确定转子的初始位置的方法
【专利说明】
[0001] 优先权
[0002] 根据35U.S.C. §119,本非临时申请要求2013年2月13日提交的申请号为US 61/764, 567的临时申请的优先权；所述临时申请的全部内容被引用合并于本文中。
技术领域
[0003] 示例性的实施例涉及电力驱动装置系统和/或用于控制诸如内永磁（IPM)电机或 机器的电力驱动装置的方法。
【背景技术】
[0004] IPM同步电动机（IPMSMs)用在混合和电动车辆系统中。IPMSM的转子定位被用于 IPMSM的高性能的牵引或电压控制。
[0005] 机电类型的位置传感器，例如分解器、光学编码器和霍尔效应传感器，被用于在 IPMSM驱动系统中获取转子位置和/或速度。这些机电传感器的使用增加了 IPMSM驱动系 统的成本、尺寸、重量和硬件接线的复杂性。而且，将机电传感器安装到电动机的转子上影 响IPMSM的稳固性（robustness，或称鲁棒性）。在恶劣环境下，例如在过高的环境温度、超 高速操作和其它不利的或重载荷条件下，传感器经常失效。
[0006] 作为传感器的替代选择，使用包括观测器的无传感器驱动装置。一类公认的观测 器技术为滑动模态观测器（SMO)。SMO由专用计算机实现，主要以专门地编程的微控制器或 数字信号处理器来实现，以实现SM0。通常地，SMO为具有输入的观测器，该输入为预计输出 和测得输出之间的误差的不连续函数。在SMO中，流形（manifold)被设计为使得当限制为 该流形时，系统状态轨迹展示出某种特性。该流形也可称作滑动面。
【发明内容】
[0007] 本发明人已经发现，由于当电动机保持停止时没有反电磁力（EMF)存在，因此扩 展的反电磁力跟踪是不合适的。而且，传统的电压注入技术假设恒定的直流（DC)总线电压 能够得到保证。
[0008] 至少一个示例性实施例公开了一种驱动系统，该驱动系统包括：电动机，所述电动 机包括转子，所述电动机被配置为接收测得电流；控制器，所述控制器被配置为在静止参考 系下生成用于电动机的电压，所述电压具有频率，并且测得电流基于该电压；滤波器，所述 滤波器被配置为基于测得电流获取转子的位置信息；以及非线性观测器，所述非线性观测 器被配置为基于该位置信息在静止参考系中估算电动机的转子位置。控制器被配置为至少 部分基于估算的转子位置控制电动机。
【附图说明】
[0009] 从下面的结合附图的详细说明中将更清楚地理解示例性的实施例。图1A-4代表 本文描述的非限定性的示例性实施例。
[0010] 图IA示出了根据示例性实施例的用于控制IPM机器的驱动系统；
[0011] 图IB示出了根据示例性实施例的图IA的驱动系统的数据处理系统；
[0012] 图IC示出了根据示例性实施例的由电压注入器生成的注入电压；
[0013] 图2A示出了图IA中示出的匹配滤波器和同步参考系滤波器的示例性的实施例；
[0014] 图2B示出了根据示例性实施例的同步参考系滤波器的示例性的实施例；
[0015] 图3示出了根据示例性实施例的估算电动机中的转子位置的方法；
[0016] 图4示出了根据示例性实施例的确定永磁同步电机（PMSM)的磁体极性的方法。
【具体实施方式】
[0017] 参考图示一些示例性实施例的附图，现在更完整地描述各个示例性实施例。
[0018] 相应地，虽然示例性实施例能够具有各种改变和替代形式，但是通过举例的方式 在附图中示出了本发明的实施例，并且本文将详细地描述本发明的实施例。然而，应当理 解，并非意在将示例性实施例限制为所公开的特定形式，而是相反，示例性实施例将覆盖落 在权利要求书范围内的所有改变方式、等同方式和替代方式。相似的附图标记在整个附图 的说明中指代相似的要素。
[0019] 可以理解的是，虽然本文中术语第一、第二等可被用于描述不同的要素，但是这些 要素不应被这些术语限制。这些术语仅仅用于区分要素彼此。例如，在不偏离示例性实施 例的范围的情况下，第一要素可称作第二要素，并且相似地，第二要素可称作第一要素。如 本文所使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关的所列项目的任意和所有组合。
[0020] 可以理解的是，当一个要素被指出与另一个要素"连接"或"联接"时，可以是与其 它要素直接地连接或联接，也可以出现介于中间的要素。与此相反，当一个要素被指出与另 一个要素"直接地连接"或"直接地联接"时，表示没有介于中间的元素。用于描述要素之 间关系的其它用语应以相似的方式理解（例如，"位于……之间"与"直接位于……之间"相 对，"相邻"与"直接相邻"相对，等等）。
