用于以单个马达位置信号操作马达的系统和方法与流程

诸如永磁交流(pmac)马达系统的马达系统可以用于许多不同的应用中并且在本领域中是公知的。一些马达系统包括连接到三相逆变器中的每相的马达，以及连接到称为三相马达的配置中的马达和三相逆变器的控制器。

三相逆变器被配置为向马达提供电压以控制马达产生的转矩量。为此，每个逆变器相位耦接在电压源和马达之间，并且包括一对(例如，高侧和低侧)场效应晶体管(“fet”)或其它类型的固态开关设备，经由其开关操作(即on/off功能)该固态开关设备控制提供给马达的电压量。通常使用脉冲宽度调制(“pwm”)技术来控制开关设备的开关操作。具体地，开关设备被连接以向马达的a、b和c相提供三相电压。在操作期间，马达的a、b和c相保持120度(电气)分开。例如，如果a相为120度(即θ＝120°)，则b相将处于a相加120度(即θ+120°)，并且c相处于a相减120度(即θ-120°)。

由马达产生的转矩量在功能上与a、b和c相中的电流幅度相关，其也被称为马达电流。选择马达电流的频率以在相绕组中产生磁场或磁通，该磁场或磁通以预定速度绕电枢旋转，这引起马达中的转子旋转。因此，转子的旋转速度由马达电流的幅度和频率确定。

通常，命令旋转磁通领先转子一定角度，这通常被称为“提前角”。可以通过调节提供给马达绕组的电流的相角来控制提前角，并且随着转子速度的增加而增加，这取决于马达的转矩和功率要求。如果磁通没有以适当的提前角领先转子和/或如果磁通不包括适当的旋转速度，则马达可能经历高电流和/或转矩振荡，这可能导致马达系统的损坏。

为了防止马达经历高电流和/或转矩振荡，马达系统始终跟踪当前马达电气位置，即转子(或磁通)的位置和当前马达速度。因此，一些马达系统包括绝对位置传感器，诸如旋转变压器，以使转子位置和马达速度同步。位置传感器通常提供两个输出信号，用于马达的控制和操作。例如，正弦包络信号和余弦包络信号可被输出并用于控制和操作马达。

当一个输出信号有故障时，这种系统可以关闭马达或将控制切换到马达电气位置的备用源。在某些条件下可能不需要马达关闭。此外，提供马达电气位置的备用源通常需要使用一个或多个附加电路和/或传感器来计算马达状况。

因此，期望提供用于操作马达的系统和方法，而无需附加电路和/或传感器来提供马达电气位置的备用源。此外，期望提供用于以单个马达位置信号操作马达的系统和方法。此外，从随后的详细描述和所附权利要求，结合附图和介绍，其它期望的特征和特性将变得显而易见。

技术实现要素：

提供了用于操作马达的系统和方法，诸如永磁交流(pmac)马达。在示例性实施例中，一种用于操作马达的方法包括接收与马达角位置对应的第一输出。该方法进一步包括合成来自第一输出和来自估计的马达角速度的合成第二输出。该方法还包括从第一输出和合成的第二输出计算马达角位置。该方法包括从马达角位置估计马达角速度。此外，该方法包括基于马达角位置和马达角速度操作马达产生转矩。

在示例性实施例中，与马达角位置对应的第一输出是正弦包络信号或余弦包络信号。在示例性实施例中，耦接到马达的基于矢量的位置传感器提供第一输出。在另一示例性实施例中，第一输出由旋转变压器、磁阻传感器或涡流传感器产生。

在某些示例性实施例中，该方法进一步包括接收与马达角位置对应的第二输出，确定第一输出没有故障，并确定第二输出有故障。

在一些示例性实施例中，正交包络发生器合成来自第一输出和估计的马达角速度的合成第二输出。在这种实施例中，正交包络发生器可以是频率适应的全通滤波器或空间导数滤波器。

在示例性实施例中，当绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n1|时，该方法基于马达角位置和估计的马达角速度操作马达产生转矩，并且该方法进一步包括识别绝对马达速度小于所选绝对值|n1|，并且在识别出绝对马达速度小于所选绝对值|n1|之后，控制马达不生成转矩和电流。在这种示例性实施例中，该方法可以进一步包括：在最初控制马达不生成转矩和电流之后，确定绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n2|，用马达生成转矩并且检测马达的旋转方向。此外，在某些示例性实施例中，确定绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n2|包括执行每转两次脉冲的模拟编码器方法或执行速度上限计算。此外，在某些示例性实施例中，检测马达的旋转方向包括执行基于三相短电流的检测过程或执行基于电流调节器的检测过程。

在某些实施例中，该方法还包括确定绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n3|，其中|n3|大于或等于|n2|，并且在识别出绝对马达速度大于或等于所选值|n3|之后，操作马达产生转矩。例如，这种实施例可以包括基于马达角位置和马达角速度操作马达产生转矩。

在某些实施例中，该方法包括，在最初控制马达不生成转矩和电流之后，确定绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n2|，用马达生成转矩并且检测马达的旋转方向，并且在确定绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n2|的时间间隔t1之后，基于马达角位置和马达角速度操作马达产生转矩。

