即，在α、β坐標(biāo)系內(nèi)的電流：

由此可以獲知電機(jī)的相電流矢量(或電流向量)的相位(或角度)θis：

在方程4和方程7中應(yīng)當(dāng)注意，分母可以等于零，從而在這些情況下，可以與分子符號(hào)有關(guān)地獲知反正切而無(wú)需做除法。

因而，電角度θel2可以經(jīng)由第二途徑并且與轉(zhuǎn)子機(jī)械角度θmech無(wú)關(guān)地計(jì)算出，并且可以與根據(jù)方程1計(jì)算出的電角度θel1進(jìn)行比較。通過(guò)比較根據(jù)方程1和方程3得到的兩個(gè)電角度θel和θel2可以監(jiān)控電機(jī)的狀況，尤其是轉(zhuǎn)子位置傳感器的狀況。如果這兩個(gè)電角度θel1和θel2相等或僅具有微小的偏差，則位置傳感器正常。如果偏差應(yīng)當(dāng)引起注意，例如超過(guò)預(yù)定閾值，則可以通過(guò)監(jiān)控層評(píng)估這些偏差。有不同的用于評(píng)估偏差的方法，例如形成中間值、關(guān)于時(shí)間對(duì)偏差積分等，以便檢測(cè)故障。所選的途徑取決于應(yīng)用并由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)確定。

此外，在獲知經(jīng)濾波的d和q目標(biāo)電流的負(fù)荷角θlast和相電流矢量的相位θis時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，應(yīng)存在足夠高的相電流。因而電機(jī)電流應(yīng)當(dāng)如下這樣升高：使得一方面轉(zhuǎn)矩不會(huì)變化，而另一方面在電機(jī)中有足夠的相電流流動(dòng)。這通過(guò)輸入無(wú)功電流isd實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊o(wú)功電流isd不參與或以可忽略不計(jì)的方式參與轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，所以其升高導(dǎo)致電機(jī)相電流的升高。取決于電流傳感器的信號(hào)測(cè)量噪聲地，僅在最小相電流isamplmin情況下才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流的正確解算，從而始終保持或確保電流的這個(gè)最小值，以便可以將噪聲對(duì)獲知電流矢量相位θis和獲知期望的負(fù)荷角θlast的影響保持得很小。這可以通過(guò)取決于電流振幅isampl計(jì)算出電流預(yù)給定來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便一方面確保電流振幅足夠大，而另一方面確保轉(zhuǎn)矩不發(fā)生變化。通過(guò)方程8實(shí)現(xiàn)電轉(zhuǎn)矩tel的計(jì)算：

由于互聯(lián)磁通滿(mǎn)足ψpm＞＞(lsd-lsq)·isd并且針對(duì)電流isd很小時(shí)滿(mǎn)足(lsd-lsq)·isd≈0，電機(jī)的電轉(zhuǎn)矩僅取決于isq并且轉(zhuǎn)矩的磁阻項(xiàng)[3/2*zp*(lsd-lsq)*isd*isq]是可忽略不計(jì)的。

如果電機(jī)滿(mǎn)足條件lsd＝lsq，則甚至不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩磁阻項(xiàng)。轉(zhuǎn)矩不會(huì)受到isd的影響。如果電機(jī)具有磁阻分量(lsd≠lsq)，則可以根據(jù)方程8通過(guò)兩個(gè)電流選出期望的轉(zhuǎn)矩，使得達(dá)到最小電流幅值。這僅在轉(zhuǎn)矩非常小時(shí)是必需的。自轉(zhuǎn)矩目標(biāo)值起，電流isq從一開(kāi)始就足以維持相電流振幅的最小幅值。

相電流振幅isampl可以按照以下方式計(jì)算出：

為了確保電機(jī)內(nèi)的最小電流isamplmin可以根據(jù)下列方程重新定義isd目標(biāo)值isdrefneu：

其中，isdref是for初始所需的d目標(biāo)電流。

圖4示出具有擴(kuò)展的監(jiān)控部的圖2所示for，擴(kuò)展的監(jiān)控部通過(guò)比較在較小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以及在靜止?fàn)顟B(tài)下的電機(jī)電角度對(duì)轉(zhuǎn)子位置傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置狀況進(jìn)行擴(kuò)展監(jiān)控。在此，結(jié)合方程1通過(guò)測(cè)得的轉(zhuǎn)子機(jī)械位置θmech和psm電機(jī)100的極對(duì)數(shù)zp經(jīng)由第一途徑直接計(jì)算出電機(jī)電角度θel1。

