電流而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(未示出)。電動(dòng)機(jī)控制模塊260對(duì)輸出電壓的幅度、占空比和/或頻率進(jìn)行控制以控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩和速度。電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以基于命令電動(dòng)機(jī)速度來控制輸出電壓，該命令電動(dòng)機(jī)速度表示轉(zhuǎn)子的期望轉(zhuǎn)速。
[0068]電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)400的磁場(chǎng)定向控制。因此，電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量映射至各種參照系。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量可以包括用于控制電動(dòng)機(jī)400的請(qǐng)求電流/電壓值以及測(cè)量的電流/電壓。例如，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量可以包括通過繞組a_。的測(cè)量電流I a_。以及由電動(dòng)機(jī)控制模塊260用于將電壓V a_。電壓施加至繞組a_。的電壓請(qǐng)求。
[0069]電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量映射到abc參考系(FoR)、α β FoR和qdr FoR中。abc FoR表示基于繞組a_。的三相定子系。測(cè)量電流I a_。中的每個(gè)測(cè)量電流可以分別被映射至abc FoR的軸a、b和C。另外地，電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以將與電壓乂_對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求電壓映射至abc FoR0
[0070]α β FoR包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量被投射到其上的固定的基于定子的X和y坐標(biāo)。qdrFoR是與轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)并且與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)FoR。因此，qdr FoR基于轉(zhuǎn)子的角度。
[0071]電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量從一個(gè)FoR變換至另一 FoR。例如，電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以將在abc FoR中表示的電流變換至在α β FoR中表示的電流，并且可以將在α β FoR中表示的電流變換至在abc FoR中表示的電流。電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以使用數(shù)值變換來將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量從abc FoR變換至α β FoR。電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以基于轉(zhuǎn)子的角度將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量從α β FoR變換至qdr FoR。
[0072]電動(dòng)機(jī)控制模塊260基于來自圖2中的監(jiān)控模塊270的命令速度來對(duì)逆變器電力模塊208進(jìn)行控制。在各種實(shí)現(xiàn)中，濾波器模塊501可以對(duì)來自圖2中的監(jiān)控模塊270的命令速度進(jìn)行濾波。在這些實(shí)現(xiàn)中，濾波器模塊501的輸出在下文被稱為命令速度ων。
[0073]在開環(huán)模式下，假定命令速度ων沒有變化太快，轉(zhuǎn)子的實(shí)際速度通常跟隨命令速度ων。因此，可以選擇濾波器模塊501的低通濾波的系數(shù)，使得轉(zhuǎn)子加速度可以跟上從濾波器模塊501輸出的命令速度(^的變化。否則會(huì)丟失轉(zhuǎn)子同步。在各種實(shí)現(xiàn)中，濾波器模塊501可以實(shí)現(xiàn)斜坡函數(shù)，其在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔期間通過達(dá)到最大增量來對(duì)命令速度ων進(jìn)行更新。
[0074]當(dāng)工作在開環(huán)模式下時(shí)，電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以基于命令FoR(例如，qdv FoR)來控制電動(dòng)機(jī)400。qdv FoR與轉(zhuǎn)子的命令速度ων以及轉(zhuǎn)子的命令角度(θ ν)相關(guān)聯(lián)。命令角度生成模塊502可以例如通過對(duì)命令速度ων進(jìn)行積分來確定命令角度θ ν。