在另一示例性实施例中，提供了一种方法，用于操作包括转子的马达、耦接到马达并被配置为向马达提供电压的逆变器，以及耦接到逆变器和马达的控制器。该方法包括用控制器接收与马达角位置对应的输出，并且用控制器基于马达角位置检测绝对马达速度。该方法包括：当绝对马达速度小于所选绝对值|n1|时，用控制器控制马达不生成转矩，并且在马达不生成转矩之后，并且当绝对马达速度大于或等于所选绝对值|n2|时，用马达生成转矩并检测马达的旋转方向；并且当绝对马达速度大于或等于大于或等于|n2|的所选绝对值|n3|时，用控制器控制马达生成转矩。

在示例性实施例中，与马达角位置对应的输出是正弦包络信号或余弦包络信号。在示例性实施例中，用控制器基于马达角位置检测绝对马达速度包括执行每转两次脉冲的仿真编码器方法。在另一示例性实施例中，可以执行速度上限计算以检测绝对马达速度是否小于所选绝对值。在示例性实施例中，检测马达的旋转方向包括执行基于三相短电流的检测过程或执行基于电流调节器的检测过程。

在另一示例性实施例中，提供了一种马达系统。马达系统包括马达、耦接到马达并被配置为向马达提供电压的逆变器，以及耦接到逆变器和马达的控制器。控制器包括控制逻辑，该控制逻辑被配置为执行一元信号控制算法，用于仅基于与马达角位置对应的一个输出信号来控制马达。此外，控制器包括暂停逻辑，该暂停逻辑被配置为基于与马达角位置对应的输出信号确定何时暂停控制马达。此外，控制器包括驱动逻辑，该驱动逻辑被配置为响应于确定的一元信号控制算法的暂停而将转矩驱动到零(0)牛顿米(n·m)。

控制器还包括速度检测逻辑，该速度检测逻辑被配置为响应于确定的一元信号控制算法的暂停来检测马达的绝对速度。控制器包括方向检测逻辑，该方向检测逻辑被配置为响应于检测到高于所选绝对速度的绝对速度来检测马达的旋转方向。控制器进一步包括重启逻辑，该重启逻辑被配置为基于马达的绝对速度确定何时重启一元信号控制算法。

在示例性实施例中，马达系统进一步包括基于矢量的位置传感器，该基于矢量的位置传感器耦接到马达和控制器，用于输出与马达角位置对应的一个输出信号。

在某些示例性实施例中，控制逻辑是应急控制逻辑，并且马达系统进一步包括主控制逻辑，该主控制逻辑被配置为执行二进制信号控制算法，用于基于与马达角位置对应的两个输出信号来控制马达；以及故障检测逻辑，其被配置为识别与马达角位置对应的第二输出信号是否有故障，并将马达的控制从主控制逻辑切换到应急控制逻辑。

在另一示例性实施例中，提供了一种用于检测马达的旋转方向的方法。该方法包括向同步参考系电流控制器命令零电流；基于假定的旋转方向生成角度；用角度执行直接正交零变换；检查产生的电压命令；并且当电流调节器的电压命令输出基本上恒定时，识别假定的旋转方向作为旋转方向。

附图说明

在下文中将结合以下附图描述本主题，其中相同的数字表示相同的元件，并且在附图中：

图1是根据本文的实施例的具有永磁交流(pmac)马达系统的车辆的示例性实施例的示意图；

图2示出根据本文的实施例的具有转子激励的传统旋转变压器传感器，用于图1的车辆；

图3是示出根据本文的实施例的马达位置传感器输出的矢量图；

图4是示出根据本文的实施例的当马达在零速度以上操作时使用一个包络信号控制马达的操作的系统的示意图；

图5是示出根据本文的实施例在图4的系统中使用的频率适应的全通滤波器的操作的示意图，其中示例性带宽适合于每秒100弧度，其中频率(弧度/秒)沿水平x轴从10⁰到10⁴，相位(度)在垂直y轴的下部从-90到180，以及幅度(abs)在垂直y轴的上部从0到2；

图6是当马达在接近和/或处于零速度操作时一个包络信号丢失时控制马达操作的系统的示意图，包括基于速度的方向确定过程；

图7提供了根据本文的实施例的用于确定马达的旋转方向的方法的流程图；

图8是示出根据本文的实施例的用于图6和图9的速度检测逻辑的速度上限计算的曲线图，其中时间(t)沿着水平x轴，过零时间计数器处于y轴的下部，并且非故障包络处于y轴的上部；

图9是当马达在接近和/或处于零速度操作时一个包络信号丢失时用于控制马达操作的系统的示意图，包括基于时间的方向确定过程；

图10提供了根据本文的实施例的用于在接近零操作模式期间操作马达的方法的流程图；

图11提供了根据本文的实施例的用于在接近零操作模式期间操作马达的方法的流程图；以及

图12提供了根据本文的实施例的用于操作马达的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述本质上仅是说明性的，并不旨在限制本主题的实施例或这些实施例的应用和用途。如本文所使用的，词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述为示例性的任何实施方式不必被解释为比其它实施方式更优选或更具优势。此外，无意受前述技术领域、

背景技术：
、发明内容或具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

本文可以在功能和/或逻辑块组件方面并且参考可以由各种计算组件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述技术和科技。这些操作、任务和功能有时被称为计算机执行、计算机化、软件实现或计算机实现。应当理解，图中所示的各种块组件可以由被配置为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如，系统或组件的实施例可以采用各种集成电路组件，例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能。

当以软件或固件实现时，本文描述的系统的各种元件实质上是执行各种任务的代码段或指令。在某些实施例中，程序或代码段存储在有形处理器可读介质中，该有形处理器可读介质可包括可存储或传输信息的任何介质。非暂态和处理器可读介质的示例包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘等。