經(jīng)由第二途徑，結(jié)合相電流isu、isv、isw和利用濾波器250濾波的電流目標(biāo)值isdreff、isqreff或通過(guò)方程9至11校正的新的目標(biāo)電流值isdrefneu(代替電機(jī)在d、q坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)電流值isdreff)通過(guò)方程4、方程6和方程7計(jì)算出電機(jī)100的電角度θel2。因?yàn)閒or在較小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)和靜止?fàn)顟B(tài)下始終具有足夠的電壓裕量，所以以經(jīng)調(diào)整的期望動(dòng)態(tài)特性調(diào)設(shè)所需的d、q目標(biāo)電流。為了在電角度θel的第二計(jì)算方案中不使用機(jī)械角度θmech的信息，使用重現(xiàn)的d、q電流isdreff、isqreff。d、q電流的重現(xiàn)通過(guò)至少一個(gè)濾波器250來(lái)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)或多個(gè)濾波器在各自的軸(d、q)上表現(xiàn)出相同的調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)特性。利用經(jīng)濾波的d、q目標(biāo)電流isdreff、isqreff可以獲知期望的d、q電流以及因而也獲知期望的負(fù)荷角(參見(jiàn)方程4)。借助于測(cè)得的相電流，結(jié)合方程5至7獲知相電流矢量的角度(或相位)θis。利用方程3得到電機(jī)的估算的電角度θel2，將其與根據(jù)方程1直接計(jì)算出的電角度θel1進(jìn)行比較260。如果這兩個(gè)角度相同或僅具有非常小的偏差，即，偏差在預(yù)定的容差界限內(nèi)，則轉(zhuǎn)子位置傳感器230正常并且電機(jī)100的調(diào)節(jié)無(wú)故障運(yùn)行。

如果觀察到較大的偏差，即，其例如超過(guò)預(yù)定的閾值，則該偏差可以通過(guò)監(jiān)控層300進(jìn)行評(píng)估。有不同的用于評(píng)估偏差的方法，例如形成中間值、關(guān)于時(shí)間對(duì)偏差積分等，以便檢測(cè)故障并且分別對(duì)識(shí)別出的偏差或識(shí)別出的故障做出不同反應(yīng)。在發(fā)現(xiàn)故障狀況時(shí)，可以關(guān)閉驅(qū)動(dòng)裝置，以免引起不受控的狀態(tài)，或者可以進(jìn)行再調(diào)節(jié)。要采取的措施取決于應(yīng)用并由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)確定。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的、圖4的控制的無(wú)故障的模擬曲線(xiàn)。x軸的單位在圖5至圖7中是秒。在圖5中可以看出，電機(jī)的d、q電流(第二和第三圖)跟隨目標(biāo)值并且與經(jīng)濾波的d、q電流相協(xié)調(diào)。d電流目標(biāo)值暫時(shí)升高，以便維持相電流振幅的最小幅值。根據(jù)方程1和方程3的兩個(gè)電角度是相同的并且僅有非常小的偏差(第四和第五圖)。針對(duì)估算的轉(zhuǎn)速和直接利用它們由位置傳感器計(jì)算出的轉(zhuǎn)速(第六圖)也是相同情況。這些偏差是可忽略不計(jì)的。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的、圖4的控制的具有180°電角度偏移故障的模擬曲線(xiàn)。測(cè)量圖的順序相應(yīng)于圖5的順序。模擬在與圖5相同的條件下進(jìn)行，其中，在模擬運(yùn)行時(shí)間的時(shí)間點(diǎn)t＝0.1s附加地重現(xiàn)了轉(zhuǎn)子位置傳感器內(nèi)的故障。由于傳感器在電機(jī)軸上滑動(dòng)，可能出現(xiàn)角度偏移。在這種情況下，示出極端情況，模擬了180°的電角度偏移，這相應(yīng)于在極對(duì)數(shù)zp＝5情況下轉(zhuǎn)子機(jī)械位置的36°的偏移?？梢钥吹?，電機(jī)的d、q實(shí)際電流自t＝0.1s起與d、q目標(biāo)電流相比沿相反方向延伸，雖然經(jīng)濾波的目標(biāo)電流具有與目標(biāo)電流相同的方向。這可能導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)，即，例如不是加速而是進(jìn)行制動(dòng)，也就是電機(jī)朝向錯(cuò)誤的方向運(yùn)行。此外可以看到，估算的電角度具有+-180°的差，這傳導(dǎo)至監(jiān)控層，從而可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層對(duì)這種狀態(tài)的快速反應(yīng)并且同時(shí)可以采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的、圖4的控制的具有逆變器內(nèi)的故障的模擬曲線(xiàn)。模擬在與圖5相同的條件下進(jìn)行，其中，在模擬運(yùn)行時(shí)間的時(shí)間點(diǎn)t＝0.2s附加地重現(xiàn)了逆變器內(nèi)的故障。測(cè)量圖的順序相應(yīng)于圖5和圖6的順序。在此，在時(shí)間點(diǎn)t＝0.2s，u相中靠上的mosfet持續(xù)短路?？梢钥吹剑姍C(jī)的d、q實(shí)際電流自t＝0.2s起到達(dá)不受控的狀態(tài)，它們不再跟隨d、q目標(biāo)電流。這可能導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)，例如，電機(jī)朝向錯(cuò)誤的方向運(yùn)行。相電流變得更大，這可能導(dǎo)致逆變器毀壞。此外，電機(jī)可能由于轉(zhuǎn)子的部分去磁或完全去磁而持續(xù)受損。估算的電角度具有較大差值，其傳導(dǎo)至監(jiān)控層，由此可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層對(duì)這種狀態(tài)的快速反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置。