[0075]電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以工作在各種模式例如開環(huán)模式或閉環(huán)模式下。僅舉例而言，當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)400時(shí)電動(dòng)機(jī)控制模塊260可以工作在開環(huán)模式下并且隨后轉(zhuǎn)變至工作在閉環(huán)模式下。當(dāng)工作在開環(huán)模式下時(shí)，轉(zhuǎn)子往往與命令速度ων同步，尤其當(dāng)電動(dòng)機(jī)控制模塊260以較慢速度操作轉(zhuǎn)子時(shí)。然而，由于施加至電動(dòng)機(jī)400的負(fù)載，所以實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度可以不同于命令角度θν。例如，當(dāng)工作在開環(huán)模式下時(shí)負(fù)載的變化可以改變命令角度θ ν與實(shí)際轉(zhuǎn)子角度之間的相位差。
[0076]轉(zhuǎn)變模塊503確定何時(shí)將電動(dòng)機(jī)控制模塊260從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式。僅舉例而言，轉(zhuǎn)變模塊503基于以下至少之一來確定何時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)變:命令速度ων、電動(dòng)機(jī)400的操作時(shí)間、電動(dòng)機(jī)400上的負(fù)載、電動(dòng)機(jī)400的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)變量、轉(zhuǎn)子的命令加速度、和/或來自估計(jì)模塊504的反饋。
[0077]例如，轉(zhuǎn)變模塊503可以基于電動(dòng)機(jī)400的命令加速度和/或過去的操作時(shí)間來預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度。當(dāng)預(yù)測(cè)速度大于速度閾值時(shí)，轉(zhuǎn)變模塊503可以從開環(huán)轉(zhuǎn)變至閉環(huán)。另外地或可替代地，當(dāng)命令速度^^大于速度閾值時(shí)，轉(zhuǎn)變模塊503可以從開環(huán)轉(zhuǎn)變至閉環(huán)。僅舉例而言，速度閾值可以為1400轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)。在各種實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)從電動(dòng)機(jī)400起動(dòng)時(shí)過去的時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間段時(shí)，轉(zhuǎn)變模塊503可以從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式。
[0078]估計(jì)模塊504對(duì)轉(zhuǎn)子的速度(Qest)和角度(Θ est)進(jìn)行估計(jì)。估計(jì)模塊504可以基于估計(jì)角度Θ Mt來確定估計(jì)速度ω est°例如，估計(jì)模塊504可以對(duì)估計(jì)角度Θ 在一段時(shí)間上求導(dǎo)數(shù)和進(jìn)行濾波以確定估計(jì)速度《est。當(dāng)估計(jì)模塊504獲得對(duì)估計(jì)角度Θ @和估計(jì)速度的穩(wěn)定估計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)變模塊503可以從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式。在各種實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)在估計(jì)模塊504中發(fā)生收斂時(shí)，該收斂可以由例如通量估計(jì)表示，轉(zhuǎn)變模塊503可以從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式。
[0079]估計(jì)模塊504可以基于各種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量確定估計(jì)角度Θ#。例如，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量可以包括要被施加至繞組a_。的電壓Va_。以及在繞組a_。中測(cè)量的電流I a_。。另外，估計(jì)模塊504可以基于命令速度《7來確定估計(jì)角度Θ est。估計(jì)模塊504可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)觀測(cè)器(例如，龍貝格(Luenberger)觀測(cè)器)以基于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變量來確定估計(jì)角度Θ @和估計(jì)速度uest。在2004年6月29日發(fā)布的美國專利6，756，757、2007年4月24日發(fā)布的美國專利7，208, 895,2008年3月11日發(fā)布的美國專利7，342，379以及2008年5月20日發(fā)布的美國專利7，375，485中可以找到無傳感器控制系統(tǒng)和方法的進(jìn)一步描述，其全部公開內(nèi)容通過引用合并至本文。