为了简洁起见，涉及车辆设计、车辆控制系统、再生制动系统、电动和混合动力电动传动系统、基于车辆的电子控制单元(ecu)以及基于车辆的网络协议和相关架构的传统技术可以这里不再详细描述。此外，本文包含的各种图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦接。应该注意，在本主题的实施例中可以存在许多替代或附加的功能关系或物理连接。

本文的实施例提供了一种系统和方法，用于基于与当前马达角位置对应的单个输出信号来控制马达的操作。这种系统和方法可以作为主要操作模式的备用或应急操作模式提供，该主要操作模式基于与当前马达角位置对应的两个输出信号控制马达的操作。例如，本文描述的系统和方法可以基于主要操作模式期间与马达角位置对应的正弦包络信号和与马达角位置对应的余弦包络信号来控制马达的操作。

如果其中一个信号有故障或者不可用，则本文描述的系统和方法可以基于非故障信号控制马达的操作，使得当接通信号有故障时不需要关闭马达。当无法再提取位置信息时，信号被认为有故障。故障信号的示例包括输出太小或太大而无法使用或者包括大量噪声或干扰的信号。

此外，本文提供的实施例解决了在不同速度状态期间马达的操作。例如，可以提供高速操作模式，用于以高于所选的接近零速度的速度控制马达的操作。当马达速度接近零时，即等于或小于所选的接近零速度时，提供低速操作模式以暂停马达生成的转矩并确定何时返回高速操作模式。

图1是具有永磁交流(pmac)马达系统的车辆100的示例性实施例的示意图。车辆100可以是前轮驱动车辆、后轮驱动车辆、全轮驱动车辆等。图1中所示的非限制性实施例表示前轮驱动车辆。车辆100可以包括但不限于：负重轮102；至少一个驱动轴104；驱动系统106；电动马达/发电机(mogen)108，以下称为马达；用于驱动系统106的能量存储系统(ess)110；基于计算机或处理器的控制系统112，即控制器；多个车辆传感器114；制动系统116；加速踏板118；制动踏板120。

图1以非常简化的方式描绘了车辆100。应当理解，车辆100的实际实施例将包括许多附加组件、子系统和元件，它们协作以提供各种传统和普通的特征和功能。为了简洁和清楚起见，这里将不再详细描述车辆100的传统方面(其可能与所公开的主题无关或不相关)。

驱动系统106将牵引动力传递到驱动轴104。驱动系统106可包括但不限于变速器、变矩器和内燃机(用于hev或插入式hev车辆)。为了便于说明，图1中未描绘这些组件。驱动系统106被适当地设计和控制以与马达108和ess110协作，使得负重轮102(例如，用于该示例的前驱动轮)可以由马达108使用存储在ess110中的电能来驱动。马达108、ess110和/或车辆100的其它特征和功能由控制系统112控制。

可以使用一个或多个车载电子控制模块来实现控制系统112。在某些实施例中，控制系统112的功能分布在车辆100的多个物理上不同的电子控制模块中。例如，控制系统112可包括或与以下中的一个或多个协作，但不限于：中央控制模块；发动机控制模块；变速器控制模块；电源逆变器模块；制动控制模块；车身控制模块；动力总成控制模块；以及电池控制模块。这些以及可能的其它模块包括以期望的方式操作车辆100可能需要的控制逻辑和功能能力。如果这样配置，则控制系统112可以提供一些或所有前述模块的总体控制和协调。为简单起见，控制系统112表示为单个块，但是在车辆100的实施例中也可以部署单独的不同组件。在某些实施例中，控制系统112可以被配置为提供或支持如在下面更详细描述的部分或全部仪器显示系统的功能。

控制系统112(以及车辆100上的任何单独控制模块)可以被配置为通用数字计算机，该通用数字计算机通常包括微处理器、中央处理单元或其它形式的处理器设备、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、电可编程只读存储器(eprom)、高速时钟、模数(a/d)和数模(d/a)电路，以及输入/输出电路和设备(i/o)，以及适当的信号调节和缓冲电路。驻留在控制系统112(以及车辆100上的任何单独的控制模块)中或由此可访问的每组算法可以存储在rom中并且根据需要执行以实现相应的功能。

可以使用一个或多个ecu来实现控制系统112和车辆100的其它功能模块。例如，车辆100可以包括以下ecu中的任何一个或全部，但不限于：车身控制模块；中心堆栈模块；记忆座椅模块；仪表板集群模块；后座娱乐模块；升降门模块；放大器模块；变速器模块；气候控制(hvac)模块；以及发动机控制模块。尽管一个ecu可以管理本文描述的功能，但是各种实施例可以采用多个ecu以协作和分布式方式支持功能。此外，系统可以采用但不限于：至少一个处理器设备；至少一个计算机可读存储设备或存储介质；以及输入/输出模块(例如，适当配置的收发器)和协作以实现所需功能的附加元件、设备和功能模块。控制系统112的处理器设备能够执行存储在存储介质上的计算机可执行命令，其中命令使ecu执行其负责的各种过程、操作和功能。实际上，控制系统112的处理器设备可以实现为微处理器、多个分立处理器设备、内容可寻址存储器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或设计用于执行所需功能的任何组合。

存储介质(和/或任何通用存储器存储设备或存储元件)可用于存储定义用于ecu的操作系统、引导加载程序或bios的程序代码。此外，存储介质可以包括随机存取存储器，其用作处理器设备的临时数据存储器。在这方面，处理器设备可以根据需要写入存储介质和从存储介质读取以支持ecu的操作。

