用于控制共用平台的电动马达的方法和系统的制作方法

用于控制共用平台的电动马达的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种第一马达控制器，其产生第一电动马达的第一转子在第一时段和第二时段内的指令转速。第一速度监测器检测第一转子在该时段内的观察转速。基于第一时段和第二时段内的各个指令转速和相应观察转速之间的关系确定第一比率。如果第一比率在该时段期间增加或变化，则第一数据处理器使得用于第一马达的持续计数器递增。如果持续计数器超过停转极限计数，则估计第一马达减速度。如果持续计数器超过停转极限计数，则基于估计的第一马达变化率调节第二马达的目标转子转速以跟踪第一马达变化率(或第一转子转速)。
【专利说明】用于控制共用平台的电动马达的方法和系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于控制共用平台的电动马达的方法和系统。

【背景技术】
[0002] 在某些现有技术中，多个马达可用于驱动诸如割草机或切割机的割草平台之类的 共用平台的刀片。如果马达呈现有不同负载，因为热应力和机械应力，具有较重负载的马达 可能不充足地执行或可能会降低寿命。因此，需要一种用于控制共用平台的电动马达的方 法和系统，例如，用于提高一个或两个马达的性能或减小在一个或两个马达上的热或机械 应力。


【发明内容】

[0003] 按照一个实施例，该方法或系统包括共用平台（例如，割草机的割草平台或拖拉 机）的第一马达和第二马达。第一马达控制器产生第一电动马达的第一转子在一系列时段 中的第一时段和第二时段内的指令转速。第一速度监测器检测第一转子在第一时段和第二 时段内的观察转速。观察转速中的每一个对应于相应的指令转速。基于第一时段和第二时 段内的各个指令转速和相应的观察转速之间的关系来确定第一比率。如果第一比率在所述 一系列时段期间增加或变化（例如，如果第一比率的倒数减小），第一数据处理器使第一马 达的持续计数器递增。如果持续计数器超过停转极限计数，则估计第一马达减速度。如果 持续计数器超过停转极限计数，则基于估计的第一马达变化率调节第二马达的目标转子转 速，以跟踪第一马达变化率（或第一转子观察转速）。

【专利附图】

【附图说明】
[0004] 图1是用于控制例如割草机或切割机的割草平台之类的共用平台的电动马达的 系统的框图。
[0005] 图2示出与图1的控制电动马达的系统相关联的作为一个可能的共用平台的割草 平台的底侧。
[0006] 图3是用于控制共用平台的电动马达的方法的第一实施例。
[0007] 图4是用于控制共用平台的电动马达的方法的第二实施例。
[0008] 图5是用于控制共用平台的电动马达的方法的第三实施例。
[0009] 图6是用于控制共用平台的电动马达的方法的第四实施例。
[0010] 图7是用于控制共用平台的电动马达的方法的第五实施例。
[0011] 图8是用于控制共用平台的电动马达的方法的第六实施例。

【具体实施方式】
[0012] 图1示出用于控制共用平台（commonassembly)的第一马达15和第二马达28 的系统1的实施例。共用平台一般可包括例如作业机械、车辆或设备之类的机器的任何机 械部件，其用于割草、切割、铣、刨、刮、砂磨、研磨、成形或加工材料（例如，农业材料、种子、 植被、油籽、谷物、纤维、纸张、纸浆、木材、木料、木制品、金属、金属制品、合金和合金产品）。 第一马达控制器14连接到相应的第一马达15,第二马达控制器16连接到相应的第二马达 28。如图所示，第一马达控制器14和第二马达控制器16连接到车辆数据总线12。依次，车 辆数据总线12可连接到以虚线示出的可选的牵引控制单元10。
[0013] 第一马达控制器14和第二马达控制器16可以通过车辆数据总线12相互通信。然 而，在替代实施例中，马达控制器14,16可以通过传输线或无线链路彼此通信。可选的牵引 控制单元10可以控制或监测例如牵引驱动马达或内燃机-电动马达混合动力装置之类的 推进装置，所述推进装置驱动与系统或车辆相关联的一个或多个地面接合车轮44或履带。
[0014] 第一马达15具有第一轴22,第一轴22直接或间接地连接或联接到第一刀片24。 例如，第一轴22可经由离合器或轴衬连接或联接到第一刀片24,如果第一刀片24遇到超过 最大负载阈值的负载（例如，来自撞击固体物体，例如石头、升高地面区域或树桩），离合器 或轴衬允许第一轴相对于第一刀片24转动。如图所示，第一磁体20被嵌入或固定到第一 轴22,而第一编码器或传感器18适于测量或检测与第一磁体20的转动相关联的磁场的变 化，以提供第一轴22的旋转速率或旋转速度、第一轴22的加速度或第一轴22的减速度的 估计值。
[0015] 在替代的实施例中，第一磁体20和第一编码器18可以被替换为其他类型的传感 器，例如光学传感器、脉冲编码器、齿轮驱动的传感器或接触式传感器。
[0016] 第二马达28具有被直接或间接连接或联接到第二刀片36的第二轴34。例如，例 如，第二轴34可经由离合器或轴衬连接或联接到第二刀片36,如果第二刀片36遇到超过最 大负载阈值的负载（例如，来自撞击固体物体，例如石头、升高地面区域或树桩），离合器或 轴衬允许第二轴相对于第二刀片36转动。如图所示，第二磁体32被嵌入或固定到第二轴 34,而第二编码器30或传感器适于测量或检测与第二磁体32的转动相关联的磁场的变化， 以提供第二轴34的旋转速率或旋转速度、第二轴34的加速度或第二轴34的减速度的估计 值。
[0017] 在替代的实施例中，第二磁体32和第二编码器30可以被替换为其他类型的传感 器，例如光学传感器、齿轮驱动传感器或接触式传感器。