[0080]估計(jì)模塊504除了接收電壓命令以外還可以接收實(shí)際電壓或者可以接收實(shí)際電壓替代電壓命令。估計(jì)模塊504可以接收估計(jì)速度的濾波后和受限的版本。在各種實(shí)現(xiàn)中，濾波后和受限的版本可以從角度/速度確定模塊508接收，并且可以與對(duì)應(yīng)。電流確定模塊506可以測(cè)量繞組a_。的電流I _(下文中“測(cè)量電流”)。估計(jì)模塊504可以使用測(cè)量電流來估計(jì)Qest和ω est0
[0081]角度/速度確定模塊508基于當(dāng)前啟用模式例如開環(huán)模式或閉環(huán)模式來生成輸出角度輸出速度ω -當(dāng)工作在開環(huán)模式下時(shí)，角度/速度確定模塊508可以將輸出角度9^設(shè)置成等于命令角度θ ν，而當(dāng)工作在閉環(huán)模式下時(shí)，角度/速度確定模塊508可以將輸出角度9^設(shè)置成等于估計(jì)角度Θ estc
[0082]當(dāng)轉(zhuǎn)變模塊503指示從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式時(shí)，角度/速度確定模塊508將輸出角度Θ J人命令角度Θ 7逐漸地調(diào)節(jié)至估計(jì)角度Θ estc當(dāng)從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式時(shí)，該逐漸的調(diào)節(jié)可以使瞬態(tài)電流需求最小化，其可以防止電流控制(以下進(jìn)行描述)和/或?qū)烙?jì)角度Θ#的估計(jì)的中斷。因此，逐漸的調(diào)節(jié)可以提高轉(zhuǎn)變期間的穩(wěn)定性并且使電動(dòng)機(jī)400能夠更穩(wěn)定地起動(dòng)，尤其較高負(fù)載的情況下。
[0083]角度/速度確定模塊508當(dāng)工作在開環(huán)模式下時(shí)將輸出速度設(shè)置成等于命令速度ων，而當(dāng)工作在閉環(huán)模式下時(shí)將輸出速度設(shè)置成等于估計(jì)速度ω estc在各種實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)轉(zhuǎn)變模塊503指示從開環(huán)模式轉(zhuǎn)變至閉環(huán)模式時(shí)，角度/速度確定模塊508可以將輸出速度ω J人命令速度ω ν立即切換至估計(jì)速度ω est。
[0084]轉(zhuǎn)變模塊503還可以指示從閉環(huán)模式變回開環(huán)模式。僅舉例而言，當(dāng)觀察到出錯(cuò)狀況例如丟失轉(zhuǎn)子或異常操作狀況時(shí)可以執(zhí)行轉(zhuǎn)變回開環(huán)模式。因此，角度/速度確定模塊508還可以將輸出速度從估計(jì)速度ω est切換回命令速度ω ν，并且將輸出角度Θ J人估計(jì)角度Θ#切換回命令角度θ ν。在各種實(shí)現(xiàn)中，類似于從開環(huán)模式到閉環(huán)模式的轉(zhuǎn)變，可以立即執(zhí)行對(duì)輸出速度的切換，同時(shí)可以逐漸地執(zhí)行對(duì)輸出角度Θ J勺切換。
[0085]在各種實(shí)現(xiàn)中，可以支持另外的模式。僅舉例而言，可以支持三種、四種或更多種模式。轉(zhuǎn)變模塊503可以指示角度/速度確定模塊508從模式中的一種模式轉(zhuǎn)變至另一模式。在每個(gè)轉(zhuǎn)變期間，角度/速度確定模塊508可以將輸出速度立即切換至與所選擇的模式對(duì)應(yīng)的速度?？商娲兀敵鏊俣圈豝Τ以朝向所選擇的模式的速度斜變。此外，角度/速度確定模塊508朝向與所選擇的模式對(duì)應(yīng)的角度使輸出角度0 r斜變。轉(zhuǎn)變模塊503可以使用轉(zhuǎn)變信號(hào)來指示角度/速度確定模塊508從模式中的一種模式轉(zhuǎn)變至另一模式。例如，轉(zhuǎn)變信號(hào)可以指定角度/速度確定模塊508應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變至其的目標(biāo)模式。
[0086]速度環(huán)路控制模塊510輸出被計(jì)算以將輸出速度與命令速度ω ν匹配的閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)。在閉環(huán)模式下，輸出速度等于電動(dòng)機(jī)400的估計(jì)速度ω estc因此，速度環(huán)路控制模塊510可以生成閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)以便保持電動(dòng)機(jī)400的速度近似等于命令速度ων。僅舉例而言，當(dāng)輸出速度ω/j、于命令速度ω 3寸，速度環(huán)路控制模塊510可以增大閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩，而當(dāng)輸出速度于命令速度ω 3寸，速度環(huán)路控制模塊510可以減小閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩。