可以使用软件、固件、硬件、处理逻辑或其任何合适的组合来实现输入/输出模块。在某些示例性实施例中，输入/输出模块被适当地配置为支持ecu与主车辆100上的其它模块、ecu、传感器或设备之间的数据通信。输入/输出模块还可以被设计为支持与外部设备或来源之间的数据通信。例如，可以用于从“外部”传感器接收输出数据，所述“外部”传感器不以其它方式耦接到车辆100上的通信网络。

ess110可以被配置为一个或多个电池，但是这里可以使用具有存储电力和分配电力的能力的其它电气和/或电化学能量存储设备。ess110的尺寸可以基于包括再生制动要求、与典型道路坡度和温度相关的应用问题以及诸如排放、动力辅助和电力范围的推进要求的因素来确定。通常，ess110是相对高压的直流(dc)设备，其经由充分构造和布线的dc电缆耦接到传输功率逆变器模块(未示出)，如本领域普通技术人员将理解的。

电动马达108机械地耦接到负重轮102中的至少一个，并且电耦接到ess110。电动马达108可以交替地作为电力供应器或作为发电机操作。当作为马达或电力供应器操作时，取决于车辆100的设计，马达108可以是单个单元或多个单元，向驱动系统106供电。当作为发电机操作时，马达108将从驱动系统106接收电力。在这方面，控制系统112适于将电能从马达108路由或分配到ess110以对ess110再充电，和/或将电能从ess110分配到另一个电力单元(未示出)，该电力单元此时将作为电动马达操作。

车辆100包括传统的机电或液压摩擦制动系统116，该机电或液压摩擦制动系统116利用定位在每个负重轮102附近的流体致动垫和/或鼓式制动机构。摩擦制动系统116提供摩擦制动转矩，该摩擦制动转矩可以通过电子/再生制动转矩来增强。当车辆100的驾驶员或操作者踩下制动踏板120从而输入描述驾驶员命令的总制动转矩的力和行程时，摩擦制动系统116经由摩擦制动转矩和再生制动转矩(如果有)的组合来减慢车辆100。

仍然参考图1，车辆100还配备有各种传感器114，该传感器114检测或获得与车辆100的当前操作状态或状况有关的信息(本文称为车辆状态数据)。例如，传感器114可包括测量车轮速度和车轮滑移数据(车辆速度、加速度和减速度可以由控制系统112使用车轮速度数据计算)的车轮速度传感器。传感器114还可以包括检测制动踏板120和加速器踏板118的位置和/或行程的传感器。传感器114还可以包括确定ess110的当前充电状态、ess110在任何给定时间的充电和/或放电功率以及ess110在任何给定时间的温度的传感器。在车辆100的操作期间，控制系统112通过与不同传感器114对应的输入信号接收实时车辆状态数据，该输入信号可以部署在车辆100上的各个位置处。可以以任何采样率(例如每10毫秒一次)收集和处理传感器数据。

在示例性实施例中，传感器114包括耦接到马达108的传感器，用于感测马达108的特性。图2示出了这种传感器114。在图2的实施例中，传感器114是旋转变压器传感器，但是可以使用用于监视马达的电气位置的其它传感器。

图2示出了旋转变压器传感器114的转子202和定子204。如图所示，旋转变压器传感器114包括三个不同的线圈绕组：参考绕组212、正弦绕组214和余弦绕组216。参考绕组212安装到马达108的转子202。正弦绕组214和余弦绕组216安装到马达108的定子204。正弦绕组214和余弦绕组216相对于转子轴线彼此成90°安装。

参考绕组212由正弦ac电压激励。正弦绕组214和余弦绕组216接收由参考绕组212感应的电压。在正弦绕组214和余弦绕组216中感应的电压的幅度由转子202或参考绕组212的角度确定，并且对应于转子202的角位置的正弦和余弦。

随着转子202旋转，参考绕组212旋转。随着参考绕组212旋转，参考绕组212和正弦绕组214/余弦绕组216之间的差异角度改变，表示为图2中的θ旋转角度或θ。因此，随着马达108旋转，从正弦绕组214和余弦绕组216输出的电压根据转子轴位置而改变。

虽然图2中示出了旋转变压器型传感器114，但是本文的实施例可以应用于感测马达位置的系统，诸如包括旋转变压器和磁阻传感器的基于矢量的位置传感器，或者包括涡电流传感器的其它类型的传感器。这种传感器的示例性实施例可以配置为具有以下形式的输出：

s＝asin(θ)

c＝acos(θ)

其中θ是传感器或感测方法检测到的角度，其可能需要进行缩放以便达到马达电气位置。

θ＝感测位置＝(转子位置)*(传感器倍乘因子)

对于旋转变压器传感器，传感器倍乘因子将是叶片的数量。

对于一些传感器，诸如旋转变压器传感器，需要对原始传感器信号进行一些处理以获得包络信号：s和c。包络信号可以以不同方式处理以提取θ，并且传统方法需要s和c二者都可用于计算。一种方法是采用信号包络的四象限反正切：

θ＝atan2(s，c)