[0018] 在一个实施例中，第一马达控制器14包括连接至数据总线57的第一数据处理器 55和数据存储装置59。第一数据处理器55可包括微处理器、微控制器、可编程逻辑阵列、逻 辑电路、算术逻辑单元、应用专用集成电路、数字信号处理器或其他数据处理器。数据存储 装置59包括电子存储器、非易失性电子存储器、随机存取存储器、电可擦除可编程存储器、 磁存储设备、光存储设备、磁光盘驱动器、光盘驱动器或其他数据存储设备。如图1所示，数 据存储装置59存储或包含用于第一速度监测器61、第一电流监测器63、第一持续计数器65 和第一速度控制模块67的软件指令或软件模块。
[0019] 在替代实施例中，数据存储装置59中的一个或多个软件模块可以被替换为连接 到数据总线57的等效电子模块。
[0020] 在一个实施例中，第二马达控制器16包括连接到数据总线57的第二数据处理器 155和数据存储装置59。第二数据处理器155可以包括微处理器、微控制器、可编程逻辑阵 列、逻辑电路、算术逻辑单元、应用专用集成电路、数字信号处理器或其他数据处理器。数据 存储装置59包括电子存储器、非易失性电子存储器、随机存取存储器、电可擦除可编程存 储器、磁存储设备、光存储设备、磁光盘驱动器、光盘驱动器或其他数据存储设备。如图1所 示，数据存储装置59存储或包含用于第二速度监测器161、第二电流监测器163、第二持续 计数器165和第二速度控制模块167的软件指令或软件模块。
[0021] 在一个替代实施例中，数据存储装置的软件模块中的一个或多个可以被替换为连 接到第二马达控制器16的数据总线57的等效电子模块。
[0022] 在图1中，系统11包括第一马达控制器14,第一马达控制器14用于产生第一马达 的第一转子在第一时段和第二时段内的指令转速。指令转速可以由操作者通过来自连接到 车辆数据总线12的用户界面51的输入产生。用户界面51可以包括与用于输入指令转速、 需求转速、指令转矩、或用于系统11或马达控制器（14,16)的另一种控制输入的小键盘、脚 踏板、节流阀设置、一个或多个开关、用户可控制的可变电阻器、使用者可控制的可变电容 器、控制台、显示器、标度盘、键盘或触摸屏幕显示器相关联的控制器，。第一时段和第二时 段存在于一系列时段内。第一速度监测器61适用于检测第一转子在第一时段和第二时段 内的观察转速。观察转速中的每一个对应于相应的指令转速。
[0023] 在正常操作状态期间，第一马达15和第二马达28中的每一个以指令转速或在指 令转速和目标扭矩范围内操作。然而，响应于其第一轴22的负载（例如，增加的负载）或 其他因素（如热应力），第一马达15 (单独地）可以进入停转状态，所述停转状态在由第一 控制器14或通过用户界面51要求的指令转速与第一马达15的马达实际或观察转速（例 如，由第一编码器或传感器18提供）相比不能被维持时开始发生。类似地，第二马达28 (单 独地或与第一马达15 -起）进入停转状态，该停转状态在由第二控制器16或通过用户界 面51要求的指令转速与第二马达28的马达实际或观察转速（例如，由第二编码器或传感 器30提供）相比不能被维持时开始发生。在一个配置中，第一编码器18在马达换向期间 提供脉冲输出，第一速度监测器61使用该脉冲输出估计第一马达15的观察转速；第二编码 器30在马达换向期间提供脉冲输出，第二速度监测器161使用该脉冲输出估计第二马达28 的观察转速。
[0024] 当马达的实际或观察转速与用于特定马达（15,28)的马达指令转速相比的变化 速率在多个时段（例如，设定的时间段）内持续增加时，特定马达（15,28)可以进入停转状 态或处于进入停转状态的危险或容易进入停转状态。对于变化率增加的每一个时段（例 如，操作系统的任务周期），持续计数器（65,165)、内部软件计数器递增。每个马达（15,18) 包括相应的具有持续计数的持续计数器￠5,165)。一旦持续计数器￠5,165)的持续计数 超过持续计数阈值（例如，停转极限计数），一个或多个控制器（14,16)将反应并且防止停 转状态，以及维持正常操作状态。例如，如果第一马达控制器14的第一持续计数器65超过 持续计数阈值，则第一马达控制器14通过车辆数据总线12(或通信线、传输线或无线链路） 与第二马达控制器16通信，以调节第二马达28的速度或速率与第一马达15的观察转速成 比例，或如根据本文件所披露的其它方式调节第二马达28的速度或速率。
[0025] 在一个示例性配置中，第一持续计数器65确定在第一时段和第二时段内各个指 令转速和相应的观察转速之间的差。例如，如果该差在该系列时段期间增大，则第一持续计 数器65使得用于第一马达15的持续计数器递增。如果持续计数器超过停转极限计数，则 第一速度控制模块67估计第一马达15的第一转子转速的第一马达变化率（例如，第一马 达减速度）。如果持续计数器超过停转极限计数，则第二马达控制器16基于或跟踪估计的 第一马达变化率（例如，第一马达减速度）调节第二马达28的目标转子转速，以寻求与第 一转子转速成比例或相等的目标转子转速。
[0026] 尽管在上面的示例性配置中第二马达控制器16基于第一马达控制器14的第一持 续计数器65的状态调节第二马达28的目标转子转速，但在替代的配置中（例如，与共用平 台一致），第一马达控制器14可以响应于超过停转极限计数的第二持续计数器165调节第 一马达15的目标转子转速。另外，如图1中所示，马达控制器（14,16)支持响应于超过阈 值持续计数或停转极限的一个或多个持续计数器出5,165)对第一马达15、第二马达28或 者两者的目标转子转速进行调节，以防止停转状态。
[0027] 返回到示例性配置，第二马达控制器16可根据可单独或共同使用的各个实施例 来调节第二马达28的目标转子转速。根据第一示例，第二马达控制器16还包括第二速度 控制模块167,第二速度控制模块167用于在遇到（例如，可施加至一个或多个绕组或相位 的）对应的马达输入电流极限（y)的时间周期内将第二马达28的目标转子转速和（例如， 到一个或多个绕组或相位的）相应的马达输入电流降低到的固定的转子转速（X)，其中目 标转子转速与第一马达观察转速成比例或相等，并且其中马达输入电流小于或等于所述电 流极限。