[0021] 本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不用于限制示例性实施 例。如这里所使用的，如果上下文没有清楚地指明，单数形式"a"、"an"和"the"也可以包括 复数形式。还可以理解的是，当术语"包括（〇011^1^868、(3011^11^8；[1^)"、"包含（；[11(3111(16和/ 或including) "用于本说明书中时，表明存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部 件，但并不排除存在或附加有一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件、和/ 或其构成的组。
[0022] 还应当注意，在一些替代的实施方式中，所注明的功能/行为可以脱离附图中注 明的顺序发生。例如，接连示出的两个附图实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相 反的顺序执行，取决于所包含的功能/行为。
[0023] 除非另有限定，本文用到的所有术语（包括技术的和科学的术语）具有与示例性 实施例所属领域的普通技术人员的通常理解相同的含义。还可以理解的是，例如那些在通 常使用的词典中限定的术语，应被理解为具有与相关领域的背景下含义一致的含义，并且 不应在理想化的或过度正式的意义上理解，除非本文明确这样限定。
[0024] 示例实施例和相应的具体描述的一些部分提到了术语处理器，其被专门编程以执 行对计算机存储器内的数据位的操作的软件、或者算法和符号表示。这些描述和表示是本 领域技术人员将他们的工作内容有效传达给其他本领域技术人员的那些。算法，作为这里 所使用的术语并且通常是这么使用的，被认为是得出一个结果的前后一致的一系列步骤。 这些步骤是需要物理量的物理操作的那些。通常地，但是不是必然地，这些量采用能够被存 储、传输、组合、比较、以及其它操作的光、电或者磁信号。已经不时地方便证明，原则上由于 通常使用的原因，是指诸如位、值、元件、符号、字符、术语、数量等的这些信号。
[0025] 在下面的描述中，将参照可以作为程序模块或功能性过程被实现的操作的动作和 符号表示（例如，在流程图的形式）描述示例性实施例，包括例程、程序、对象、组件、数据结 构等，当被执行地执行特定任务或实现特定抽象数据类型时，并且可以使用在现有网络元 件处的现有硬件实现。这种现有的硬件可以包括一个或多个中央处理单元（CPU)、数字信号 处理器（DSP)、应用程序特定集成的电路、现场可编程门阵列（FPGA)、电脑等。
[0026] 然而，应当牢记的，所有这些和类似的术语是与适当的物理量相关联，并且仅仅是 应用于这些量的方便的标记。除非另有特别声明，或从讨论中显而易见的，诸如"处理"或 "运算"或"计算"或"确定"或"显示"或类似术语是指计算机系统或类似的电子计算装置 的动作和过程，其操作和转换在计算机系统的寄存器和存储器中表示的数据为物理的、电 子的数量到类似地表示为在计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显 示设备内的物理量的其他数据。
[0027] 还要注意，示例性实施例的软件实现方面通常是被编码在一些形式的有形（或者 记录）存储介质上。有形存储介质可以是磁性的（例如，软盘或者硬盘驱动器）或者光学 的（例如压缩光盘只读存储器，或者"CD ROM")，并且可以是只读的或者是随机存取的。
[0028] 通常地，当机器终端链接到高电压直流电源上时，使用用于初始位置检测的基于 高频注入（HFI)的自感测（self-sensing)方法。然而，在至少一个示例性实施例中，在初 始位置检测处理过程中没有连接高电压直流电源。替代地，使用存储在直流总线电容器中 的能量。
[0029] 至少一个示例性实施例公开了一种系统，该系统配置为在没有大功率电源的情况 下检测IPMSM的初始位置。大功率电源可以是在直流总线上提供持续电力（例如500V)的 电池。在示例性实施例中，直流总线电容器从例如48V的便携式电池的小功率电源建立直 流电压。小功率电源可以提供给控制器。用于由控制器执行的检测的能量为由直流总线电 容器建立的直流电压。一旦高频电压被注入，由直流总线电容器建立的直流电压就耗散。
[0030] 在至少一个示例性实施例中，直流总线电容器被预充电至某一电压水平，以使定 子铁芯饱和作为能量源。
[0031] 至少一个示例性实施例公开了一种驱动系统，包括：电动机，所述电动机包括转 子，所述电动机被配置为接收测得电流；控制器，所述控制器被配置为在静止参考系下生成 用于所述电动机的电压，