这可以图形表示，如图3中所示，图3是通过绘制水平轴上的包络信号c(余弦)和垂直轴上的包络信号s(正弦)的传感器输出的矢量图。

图3示出如果包络信号之一丢失，则传统的操作模式变得不可用：

如果s＝0，则atan2(0，c)将始终为0°或180°

如果c＝0，则atan2(s，0)将为90°或270°

在传统操作中，如果s＝0或c＝0，则必须关闭马达或控制器必须切换到位置信息的备用源。本文的实施例通过合成使用剩余包络信号丢失的包络信号和马达速度的估计，仅基于一个包络信号提供对马达操作的连续控制。例如，如果包络信号s丢失，则系统和方法使用剩余包络信号c和马达速度的估计来合成包络信号ss。同样，如果包络信号c丢失，则系统和方法使用剩余包络信号s和马达速度的估计来合成包络信号cs。

图4示出当马达在零速度以上操作时当一个包络信号丢失时用于控制马达的操作的系统300。如图所示，信号源320(诸如传感器，例如传感器114)提供两个信号包络或输出321和322。

在示例性实施例中，信号包络321和322被传送到控制逻辑325，该控制逻辑325被配置为执行一元信号控制算法，用于仅基于与马达角位置对应的一个输出信号来控制马达。具体地，信号包络321和322被传送到控制逻辑325中的故障检测模块330。故障检测模块330确定信号包络321和/或322中的一个或两个是否有故障和/或是否已经丢失。这可以通过估计每个包络的幅度或存在的干扰量来实现。

如果仅一个包络321或322有故障，则故障检测模块330确定哪个包络321或322有故障以及哪个包络322或321仍然正常地作为非故障包络331运行。

然后，将非故障包络331从故障检测模块330传送到控制逻辑325中的包络生成模块340。示例性包络生成模块340是正交包络发生器。包络生成模块340合成合成包络341以替换故障包络(321或322)。在示例性实施例中，包络生成模块340合成来自非故障包络331和来自估计的速度361(即，传感器的速度ω的估计)的合成包络341。

如图所示，然后将非故障包络331和合成包络341传送到控制逻辑325中的位置计算模块350。这种模块350可以与接收两个非故障包络的位置计算模块相同或冗余。位置计算模块350计算传感器位置351，即用于马达控制的传感器的位置θ。

如图所示，传感器位置351被传送到速度估计模块360。示例性速度估计模块360是运动状态滤波器。速度估计模块360被配置为估计传感器的速度ω作为估计速度361，其被传送到包络生成模块340并如上所述使用。

此外，传感器位置351也被传送到马达控制模块370。此外，估计速度361被传送到马达控制模块370。马达控制模块370利用估计速度361和传感器位置351来确定和将适当的马达操作命令传送给马达。该位置用于将马达相电流转换为与转子磁通同步的参考系。然后，使用所得到的同步参考系电流以及估计的速度来执行同步参考系电流控制器。控制器向逆变器产生电压命令，以便在马达中生成命令转矩。

返回参考包络生成模块340，应注意，示例性包络生成模块340可以是频率自适应全通滤波器。这种滤波器可以用于获得合成包络341，该合成包络341是故障包络321或322的估计，其相对于非故障包络331具有相同的幅度和90°的相位滞后或领先。示例性一阶全通滤波器在输入的整个频率范围内具有单位增益，以及在滤波器的带宽处90°的相位滞后。滤波器的带宽可以在线调整，以等于传感器的基频ω，以获得所需的结果。

图5中的该实施例包括s作为以非故障包络331形式的输入，即a*sin(θ)，以及合成版本c作为以合成包络341形式的输出，即a*cos(θ)。如果c是非故障包络，则-c(负c)将是输入，并且合成版本的s将是输出。在两种情况下，滤波器输出必须在框348处乘以速度ω的符号345，以便考虑马达旋转的方向以获得合成包络341。

在另一个实施例中，图4的包络生成模块340可以是空间导数滤波器。这种滤波器可以用于获得合成包络341，该合成包络341是故障包络321或322的估计，其相对于非故障包络331具有相同的幅度和90°的相位滞后或领先。示例性空间导数可以在连续域中写为：

并且在分立时间域中写为

上述等式示出，空间导数给出了与图5的全通滤波器相同的一般结果。

如上所述，图4示出当马达在零速度以上操作时当一个包络信号丢失时用于控制马达的操作的系统300。由图4的系统300(诸如包络生成模块340)使用的某些模块和等式要求传感器的速度(速度和方向)是已知的且非零的。然而，在正常使用中，马达会停止并可能改变方向。在这种状况下，图6或图9的系统可用于通过在零速度附近和跨越零速度的操作来支持连续的马达控制。

图6和图9各自提供了系统400的示意图，该系统用于当马达接近和/或处于零速度操作时当一个包络信号丢失时控制马达的操作。作为说明性示例，图6和图9中的速度可以在从左到右从负高速(-高速)到正高速(+高速)的箭头410的方向中变化。

从图6和图9的左侧开始，用于采用上面关于图4的系统300描述的单个包络进行操作的每个方法在大于或等于即在马达速度范围412中所选低速n1的绝对值|n1|的绝对马达速度处使用。当绝对马达速度下降到|n1|时，暂停采用单个包络进行操作的方法。在旋转变压器传感器的情况中，所选低速n1的绝对值|n1|可以取决于旋转变压器叶片的数量。在示例性实施例中，|n1|对于2x旋转变压器为约200至约400rpm。可以利用暂停逻辑来确定何时暂停用于采用上面关于图4描述的单个包络进行操作的方法，即，何时基于与马达角位置对应的输出信号暂停马达的控制。这种逻辑可以包括确定马达速度的绝对值小于|n1|。当马达速度的绝对值小于|n1|时，控制器指示控制马达的逆变器执行三相打开以不生成转矩和电流。因此，在马达速度范围414中，马达不生成转矩和电流。