[0028] 根据第二示例中，第二马达控制器16还包括第二速度控制模块167,第二速度控 制模块167用于在遇到（例如，可以施加至一个或多个绕组或相位的）对应的马达输入电 流极限（y)的时间周期内将第二马达28的目标转子转速和（例如，到一个或多个绕组或相 位的）相应的马达输入电流降低到的固定的转子转速（X)，其中一个或多个以下条件被满 足：（1)目标转子转速与第一马达观察转速成比例或相等；(2)马达输入电流小于或等于所 述电流极限；或（3)X和y与用于第二马达28的正常操作范围的线性方程或二次方程一致， 并且目标转子转速与第一马达观察转速成比例或相等。
[0029] 对于第二示例和更一般地能够应用于在本文件中公开的任何实施例，正常操作范 围是指目标转子转速落入用于相应扭矩范围（或马达的一个或多个相位的电流范围）的 合适的操作速度范围内，所述相应扭矩范围匹配马达（15,28)上的给定负载或是马达（15， 28)上的给定负载所需要的。所述线性方程或二次方程式可以表示特定马达（15, 28)的特 性或性能曲线，或者可以代表用于马达（15, 28)的正常工作范围的上限或下限。在一个实 施例中，控制器（14，16)选择正常操作范围内的与通过用户界面51来自操作者的用户输入 或指令转速一致的工作点。数据存储装置59可以存储下列项目中的一个或多个：（1)就目 标转子转速和相应的输入电流（例如，针对给定目标转子转速的、到马达绕组中的一个或 多个相位的最大输入电流）而言代表特定马达的性能曲线的线性方程或二次方程，或者目 标转子转速与转矩之间的关系曲线，（2)马达的正常操作范围的上限或下限，（3)特定的马 达的用于避免过大电流或电能施加到马达输入端或马达绕组的任何性能曲线或正常操作 范围，（4)目标转子转速（X)与电流极限（y)的查表或关系数据库或用于特定马达的操作 电流范围，和（5)用于相应马达的停转极限计数或持续计数阈值。
[0030] 根据第三示例，第二马达28的控制器16还包括第二速度控制模块167,第二速度 控制模块167用于将第二马达28的目标转子转速降低成与第一马达减速度乘以在第一时 段和在第二时段之间的经过时间的乘积加上第二马达28的先前的第二转子转速之和成比 例。
[0031] 根据第四示例，第二马达28的目标转子转速按照下面的公式下降：ω=G^+at， 其中α是等于所述第一马达15减速度的恒定的负角加速度，ω是第二马达28的目标角 速度，和Oci是先前的第二转子转速，并且t是第一时段和第二时段之间的经过时间。
[0032] 根据第五示例，第二马达28的目标转子转速根据下列公式被建模为时间积分以 求出时变角加速度：
[0033] ω(?) =ω0 + /。7'吨)气其中ω⑴是第二马达28在时间周期T内的一时刻处的目标 角速度，Otl是在T=O时的初始的第二转子转速，α⑴为是时间的函数的负角加速度或 减速度，并且等于在相应时刻处的第一马达15减速度的绝对值。
[0034] 在一个实施例中，第一马达15和第二马达28中的每一个包括无刷直流（BLDC)马 达，所述无刷直流（BLDC)马达有利于在小包装中实现高扭矩。例如，BLDC马达可以包括驱 动多相交流马达部的整体式逆变器。然而，在落入所附权利要求的范围内的其它实施例中， 第一马达15和第二马达28可包括任何直流马达、交流马达、多相交流马达、电子换向马达、 开关磁阻马达、感应马达、同步马达、永磁马达或其它类型的电动马达。
[0035] 图2示出一种说明性示例，其中共用平台包括具有双切割刀片（24、36)的割草机 的割草平台40。图1和图2中的相似的附图标记表示相似元件。为了说明的目的，图2示 出割草平台40的露出刀片（24、36)的底侧。
[0036] 在图2中，第一马达15和第二马达28通过一个或多个紧固件连接到割草平台40。 例如，第一马达15和第二马达28可通过与割草平台40中的相应孔匹配的紧固件或安装支 架安装到割草平台40的顶侧。图2的第一马达16和第二马达28连接到图1的第一马达 控制器14和第二马达控制器16。
[0037] 第一马达15能够旋转第一刀片24。第二马达28能够旋转第二刀片36。如图2 所示，第一刀片24靠近割草平台40的排料槽42定位，而第二刀片36最远离排料槽42定 位。第一刀片24和第二刀片36两者在相同的旋转方向46旋转。虽然刀片示出沿如图2 中的弯曲箭头所示的顺时针方向，在可替代的配置中，刀片可沿逆时针方向转动。割草平台 40可以由安装到割草平台40的周缘的一个或多个轮44支撑。
[0038] 参照图1和图2,总起来说，第一电流监测器63适于检测第一马达15的第一电流 消耗，其中第一马达15经受来自通过第一割草刀片和第二割草刀两者呈现的切割材料的 可变负载。在第一马达15中的电流传感器可以提供用于由第一电流监测器63进行处理的 电流数据或电流采样，其中这种电流样品可以属于第一马达15的一个或多个相位或绕组。 第一数据处理器55确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗。第二马达控制器16 的第二数据处理器适于在第一电流消耗大于最大可允许电流消耗时确定第二马达28的第 二电流消耗以及第二马达28的指令转速与观察转速之间的关系曲线。在第二马达28中的 电流传感器可以提供用于由第二电流监测器163进行处理的电流数据或电流采样，其中这 种电流样品可以属于第二马达28的一个或多个相位或绕组。
[0039] 如图2中的配置，在割草平台40的操作过程中，第一马达15可能会经历比第二马 达28更大的负载，因为第一马达15的第一刀片24接收到来自刀片24和第二刀片36两者 的切割植物（例如，草和杂草）的负载以将切割植物从排料槽42排出。因此，第一马达15 容易受到不必要的停转状态（例如，达到超过持续计数阈值的程度），这可以由第一马达15 和第二马达28两者通过马达控制器14,16的协同控制被减少或防止。例如，如果第一持续 计数器65指示第一马达15正接近停转状态，则第二马达28的第二马达转速能够降低成与 第一马达转速成比例，或者如本文中公开的其它方式那样降低，以减少停转状态的可能性， 并且降低第一马达15上的来自植物材料（例如，草和杂草）（通过第一刀片24传输）的负 载。