例如由示例性的模擬看出，拓展的用于監(jiān)控電機(jī)電角度的設(shè)計(jì)不僅可以斷定轉(zhuǎn)子位置傳感器內(nèi)的故障，而且也可以斷定逆變器內(nèi)的故障(例如mosfet短路、mosfets失靈等)或電機(jī)故障(例如缺相、線(xiàn)圈內(nèi)的短路等)，從而也可以及時(shí)采取相應(yīng)措施保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置。

用于監(jiān)控整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的診斷可能方案對(duì)于產(chǎn)品安全性以及滿(mǎn)足針對(duì)許可的特定的標(biāo)準(zhǔn)是重要的。利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)也可以在靜止?fàn)顟B(tài)和較小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)監(jiān)控電機(jī)(和進(jìn)而還有轉(zhuǎn)子位置傳感器)的電角度，這通過(guò)迄今為止已知的方法是無(wú)法以簡(jiǎn)單且無(wú)干擾的方式和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)本發(fā)明的設(shè)計(jì)無(wú)需像在注入方法中那樣輸入高頻信號(hào)(聲學(xué)問(wèn)題)。因而取消了例如用于昂貴的電流傳感器、快速而昂貴的a/d轉(zhuǎn)換器和微控制器等的費(fèi)用。通過(guò)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(即，也在較小轉(zhuǎn)速和靜止?fàn)顟B(tài)下)監(jiān)控電機(jī)的電角度，相比傳統(tǒng)的基于emk的方法獲得了更安全且改進(jìn)的監(jiān)控。附加地，還可以良好地監(jiān)控轉(zhuǎn)子位置傳感器的功能性并及時(shí)識(shí)別出故障，從而可以采取合適的措施，以避免由于出現(xiàn)故障或由于轉(zhuǎn)子位置傳感器失靈導(dǎo)致的不受控和危險(xiǎn)狀態(tài)。

附圖標(biāo)記列表

100旋轉(zhuǎn)場(chǎng)電機(jī)

101轉(zhuǎn)子

102轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)

103永磁體

u、v、w相的電流矢量或電流向量

ψpm永磁體的磁通

θel1電機(jī)的電角度，通過(guò)方程1計(jì)算出

θel2電機(jī)的電角度，通過(guò)方程4-7計(jì)算出

θmech電機(jī)的機(jī)械角度

205控制組件

210轉(zhuǎn)換器

215向量調(diào)制器

220脈沖逆變器

225探測(cè)裝置/電流傳感器

230位置傳感器

240解耦器

250濾波器

260比較裝置

300監(jiān)控層

zp電機(jī)極對(duì)數(shù)

方程1基于θmech和極對(duì)數(shù)zp計(jì)算θel1

方程3～7基于相電流和受調(diào)節(jié)的在d、q坐標(biāo)系中的目標(biāo)電流計(jì)算θel2

方程9～11基于電機(jī)內(nèi)的最小電流isamplmin計(jì)算新的isd目標(biāo)值isdrefneu