在速度n1以下，传感器位置被认为是不可检测的。然而，在重启马达生成的转矩之前必须知道传感器位置。因此，该方法包括速度检测逻辑430，该速度检测逻辑430被配置为响应于在马达速度n1下确定的一元信号控制算法的暂停，检测马达速度范围414中的马达的绝对速度。速度检测逻辑430可以用一个包络执行绝对速度感测。从低负速度n1到低正速度n2，速度检测逻辑430检测马达的绝对速度。在旋转变压器传感器的情况中，低正速度n2可再次取决于旋转变压器叶片的数量。低正速度n2的值也可以取决于马达短路行为。在示例性实施例中，对于2x旋转变压器，低正速度n2为约500至约700rpm。在示例性实施例中，速度检测逻辑430依赖于检测非故障包络331的过零点以实现低分辨率速度计算。

例如，在图6和图9中，速度检测逻辑430使用每转两次脉冲的仿真编码器方法来估计马达的绝对速度。如图所示，在仿真编码器方法中，非故障包络331被传送到过零检测模块440。过零检测模块440从非故障包络331形成脉冲信号441并将脉冲信号441传送到每转两次脉冲(2ppr)的仿真编码器信号生成模块450。仿真编码器信号生成模块450生成脉冲计数451并在每次非故障包络331过零时标记时间戳452。

脉冲计数451和时间戳452被传送到低分辨率速度计算模块460。低分辨率速度计算模块460对上述脉冲信号441的边缘进行计数，并且结合时间戳452计算在众所周知的m、t或m/t过程中来自编码器信号的马达的绝对速度461。

图7示出当速度的绝对值大于或等于|n2|时，用于经由电流调节确定马达的旋转方向的示例性方法700。在所示方法700中，动作710包括假定旋转方向。最初选择的旋转方向可以基于最后已知的旋转方向，最常见的操作条件，或者任意选择。

动作720包括以假定的旋转方向合成故障传感器输出。例如，正交包络发生器将以假定的旋转方向合成故障位置传感器输出。

方法700包括在动作730处从非故障和合成的传感器输出计算马达位置。例如，正交包络发生器将从非故障传感器输出和合成传感器输出计算马达位置的估计。

方法700进一步包括在动作740处命令零电流到同步系电流调节器，并在动作750处延迟时间段t2。具体地，方法700包括使用计算的位置执行同步参考系电流控制以传递命令零电流到同步系电流调节器。为实现零电流，调节器必须命令马达的反emf电压。如果假定的旋转方向是正确的，则在同步参考系中，q轴电压将基本上恒定并等于马达速度乘以永磁体磁链(即，将基本上等于马达的反emf电压并且d轴电压将基本上恒定并等于零。在某些实施例中，当最大绝对值|max|和最小绝对值|min|之间的差值小于所选值δ：|max|-|min|＜δ时，值可以是“基本上恒定的”。其它实施例可以用不同的技术定义“基本上恒定”。如果假定的旋转方向不正确，则d轴和q轴电压命令将以马达速度的两倍频率呈正弦曲线，其中峰值幅度近似等于马达的反emf电压。

查询755请求q轴电压是否近似等于马达的反emf电压以及d轴电压是否等于约零。如果q轴电压不近似等于马达的反emf电压或者如果d轴电压诸如在线756处不近似为零，则在动作760处识别出相反的旋转方向，即与在查询755中使用的最后的旋转方向相反。然后，方法700通过将故障传感器输出与在动作760处识别的旋转方向合成，在动作720处继续。

如果在查询755处，q轴电压近似等于马达的反emf电压并且d轴电压诸如在线758处近似为零，则在动作770处计数器递增。然后执行查询775并请求计数器是否大于或等于预定阈值。如果为否，诸如在线776处，则重复查询755。如果为是，诸如在线778处，则在动作780处，使用方法500恢复马达操作。

结果，检查(即，查询755、动作770和查询775)持续执行，直到计数器在查询775处达到预定义阈值并且该方法继续到动作780，或者直到检查在线756处失败为止，在动作760处识别出相反的旋转方向。这是为了消除由于q轴电压的单个实例近似等于马达的反emf电压并且d轴电压近似为零而恢复马达操作的可能性。如果假定的方向不正确，如果电压命令以马达速度的两倍正弦变化，则这种情况将周期性地发生。

如果通过逻辑确定在查询755处旋转方向是不正确的并且在动作760处识别出相反的旋转方向，则在动作720、730、740和750之后将重复对dq电压命令的检查。当对dq电压命令的检查通过时(由于假定的旋转方向已被翻转)，马达操作可以在动作780处恢复。

返回参考图6，在另一实施例中，速度检测逻辑430使用速度上限计算。速度上限计算用于确定绝对速度是否小于所选值。速度上限计算将非故障包络的两个过零点之间的时间间隔与离线计算的阈值进行比较，该阈值对应于关注的速度，即n2。该值可以估计为：

如果非故障包络的两个过零点之间的时间间隔大于或等于tn2，则速度的绝对值小于|n2|，即低于|n2|的上限。该实施例在图8中示出。

在实施例中，通过在检测到非故障包络的第一过零点时启动计时器来执行速度上限计算。然后，通过连续监视或检查定时器，直到检测到非故障包络的下一个过零点。如果在下一个过零发生之前定时器达到tn2，则绝对速度小于|n2|。