[0040] 图3是用于控制马达的方法的第一实施例的流程图。图3的方法开始于步骤300。
[0041] 在步骤300中，第一马达控制器14或第一数据处理器55检查第一马达15的第一 操作状态。第一次操作状态可以包括（第一马达15的）指令转速与观察转速之间的关系 曲线的指示以及（第一马达15的）第一电流消耗。例如，第一马达控制器14的第一速度 监测器61可以测量指令转速与观察转速之间的关系曲线，第一电流监测器63可估计第一 马达15在一时段期间的第一电流消耗。第一操作状态可以指示第一马达15是否在正常操 作范围内操作。
[0042] 在步骤302中，第一马达控制器14或者第一电流监测器63确定第一马达电流或 第一电流消耗是否大于最大可允许电流；或第一马达控制器14、第一速度控制模块67或第 一速度监测器61确定第一马达观察转速是否小于指令转速。如果第一马达电流大于最大 可允许电流，或者如果第一马达观察转速小于指令转速，则该方法将继续进行步骤306。然 而，如果第一马达电流不大于最大可允许电流，或者如果第一马达观察转速不小于指令转 速，则该方法继续进行到方框304,在方框304中系统11或数据处理器（55,155)等待一时 段。
[0043] 在步骤306中，第二马达控制器16或第二数据处理器155检查第二马达28的第二 操作状态。第二操作状态可包括指令转速与观察转速的关系曲线的指示和第二电流消耗。 例如，第二马达控制器16的第二速度监测器161可以测量指令转速与观察转速之间的关系 曲线，第二电流监测器163可以检测第二马达28在一时段期间的第二电流消耗。第二操作 状态可以指示第二马达28是否在正常操作范围内操作。第二数据处理器155适于基于第 一马达观察转速或第二观察马达转速小于指令转速的时段的计数或数量估计持续性比率。 例如，第一持续计数器65、第二持续计数器165或两者都基于在多个时段内的估计的持续 性被更新。
[0044] 在方框308中，第一数据处理器55、第二数据处理器155或两者确定在持续计数 器65,165中的持续性计数是否大于停转极限计数。如果持续计数器中的持续计数大于停 转极限计数或持续计数阈值，该方法将继续进行步骤312。然而，如果在持续计数器中的持 续计数不大于停转极限计数（或持续计数阈值），则该方法继续进行步骤304。
[0045] 在方框312中，第一数据处理器55、第二数据处理器155或两者设置停转标志，并 且计算第一马达15的减速度。第一马达控制器14根据计算出的减速度估计第一马达15 的第一马达转速变化，并且通过车辆数据总线12或其他方式传输第一马达转速、转速变化 或减速度到第二马达控制器16。
[0046] 在第二模式控制器16处的方框316中，第二马达控制器16估计第二马达调节转 速与第一马达15变化率乘以经过时间的乘积成比例（例如，相等）。在代替的配置中，第二 马达控制器16估计第二马达调节转速以跟踪第一马达减速度（例如，与第一马达减速度成 比例或表示第一马达减速度）、第一马达转速（例如，与第一马达转速成比例、成比率或表 示第一马达转速）或两者。
[0047] 在方框318中，第二马达控制器16或第二速度控制模块167设置第二马达28的 第二马达调节转速。
[0048] 在方框320中，第二马达控制器16执行速度控制过程以保持或达到第二马达28 的目标转速，该目标转速在以下三个条件中的任一个得到满足时被执行：（1)如果在计数 器（例如，第一持续计数器65)中的持续计数小于在方框314中的停转计数极限或持续计 数阈值，（2)如果第一马达15电流小于或等于最大可允许的第一马达电流和如果第一马达 15转速近似等于（例如，在方框310中）指令转速，以及（3)执行方框316之后。从第二马 达控制器16发送到第二马达28的第二马达调节转速由梯形方框318表示。用户可以通过 用户界面51建立第二马达的目标转速，其中建立的目标转速可能会或可能不会被第一马 达15的减速度和第一马达转速约束。
[0049] 图4是根据本公开内容的用于控制马达的方法的第一实施例的流程图。图4的方 法开始于步骤400。
[0050] 在步骤S400中，第一马达控制器14产生第一电动马达15的第一转子在一系列时 段中的第一时段和第二时段内的多个指令转速。
[0051] 在步骤S402中，第一速度控制模块67检测第一转子或第一轴22在第一时段和第 二时段内的多个观察转速。所述观察转速中的每一个对应于相应的指令转速。
[0052] 在步骤S404中，第一数据处理器55或第一马达控制器14基于第一时段和第二时 段内的各个指令转速和相应的观察转速之间的关系确定第一比率。例如，第一数据处理器 55或第一马达控制器14确定第一时段和第二时段内的各个指令转速的公分母和相应的观 察转速之间的分子差。第一比率由关于第一马达15的分子差和公分母形成。
[0053] 在一个替代实施例中，第一比率的倒数是通过倒置第一比率形成的。
[0054] 在步骤S406中，如果第一比率在该系列时段期间增加或变化，则第一数据处理器 55或第一马达控制器14使得用于第一马达15的第一持续计数器65递增。代替地，如果第 一比率的倒数在该系列时段期间减小，则第一数据处理器55或第一马达控制器14使第一 持续计数器65的计数递增。
[0055] 在步骤S408中，如果第一持续计数器65的计数超过停转极限计数或持续计数阈 值，则第一数据处理器55、第一速度监测器61或第一速度控制模块67估计第一马达15的 第一马达减速度、或第一轴22或第一转子转速的第一马达转速变化率。用于第一马达15 的第一持续计数器65超过停转极限值，或者持续计数阈值，指示第一马达15接近或处于停 转状态。另外，在步骤S408中，第一马达15控制器14可以通过车辆数据总线12或者以其 他方式将马达减速度或第一马达变化率发送到第二马达28控制器16。