[0087]圖7中更詳細(xì)地描述的開環(huán)轉(zhuǎn)矩模塊511輸出開環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)，該開環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)被設(shè)計(jì)成朝向命令速度于的期望速度增加電動(dòng)機(jī)的速度。在各種實(shí)現(xiàn)中，命令速度《^月向該期望速度斜變。
[0088]多路轉(zhuǎn)換器513從開環(huán)轉(zhuǎn)矩模塊511接收開環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)并且從速度環(huán)路控制模塊510接收閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)。響應(yīng)于來自轉(zhuǎn)變模塊503的轉(zhuǎn)變信號(hào)，多路轉(zhuǎn)換器513基于閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩或者開環(huán)需求轉(zhuǎn)矩輸出需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
[0089]響應(yīng)于表示電動(dòng)機(jī)控制模塊260正工作在閉環(huán)模式下的轉(zhuǎn)變信號(hào)，多路轉(zhuǎn)換器513將需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)設(shè)置成等于閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)。響應(yīng)于表示電動(dòng)機(jī)控制模塊260正工作在開環(huán)模式下的轉(zhuǎn)變信號(hào)，多路轉(zhuǎn)換器513將需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)設(shè)置成等于開環(huán)需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)。
[0090]Idr注入模塊512基于DC總線電壓、需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)和命令速度ων來生成d_軸電流(Idr)需求。Idr需求由下文描述的電流控制用于Idr注入，其還可以被稱為磁場(chǎng)減弱或者相位超前。在各種實(shí)現(xiàn)中，Idr注入模塊512可以基于下文描述的欠電壓(out-of-volts)(OOV)信號(hào)以及測(cè)量電流來調(diào)節(jié)Idr需求。
[0091]轉(zhuǎn)矩映射模塊514基于需求轉(zhuǎn)矩信號(hào)來生成q軸電流(Iqr)需求。因?yàn)镮dr需求可以影響生成的轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)矩映射模塊514還可以基于Idr需求來確定Iqr需求。僅舉例而言，轉(zhuǎn)矩映射模塊514可以實(shí)現(xiàn)電流上限。在各種實(shí)現(xiàn)中，轉(zhuǎn)矩映射模塊514可以將Idr需求和Iqr需求的組合與電流上限進(jìn)行比較，并且當(dāng)該組合超過電流上限時(shí)降低需求之一或兩者。在各種實(shí)現(xiàn)中，轉(zhuǎn)矩映射模塊514可以限制僅Iqr需求。僅舉例而言，電流上限可以是均方根極限例如25AmpsEMSo
[0092]當(dāng)轉(zhuǎn)矩映射模塊514限制Iqr需求以滿足電流上限時(shí)，轉(zhuǎn)矩映射模塊514可以將限制信號(hào)輸出至速度環(huán)路控制模塊510。當(dāng)限制信號(hào)被接收時(shí)，速度環(huán)路控制模塊510可以暫時(shí)暫停增大閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩。在各種實(shí)現(xiàn)中，速度環(huán)路控制模塊510可以響應(yīng)于OOV信號(hào)來采取類似的動(dòng)作以暫時(shí)暫停增大閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩。
[0093]僅舉例而言，速度環(huán)路控制模塊510可以嘗試將輸出速度《r匹配至命令ω ν的降低的版本。可替代地或者另外地，速度環(huán)路控制模塊510可以選擇性地暫停會(huì)導(dǎo)致增大閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩的錯(cuò)誤總計(jì)和/或集成操作。換言之，當(dāng)轉(zhuǎn)矩映射模塊經(jīng)由限制信號(hào)表示達(dá)到電流上限時(shí)，不能在電流上限內(nèi)獲得當(dāng)前需求轉(zhuǎn)矩。因此，速度環(huán)路控制模塊510可以停止增大閉環(huán)需求轉(zhuǎn)矩以防止需求甚至更多不能達(dá)到的轉(zhuǎn)矩。
[0094]電流控制模塊516基于電流需求Iqr和Idr來確定在qdr FoR中的q軸電壓需求Vqr和d軸電壓需求Vdr。在各種實(shí)現(xiàn)中，電流控制模塊516還可以基于測(cè)量電流來確定電壓命令Vqr和Vdr。在各種實(shí)現(xiàn)中，電流控制模塊516可以通過調(diào)節(jié)電壓命令Vqr和Vdr來嘗試將測(cè)量電流匹配至Iqr需求和Idr需求。在各種實(shí)現(xiàn)中，電流