返回参考图6，当马达在接近和/或处于零速度操作时一个包络信号丢失时用于控制马达操作的系统400进一步包括方向检测逻辑480，该方向检测逻辑480被配置为检测诸如pmac马达的马达的旋转方向。图6的方向检测逻辑480是基于速度的，并且可以在检测到绝对速度等于或大于或等于所选的正速度n2之后或者响应于检测绝对速度等于或大于或等于所选的正速度n2而指示检测马达的旋转方向。具体地，在低分辨率速度计算模块460将绝对速度461确定为至少|n2|之后，方向检测逻辑480检测马达的旋转方向。在示例性实施例中，方向检测逻辑480使用基于三相短电流的检测方法或基于电流调节器的检测方法。

图6示出被很好地理解的基于三相短路电流的实施例。基于电流调节器的实施例包括命令零电流到同步参考系电流控制器并检查所得到的电压命令。当这有效时，正交包络发生器可以与假定的方向一起使用，以为同步电流调节器所需的dq变换提供角度。如果假定方向正确，则电流调节器的电压命令输出将相对恒定。如果假定方向不正确，电压命令将以马达电气频率的两倍正弦变化。

当方向检测逻辑480确定马达速度范围416中的方向481时，速度检测逻辑430继续检测马达的绝对速度461。在确定了方向481并且确定绝对速度461足够高，即，至少等于|n3|之后，如图4所述的单包络操作可以重启，并且在马达速度范围418处恢复转矩能力。在示例性实施例中，n3是从约600到约800rpm。在示例性实施例中，使用图4中描述的单包络操作来重启马达控制的确定可以通过重启逻辑执行。

图9示出方向检测逻辑480，该方向检测逻辑480是基于时间的并且可以指示在绝对速度的估计处于或高于所选的绝对速度|n2|之后或响应于绝对速度的估计处于或高于所选的绝对速度|n2|来检测马达的旋转方向。具体地，在低分辨率速度计算模块460将绝对速度461确定为至少|n2|之后，方向检测逻辑480检测马达的旋转方向。在示例性实施例中，方向检测逻辑480使用基于三相短电流的检测方法或基于电流调节器的检测方法。

图9再次示出基于三相短路电流的实施例，这是很好理解的。基于电流调节器的实施例包括命令零电流到同步参考系电流控制器并检查所得到的电压命令。当这有效时，正交包络发生器可以与假定的方向一起使用，以为同步电流调节器所需的dq变换提供角度。如果假定方向正确，则电流调节器的电压命令输出将相对恒定。如果假定方向不正确，则电压命令将以马达电气频率的两倍正弦变化。

在图9中，方向检测逻辑480确定方向481达预定时间间隔t1。在确定了方向481并且时间间隔已经过去之后，则可以重启如图4所述的单包络操作，并且在马达速度范围418处恢复转矩能力。在示例性实施例中，使用图4中描述的单包络操作重启马达控制的确定可以由重启逻辑执行。

图10示出方法500的实施例，用于操作包括转子的永磁交流(pmac)马达、耦接到马达并被配置为向马达提供电压的三相逆变器，以及耦接到逆变器和马达的控制器。当骑行通过马达停止并且可能改变方向的条件时，方法500可以用作马达控制，并且可以被认为是接近零速度的操作模式。图10的方法500示出类似于图6的基于速度的方向确定过程。

如图所示，图10中的方法500包括在动作502处用控制器接收输出。例如，控制器可以接收与马达角位置对应的输出。在某些实施例中，输出是正弦包络信号或余弦包络信号。

方法500进一步包括在动作504处用控制器基于马达角位置检测马达速度。例如，控制器可以通过执行每转两次脉冲的仿真编码器方法，基于马达角位置估计马达速度，并且可以通过执行速度上限计算来确定绝对马达速度是否小于所选绝对值，或者可以通过执行另一种合适的技术和/或计算来检测马达速度。

查询506请求绝对马达速度是否小于所选值|n2|，大于或等于|n2|并且小于所选值|n3|，或者大于或等于|n3|。如果绝对马达速度小于|n2|，则通过重复动作504继续该方法。如果绝对马达速度大于或等于|n2|并且小于所选值|n3|，则通过检测马达的旋转方向，该方法在动作508处继续。例如，控制器可以执行基于三相短电流的检测过程、基于电流调节器的检测过程，或者检测马达的旋转方向的另一合适过程。

如果绝对马达速度大于或等于|n3|，则该方法在动作514处继续，其中控制器可以根据如图4中所述的单个包络操作，鉴于已知的马达速度和旋转方向操作马达产生转矩。通常，动作514可以被认为包括操作马达以产生跟随方法600的转矩。

图11示出方法500的另一个实施例，用于操作包括转子的永磁交流(pmac)马达、耦接到马达并配置为向马达提供电压的三相逆变器，以及耦接到逆变器和马达的控制器。当骑行通过马达停止并且可能改变方向的条件时，方法500可以用作马达控制，并且可以被认为是接近零速度的操作模式。图11的方法500示出类似于图9的基于时间的方向确定过程。

如图所示，方法500包括在动作502处用控制器接收输出。例如，控制器可以接收与马达角位置对应的输出。在某些实施例中，输出是正弦包络信号或余弦包络信号。

方法500进一步包括在动作504处用控制器基于马达角位置检测马达速度。例如，控制器可通过经由每转两次脉冲的模拟编码器方法或通过执行另一种合适的技术基于马达角速度估计马达速度来检测马达速度。此外，控制器可以基于速度上限计算来检测马达速度。