[0056] 在步骤S410中，如果在第一持续计数器65中的计数值超过停转极限计数或持续 计数阈值，则第二马达控制器16、第二数据处理器155或第二速度控制模块167基于估计 的第一马达变化率调节第二马达28的目标转子转速以跟踪第一马达变化率或第一转子转 速。第二马达控制器16、第二数据处理器155或第二速度控制模块167可以根据可单独或 共同使用的多个示例调节第二马达28的目标转子转速。
[0057] 根据第一示例，第二马达控制器16还包括第二速度控制模块167,第二速度控制 模块167用于将第二马达28的目标转子转速和（例如，到一个或多个绕组或相位的）相应 的马达输入电流降低到符合（例如，可施加至一个或多个绕组或相位的）相应的马达输入 电流极限（y)的固定的转子转速（X)，其中目标转子转速与第一马达观察转速成比例或相 等（例如，表示第一马达观察转速或相对于第一马达观察转速成比例），并且其中马达输入 电流小于或等于所述电流极限。
[0058] 根据第二示例，第二马达控制器16还包括第二速度控制模块167,第二速度控制 模块167用于在遇到（例如，可施加至一个或多个绕组或相位的）相应的马达输入电流极 限（y)的时间周期内将第二马达28的目标转子转速和（例如，到一个或多个绕组或相位 的）相应的马达输入电流降低到固定的转子转速（X)，其中以下一个或多个条件被满足： (1)目标转子转速与第一马达观察转速成比例或相等；（2)马达输入电流小于或等于所述 电流极限；或（3)X和y与用于第二马达28的正常操作范围的线性方程或二次方程一致，并 且目标转子转速与第一马达观察转速成比例或相等。
[0059] 正常操作范围是指目标转子转速落入用于相应扭矩范围（或马达的一个或多个 相位的电流范围）的合适的操作速度范围内，所述相应扭矩范围与马达（15,28)上的给定 负载匹配或者是马达（15,28)上的给定负载所需要的。所述线性方程或二次方程式可表示 特定马达（15,28)的特性或性能曲线，或者可以代表马达（15,28)的正常操作范围的上限 或下限。数据存储装置59可以存储以下项目中的一个或多个：（1)就目标转子转速和相应 的输入电流（例如，针对给定目标转子转速的、到马达绕组中的一个或多个相位的最大输 入电流）而言表示特定马达的性能曲线的线性方程或二次方程，或者目标转子转速与转矩 之间的关系曲线，（2)马达的正常操作范围的上限或下限，（3)特定的马达的用于避免过大 电流或电能施加到马达输入端或马达绕组的任何性能曲线或正常操作范围，（4)目标转子 转速（X)与电流极限（y)的查找表、关系数据库或数据结构或用于特定马达的操作电流范 围，和（5)用于相应马达的停转极限计数或持续计数阈值。
[0060] 根据第三示例，第二马达28控制器16还包括第二速度控制模块167,第二速度控 制模块167用于将第二马达28的目标转子转速降低成与第一马达减速度乘以在第一时段 和第二时段之间的经过时间的乘积加上第二马达28的先前的第二转子转速之和成比例。
[0061] 根据第四实施例，第二马达28的目标转子转速按照下面的公式下降：ω= c^+at，其中α是等于所述第一马达15减速度的恒定的负角加速度，ω是第二马达28 的目标角速度，和Oci是先前的第二转子转速，并且t是第一时段和第二时段之间的经过时 间。
[0062] 根据第五实施例，第二马达28的目标转子转速按照下列公式被建模为时间积分 以求出时变角加速度：
[0063] ?(?)二叫+(or(t)cit，其中ω⑴是第二马达28在时间周期T内的一时刻处的目标 角速度，Otl是在T=O时的初始的第二转子转速，α⑴为是时间的函数的负角加速度或 减速度，并且等于在相应时刻处的第一马达15减速度的绝对值。
[0064] 图5的方法类似于图4的方法，除了图5的方法还包括步骤S412。图4和图5中 的类似参考数字表示类似的步骤或程序。
[0065] 步骤S412可以与步骤S410同时执行或在步骤S410之后执行。然而，步骤S412 只有在持续计数器（例如，第一持续计数器65)中的计数值超过在步骤S410中的停转极限 计数时才被执行。否则，图5的方法终止于步骤S410。
[0066] 在步骤S412中，第二数据处理器155、第二马达控制器16或第二速度控制模块 167将第二马达28的目标转子转速降低成与所述第一马达减速度乘以在第一时段和第二 时段之间的经过时间的乘积加上第二马达28的先前的第二转子转速之和成比例。
[0067]图6的方法类似于图4的方法，除了图6的方法还包括步骤S414。图4和图6中 的相同参考数字表示相同步骤或程序。
[0068] 步骤S414可以与步骤S414同时执行或在步骤S414之后执行。然而，然而，步骤 S412只有在持续计数器（例如，第一持续计数器65)的计数值超过在步骤S410中的停转极 限计数或者持续计数阈值时才被执行。
[0069] 在步骤S414中，第二数据处理器155、第二马达控制器16或第二速度控制模块 167按照下列公式降低第二马达28的目标转子转速：
[0070] ω=CocrHat，其中α是等于所述第一马达15减速度的恒定的负角加速度，ω是 第二马达28的目标角速度，和Coci是先前的第二转子转速，并且t是第一时段和第二时段 之间的经过时间。
[0071] 图7的方法类似于图4的方法，除了图7的方法用步骤S416代替步骤S410。图4 和图7中的类似参考数字表示类似的步骤或程序。
[0072] 在步骤S416中，第二数据处理器155、第二马达28控制器16或第二速度控制模块 167按照下面的公式降低第二马达28的目标转子转速：
[0073] _) = ?〇 +( (r(t)dt，其中ω⑴是第二马达28在时间周期T内的一时刻处的目标 角速度，Otl是在T=O时的初始的第二转子转速，a⑴为是时间的函数的负角加速度或 减速度，并且等于在相应时刻处的第一马达15减速度的绝对值。
[0074] 图8的方法类似于图4的方法，除了图8的方法用步骤S420代替步骤S404。图4 和图7中的类似参考数字表示类似的步骤或程序。
[0075] 在步骤S420中，如果第一马达15的第一电流消耗大于最大可允许电流消耗，如果 第二马达28的第二电流消耗大于最大可允许电流消耗，并且如果观察转速小于第一马达 15在第一时段和第二时段内的指令转速，则第一数据处理器55、第二处理器155或者两者 确定用于各个指令转速的公分母和相应的观察转速之间的分子差。在步骤S420中，第一比 率由关于第一马达15的分子差和公分母形成。例如，第一马达控制器14或第一数据处理 器55由关于第一马达15的分子差和公分母形成第一比率。代替地，第一马达控制器14或 第一数据处理器55通过倒置第一比率形成第一比率的倒数，或以其他方式计算第一比率。
[0076] 可以根据能够单独地或累加地施加的不同的技术执行步骤S420。根据第一种技 术，第一速度监测器61确定第一马达15的第一转子或第一轴22的转子观察转速，第二速 度监测器161确定第二马达28或第二轴34的观察转速。第一数据处理器55、第二数据处 理器155或两者确定用于各个指令转速的公分母和相应的观察转速之间的分子差。第一电 流监测器63能够确定第一马达15的第一电流消耗，其中第一电流传感器与一个或多个输 入相位、至少一个马达绕组或到第一马达15的一个或多个输入相关联（例如，电感耦合）。 第二电流监测器163能够检测第二马达28的第二电流消耗，其中第一电流传感器与一个 或多个输入相位、至少一个马达绕组或到第一马达15的一个或多个输入相关联（例如，电 感耦合），其中第二电流传感器与一个或多个输入的相位、至少一个马达绕组或到第二马达 28的一个或多个输入相关联（例如，电感耦合）。第一数据处理器55确定第一马达15的 第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗。第二数据处理器确定第二马达28的第二电 流消耗是否大于最大可允许电流消耗。如果在估计的时段或多个时段期间存在下列情况的 一个或多个，则第二马达控制器16或第二速度监测器161确定第二马达28的观察转速与 第二马达28的指令转速之间的关系曲线：（1)如果第一马达15的第一电流消耗大于最大 可允许电流消耗，和（2)如果第一转子观察转速小于用于一组时段（例如，第一时段和第二 时段）的转子指令转速。
[0077] 根据用于执行步骤S420的第二种技术，如果第一马达15的第一电流消耗大于最 大可允许电流消耗，如果第二马达28的第二电流消耗大于最大可允许电流消耗，并且如果 观察转速小于用于第一时段和第二时段的第一马达15的指令转速，第二马达控制器16的 第二数据处理器155适于确定用于各自的指令转速的公分母和相应的观察转速之间的分 子差。在一个实施例中，第一电流监测器63适合于确定第一马达15的第一电流消耗（例 如，来自与第一马达输入端相关联的电流传感器）。如果第一马达15和第二马达28包括共 用平台内的用于切割材料（例如，植物）的部件，则第一马达15可能经受可变负载，这取决 于共用平台的构造或设计，如第一马达15驱动靠近或更接近割草平台40的排料槽42的第 一刀片24,而第二马达28驱动与排料槽42分隔开的第二刀片36。如果第一马达15经受 可变负载，则第一电流监测器63适合于确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗。 如果第一电流消耗大于最大可允许的电流消耗，则第二电流监测器163适于确定第二马达 28的第二电流消耗以及第一马达15和第二马达28中的至少一个的观察转速与指令转速之 间的关系曲线。
[0078] 图9的方法类似于图4的方法，除了图9的方法还包括步骤S422,S424,S426， S428,S430和S432。图4和图9中的类似参考数字表示类似的步骤或程序。
[0079] 在步骤S422中，第二马达控制器16或第二数据处理器155产生第二马达28的第 二转子在一系列时段中的第三时段和第四时段内的多个指令转速。
[0080] 在步骤S424中，第二速度监测器161或第二马达控制器16检测第二转子在第三 时段和第四时段内多个观察转速；所述观察转速的每一个对应于相应的指令转速。
[0081] 在步骤S426中，第二马达控制器16或第二数据处理器155确定第三时段和第四 时段内的各个指令转速的公分母和相应观察转速之间的第二分子差。第二比率由关于第二 马达28的第二分子差和公分母形成。代替地，第二比率倒数是通过倒置第二比率或其它计 算形成的。
[0082] 在步骤S428中，如果第二比率在该系列时段期间增加（或改变），则第二马达控制 器16或第二数据处理器155使得用于第二马达28的第二持续计数器165递增。代替地， 如果第二比率的倒数在该系列时段期间降低，则第二数据处理器155或控制器30使第二持 续计数器165递增。
[0083] 在步骤S430中，如果第二持续计数器165的计数超过停转极限计数或持续计数阈 值，则第二马达控制器16或第二数据处理器155估计第二马达28减速度或第二马达28的 第二转子转速的第二马达变化率。如果第二持续计数器165 (用于第二马达28)的计数超 过停转极限值，则过大的计数指示第二马达28接近或处于停转模式。此外，第二马达控制 器16 (例如，通过车辆数据总线12)将第二马达减速度或第二马达变化率发送到第一马达 控制器14。
[0084] 在步骤S432中，第一马达控制器14基于所估计的第二马达变化率调节（例如，减 速）第一马达15的目标转子转速，以跟踪或匹配第二马达28的转子观察转速。
[0085] 该方法和系统非常适用于减小其中一个马达经历与另一个马达不同的负载的双 马达组件的马达上的热和机械应力。例如，该系统和方法降低较轻负载马达的旋转速率以 跟踪更重负载马达的旋转速率，以在恢复时间周期内降低在重负载马达上的负载。通过监 测在任何给定时刻处的流入特定马达的电流和马达控制器指令转速与实际或观察转速的 对比，该方法和系统监测由连接到相应刀片或轴的特定马达正在经历的状况。在其中特定 马达接近停转状态或开始停转的时间点处，一个或多个马达控制器迅速地控制或调节马 达，以清除或防止停转状态。