查询507请求绝对马达速度是否小于所选值|n2|或大于或等于|n2|。如果绝对马达速度小于|n2|，则该方法通过重复动作504继续。如果马达速度大于或等于|n2|，则该方法通过检测马达的旋转方向在动作508处继续。例如，控制器可以执行基于三相短电流的检测过程，基于电流调节器的检测过程，或者检测马达的旋转方向的另一合适过程。

查询512提示在动作508处开始检测到旋转方向之后的时间间隔是否大于或等于预定时间间隔t1。如果时间间隔不大于或等于t1，则方法500在动作508处继续检测旋转方向。如果时间间隔大于或等于t1，则该方法在动作514处继续，其中控制器可以根据如图4所述的单包络操作，鉴于已知的马达速度和旋转方向操作马达产生转矩。通常，动作514可以被认为包括操作马达产生跟随方法600的转矩。

图12示出用于操作马达的方法600。如图所示，方法600包括在动作602处用控制器接收输出，诸如接收与马达角位置对应的两个输出。具体地，控制器可以接收正弦包络信号和余弦包络信号。这种信号可以由耦接到马达的位置传感器提供。示例性位置传感器可以是旋转变压器或磁阻传感器、涡电流传感器或另一合适的传感器。

方法600包括在动作604处检测故障，其中控制器分析输出以检测两者或任一者是否有故障。查询606询问两个输出是否都有故障，输出是否都有故障，或者一个输出是否有故障。如果诸如在线607处两个输出均有故障，则马达在动作608处关闭。如果诸如在线601处两个输出均未有故障，则该方法通过重复动作602继续，同时保持正常的双输出马达控制。如果诸如在线609处一个输出有故障，则该方法在动作610处继续。例如，动作604和查询可以确定第一输出没有故障并且第二输出有故障。

方法600包括在动作610处合成替换输出，其中控制器合成替换或替代有故障的第二输出。具体地，控制器合成来自非故障第一输出和来自估计的马达角速度的合成第二输出。例如，控制器可以利用正交包络发生器来合成合成的第二输出。在示例性实施例中，正交包络发生器是频率自适应全通滤波器、空间导数滤波器或获得合成包络的另一合适模块，该合成包络是故障包络的估计并且具有相对于非故障包络的相同的幅度和90°的相位滞后或领先。

方法600通过在动作612处计算马达位置而继续，其中控制器计算马达角位置。例如，控制器可以诸如通过采用信号包络的四象限反正切，或通过另一合适的过程，使用非故障的第一输出和合成的第二输出计算马达角位置作为传统正弦包络信号和余弦包络信号。

方法600包括在动作614处估计马达角速度，其中控制器从马达角位置估计马达角速度。例如，运动状态滤波器可用于估计马达角速度。如箭头615所示，在动作610中使用估计的马达角速度来合成替换输出。此外，方法600包括在动作616处基于马达角位置和马达角速度操作马达产生转矩。当在动作602处接收到输出时，方法600连续地重复。

当马达速度大于或等于所选低速n1的绝对值|n1|时，动作610-616提供马达的适当操作，在零速度下的马达需要使用不同的处理。因此，查询620遵循估计马达角速度的动作614，并且提示绝对马达速度是否大于或等于绝对值|n1|。

如果诸如在线623处绝对马达速度大于或等于|n1|，则该方法继续动作616，其中控制器基于马达角位置和马达角速度操作马达产生转矩。

然而，如果诸如在线627处绝对马达速度被识别为小于|n1|，则方法600提供控制马达以在动作630处不生成转矩和电流。在控制马达不生成转矩和电流之后，则执行如方法500公开的接近零操作模式。在接近零操作模式期间，转矩不会保持为零，而是在发生方向确定时马达将生成一些转矩。方法500的动作514可以被认为是方法600中的动作616。

为了执行方法500和方法600，控制器可以设置有应急控制逻辑，该应急控制逻辑被配置为执行一元信号控制算法，用于仅基于与马达角位置对应的一个输出信号来控制马达。此外，示例性马达包括暂停逻辑，该暂停逻辑被配置为基于与马达角位置对应的输出信号确定何时暂停控制马达。控制器包括：速度检测逻辑，其被配置为响应于确定的一元信号控制算法的暂停来检测马达的绝对速度；以及方向检测逻辑，其被配置为响应于检测到超过所选速度的绝对速度来检测马达的旋转方向。此外，控制器包括重启逻辑，其被配置为基于马达的绝对速度确定何时重启一元信号控制算法。

在示例性实施例中，控制器进一步还包括主控制逻辑，其被配置为执行二进制信号控制算法，用于基于与马达角位置对应的两个输出信号来控制马达；以及故障检测逻辑，其被配置为识别与马达角位置对应的第二输出信号有故障，并且将马达的控制从主控制逻辑切换到应急控制逻辑。

如本文所述，提供了用于基于单个马达位置信号操作马达的系统和方法。此外，系统和方法以高速和接近零的速度提供这种操作。结果，当马达位置信号有故障时，可以避免车辆停机。

尽管在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性方面，但是应该理解存在大量的变型。还应当理解，一个示例性方面或多个示例性方面仅是示例，并且不旨在以任何方式限制所要求保护的主题的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现主题的示例性方面的便利路线图。应当理解，在不脱离所附权利要求中阐述的主题的范围的情况下，可以对示例性方面中描述的元件的功能和布置进行各种改变。