[0086] 如果应用到割草平台，则该方法和系统非常适用于用可操作地连接到割草刀片的 电动马达（用它们的轴）代替皮带驱动的皮带轮（皮带轮的轴连接到割草刀片），而在用于 切割致密植物或高的草的性能方面没有任何降级。
[0087] 已经描述了优选实施例，但将变得明显的是，在没有脱离所附权利要求限定的本 发明的精神和范围可以做出各种修改。
【权利要求】
1. 一种用于控制共用平台的第一马达和第二马达的方法，所述方法包括下述步骤： 产生第一电动马达的第一转子在一系列时段中的第一时段和第二时段内的多个指令 转速； 检测第一转子在第一时段和第二时段内的多个观察转速，每一个观察转速对应于相应 的指令转速； 基于第一时段和第二时段内的各个指令转速和相应的观察转速之间的关系确定第一 比率； 如果第一比率在该系列时段期间减小或变化，则使得用于第一马达的持续计数器递 增； 如果持续计数器超过停转极限计数，则估计第一马达的第一转子转速的第一马达减速 度或第一马达变化率；和 如果持续计数器超过停转极限计数，则基于估计的第一马达变化率调节第二马达的目 标转子转速，以跟踪第一马达变化率或第一转子转速。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中使得用于第一马达的持续计数器递增的步骤还包 括在第一比率的倒数在该系列时段期间增大时使得用于第一马达的持续计数器递增。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中调节第二马达的目标转子转速的步骤还包括： 将所述目标转子转速降低到在对应的符合相应的电流极限的马达输入电流处的固定 的转子转速，其中所述目标转子转速与第一马达观察转速成比例或等于第一马达观察转 速，并且其中所述马达输入电流小于或等于所述电流极限。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中调节第二马达的目标转子转速的步骤还包括： 将第二马达的目标转子转速和电流降低成与第一马达减速度乘以在第一时段和第二 时段之间的经过时间的乘积加上第二马达的先前的第二转子转速之和成比例。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中调节第二马达的目标转子转速的步骤还包括： 按照下列公式减小第二马达的目标转子转速： O = 0(|+at，其中Ct是第一马达减速度的恒定的负角加速度或减速度，O是第二马 达的目标角速度，和是先前的第二转子转速，并且t是第一时段和第二时段之间的经过 时间。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中第二马达的目标转子转速按照下面的公式被建模 为时间积分以求出时变角加速度： KO=叫+( ?)气其中0⑴是第二马达在时间周期T内的一时刻处的目标角速 度，是在t = 〇时的初始的第二转子转速，a (t)为是时间的函数的负角加速度或减速 度，并且等于在相应时刻处的第一马达减速度。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中基于各个指令转速和相应的观察转速之间的关系 确定第一比率的步骤进一步包括： 确定在第一时段和第二时段内的各个指令转速的公分母和相应的观察转速之间的分 子差，确定由关于第一马达的分子差和公分母形成的第一比率。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中： 如果第一马达的第一电流消耗大于最大可允许电流消耗，如果第二马达的第二电流消 耗大于最大可允许电流，并且如果观察转速小于第一马达在第一时段和第二时段内的指令 转速，则确定各个指令转速的公分母和相应的观察转速之间的分子差。
9. 根据权利要求7所述的方法，还包括下述步骤： 产生第二电动马达的第二转子在一系列时段中的第三时段和第四时段内的多个指令 转速； 检测第二转子在第三时段和第四时段内的多个观察转速，每一个观察转速对应于相应 的指令转速； 确定在第三时段和第四时段内的各个指令转速的公分母和相应的观察转速之间的第 二分子差，确定由关于第一马达的第二分子差和公分母形成的第二比率； 如果第二比率在该系列时段期间增加或变化，则使得用于第二马达的第二持续计数器 递增； 如果第二比率超过停转极限计数，则估计第二马达的第二转子转速的第二马达减速度 或第二马达变化率；和 基于估计的第二马达变化率调节或减速第一马达的目标转子转速以跟踪或匹配第二 马达的转子观察转速。
10. 根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤： 检测第一马达的第一电流消耗，其中第一马达经受可变负载，并且其中第一马达和第 二马达包括共用平台内的用于切割材料的部件； 确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗； 如果第一电流消耗大于最大可允许电流消耗，则检测第二马达的第二电流消耗，以及 第一马达和第二马达中的至少一个的观察转速与指令转速之间的关系曲线。
11. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 检测第一马达的第一电流消耗，其中第一马达经受可变负载，并且其中第一马达和第 二马达包括共用平台中的用于切割材料的部件； 确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗； 检测第一马达的第一转子的转子观察转速； 如果第一电流消耗大于最大可允许电流消耗，并且如果在一组时段内第一转子观察转 速小于转子指令转速，则检测第二马达的第二电流消耗、和第二马达的观察转速与第二马 达的指令转速之间的关系曲线。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中用于第一马达的持续计数器超过停转极限值指 示第一马达接近或处于停转模式。
13. -种用于控制共用平台的第一马达和第二马达的系统，所述系统包括： 第一马达； 第二马达； 第一马达控制器，用于产生第一电动马达的第一转子在一系列时段中的第一时段和第 二时段内的多个指令转速； 第一速度监测器，用于检测第一转子在第一时段和第二时段内的多个观察转速，每一 个观察转速对应于相应的指令转速； 第一持续计数器，用于确定在第一时段和第二时段内各个指令转速和相应的观察转速 之间的差，如果该差在该系列时段期间增加，则使得用于第一马达的持续计数器递增； 第一速度控制模块，用于在持续计数器超过停转极限计数时估计第一马达的第一转子 转速的第一马达变化率；和 第二马达控制器，用于在持续计数器超过停转极限计数时基于估计的第一马达变化率 调节第二马达的目标转子转速或者调节第二马达的目标转子转速以跟踪估计的第一马达 变化率。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中第二马达控制器还包括第二速度控制模块，第 二速度控制模块用于将目标转子转速降低到在对应的符合相应电流极限的马达输入电流 处的固定的转子转速，其中目标转子转速与第一马达观察转速成比例或等于第一马达观察 转速，并且其中所述马达输入电流小于或等于所述电流极限。
15. 根据权利要求13所述的系统，其中第二马达控制器还包括第二速度控制模块，第 二速度控制模块用于将第二马达的目标转子转速降低成与第一马达减速度乘以在第一时 段和第二时段之间的经过时间的乘积加上第二马达的先前的第二转子转速之和成比例。
16. 根据权利要求13所述的系统，其中第二马达的目标转子转速按照下列公式减小： ? = Coci+at，其中a是等于第一马达减速度的恒定的负角加速度，《是第二马达的 目标角速度，以及是先前的第二转子转速，并且t是第一时段和第二时段之间的经过时 间。
17. 根据权利要求13所述的系统，其中第二马达的目标转子转速按照下面的公式被建 模为时间积分以求出时变角加速度： 其中0⑴是第二马达在时间周期T内的一时刻处的目标角速 度，是在t = 〇时的初始的第二转子转速，a (t)为是时间的函数的负角加速度或减速 度，并且等于在相应时刻处的第一马达减速度的绝对值。
18. 根据权利要求13所述的系统，还包括： 第一马达和第二马达，连接到割草平台，分别用于旋转第一割草刀片和第二割草刀片， 第一割草刀片靠近割草平台的排料槽定位； 第一电流监测器，用于检测第一马达的第一电流消耗，其中第一马达经受来自由第一 割草刀片和第二割草刀两者呈现的切割材料的可变负载； 第一数据处理器，用于确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗； 第二马达控制器的第二数据处理器，用于在第一电流消耗大于最大可允许电流消耗时 对第二马达的第二电流消耗以及第二马达的指令转速与观察转速之间的关系进行采样。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中： 第二马达控制器的第二数据处理器适于在第一马达的第一电流消耗大于最大可允许 电流消耗时，在第二马达的第二电流消耗大于最大可允许电流消耗时，并且在在第一时段 和第二时段内第一马达的观察转速小于指令转速时，确定各个指令转速的公分母和相应的 观察转速之间的分子差。
20. 根据权利要求13所述的系统，还包括： 第一电流监测器，用于检测第一马达的第一电流消耗，其中第一马达经受可变负载，并 且其中第一马达和第二马达包括共用平台内的用于切割材料的部件，第一电流监测器适于 确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗； 第二电流监测器，用于在第一电流消耗大于最大可允许电流消耗时检测第二马达的第 二电流消耗以及第一马达和第二马达中的至少一个的观察转速与指令转速之间的关系曲 线。
21. 根据权利要求13所述的系统，还包括： 第一电流监测器，用于检测第一马达的第一电流消耗，其中第一马达经受可变负载，并 且其中第一马达和第二马达包括共用平台中的用于切割材料的部件，第一电流监测器适于 确定第一电流消耗是否大于最大可允许电流消耗； 第一速度监测器，用于确定第一马达的第一转子的转子观察转速； 第二电流监测器，用于在第一电流消耗大于最大可允许电流消耗时并且在第一转子观 察转速小于一组时段内的转子指令转速时，检测第二马达的第二电流消耗并检测第二马达 的观察转速与第二马达的指令转速之间的关系曲线。
22. 根据权利要求13所述的系统，还包括： 第二马达控制器，用于产生第二电动马达的第二转子在一系列时段中的第三时段和第 四时段内的多个指令转速； 第二速度监测器，用于检测第二转子在第三时段和第四时段内的多个观察转速，每一 个观察转速对应于相应的指令转速； 第二数据处理器，用于确定在第三时段和第四时段内的各个指令转速的公分母和相应 的观察转速之间的第二分子差，确定由第一马达的第二分子差和公分母形成的第二比率； 第二持续计数器，用于在第二比率在该系列时段期间增加时，使得用于第二马达的第 二持续计数器递增；和 第二马达控制器，适于在第二比率超过停转极限计数时，估计第一马达的第一转子转 速的第一马达减速度或第一马达变化率，第二马达控制器适于基于估计的第一马达变化率 调节第二马达的目标转子转速以反作用于或对抗第一马达变化率。
23. 根据权利要求13所述的系统，其中用于第一马达的第一持续计数器超过停转极限 值指示第一马达接近或处于停转模式。
【文档编号】H02P5/46GK104365007SQ201380023273
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月1日 优先权日:2012年5月1日
【发明者】特洛伊·W·哈里斯三世, 雅各布·卡拉拉 申请人:迪尔公司