阅读说明：本技术 容错永磁直流马达驱动器 (Fault tolerant permanent magnet DC motor drive ) 是由 J·M·胡 P·普拉莫德 M·R·伊斯兰 于 2017-11-29 设计创作，主要内容包括：描述了用于生成多绕组PMDC马达的输出转矩的技术方案。一种示例方法包括由电流控制器生成针对PMDC马达的多个绕组集中的第一绕组集的第一电压命令,该第一绕组集响应于第一电压命令而生成第一电流。该方法还包括由电流控制器生成针对PMDC马达的绕组集中的第二绕组集的第二电压命令,该第二绕组集响应于第二电压命令而生成第二电流。该方法还包括由PMDC马达基于第一电流和第二电流生成输出转矩。(A solution for generating an output torque of a multi-winding PMDC motor is described. An example method includes generating, by a current controller, a first voltage command for a first winding set of a plurality of winding sets of a PMDC motor, the first winding set generating a first current in response to the first voltage command. The method also includes generating, by the current controller, a second voltage command for a second winding set of the PMDC motor, the second winding set generating a second current in response to the second voltage command. The method also includes generating, by the PMDC motor, an output torque based on the first current and the second current.)

容错永磁直流马达驱动器

背景技术

本申请大体上涉及永磁直流马达(PMDC马达)驱动器，并且尤其涉及PMDC马达驱动器的容错操作。

对于诸如包括电动助力转向(EPS)和自动驾驶辅助系统(ADAS)的汽车子系统中涉及的那些安全关键系统的容错操作的需求正在增加。这种需求触发了在机电运动控制系统中引入冗余，实现了改善的容错能力，从而实现了故障安全运行。电驱动系统通常包括电机、一个或多个功率转换器和传感器以及用于促进运动控制系统的操作的其他组件。

因此，期望在驱动系统中引入冗余以改善汽车子系统和使用这种电驱动系统的其他组件的容错能力。

发明内容

根据一个或多个实施例，一种系统包括永磁直流(PMDC)马达，该马达包括多个绕组集。多个绕组集中的第一绕组集包括第一对磁极、第一对电刷和第一绕组。此外，多个绕组集中的第二绕组集包括第二对磁极、第二对电刷和第二绕组。该系统还包括控制器，该控制器通过向第一绕组集施加第一电压命令来使PMDC马达生成预定量的转矩，其中，第一绕组集响应于第一电压命令而生成第一电流，并且该控制器通过向第二绕组集施加第二电压命令来使PMDC马达生成预定量的转矩，其中，第二绕组集响应于第二电压命令而生成第二电流。第一电流和第二电流使马达生成预定量的转矩。

根据一个或多个实施例，永磁直流(PMDC)马达包括多个绕组集。多个绕组集中的第一绕组集包括第一对磁极、第一对电刷和第一绕组。多个绕组集中的第二绕组集包括第二对磁极、第二对电刷和第二绕组。第一绕组集响应于来自控制器的第一电压命令而生成第一电流命令。第二绕组集响应于来自控制器的第二电压命令而生成第二电流命令。

根据一个或多个实施例，一种用于生成多绕组PMDC马达的输出转矩的方法包括：由电流控制器生成针对PMDC马达的多个绕组集中的第一绕组集的第一电压命令，其中，第一绕组集响应于第一电压命令而生成第一电流。该方法还包括由电流控制器生成针对PMDC马达的多个绕组集中的第二绕组集的第二电压命令，其中，第二绕组集响应于第二电压命令而生成第二电流。该方法还包括由PMDC马达基于第一电流和第二电流生成输出转矩。

根据以下结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加明显。

附图说明

在说明书结尾处的权利要求中特别指出并清楚地要求保护本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本公开的前述和其他特征以及优点将变得清晰，其中：

图1是包括转向系统的车辆10的示例性实施例；

图2描绘了根据一个或多个实施例的PMDC机器的构造；

图3描绘了根据一个或多个实施例的PMDC机器的另一种构造；

图4描绘了根据一个或多个实施例的示例多绕组PMDC机器；

图5描绘了根据一个或多个实施例的使用数学模型的双绕组PMDC机器的框图；

图6描绘了根据一个或多个实施例的示例多绕组PMDC机器；

图7描绘了根据一个或多个实施例的使用多绕组PMDC机器的示例系统700；

图8描绘了根据一个或多个实施例的示例容错系统；以及

图9示出了根据一个或多个实施例的用于在使用多绕组PMDC马达的PMDC马达控制系统中提供容错能力的示例方法的流程图。

图10描绘了根据一个或多个实施例的示例容错系统架构。

具体实施方式

术语“模块”和“子模块”在本文中用于指示一个或多个处理电路(例如专用集成电路(ASIC)、电子电路)、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适组件。可以理解，下面描述的子模块可以进行组合和/或被进一步划分。

永磁直流(PMDC)马达被广泛用于汽车应用，例如电动助力转向(EPS)系统。PMDC马达具有三个主要组件，即定子、转子和换向器。通常，定子包含磁极，而转子是承载绕组的电枢。换向器附接到电刷和滑环，以允许机器进行机械换向。在此，机器可以是PMDC马达本身，也可以是采用PMDC马达的系统，例如EPS系统。电刷连接到相线端子，通过该端子可以将电压施加到机器。电刷通常容易受到机械磨损。机械磨损可能导致PMDC马达发生故障，此后机器将无法运行。在EPS系统设置中，不使用PMDC马达会导致驾驶员失去辅助。除电机外，功率转换器电路以及用于控制电驱动系统的微控制器(逻辑)板也容易出现故障。

通过在PMDC机器中包括用于引入冗余的技术以及在功率转换器和逻辑电路中涉及冗余的控制体系结构来促进基于PMDC的电力驱动系统容错，本文所述的技术方案解决了上述技术挑战。此外，技术方案还提供了PMDC机器的分析模型。应当注意，本文描述的技术方案的各种实施方式使用EPS系统的示例，但是，该技术方案还适用于其他设置，例如电动工具、转子泵和工业应用，以及使用PMDC马达的其他情况。

现在参考附图，将参考具体实施例来描述技术方案，但不限于此。图1是包括转向系统12的车辆10的示例性实施例。在各种实施例中，转向系统12包括耦合到转向轴系统16的驾驶盘14，该转向轴系统16包括转向柱、中间轴和必要的接头。在一个示例性实施例中，转向系统12是EPS系统，该EPS系统还包括转向辅助单元18，该转向辅助单元18耦合到转向系统12的转向轴系统16，并耦合到车辆10的连接杆20、22。备选地，转向辅助单元18可以将转向轴系统16的上部与该系统的下部耦合。转向辅助单元18包括例如齿条和小齿轮转向机构(未示出)，该齿条和小齿轮转向机构可以通过转向轴系统16耦合到转向致动马达19和齿轮装置。在运行期间，随着车辆驾驶员转动驾驶盘14，转向致动马达19提供辅助以使连接杆20、22移动，连接杆20、22分别又使各自与车辆10的车轮28、30耦接的转向节24、26移动。

如图1所示，车辆10还包括各种传感器31、32、33，这些传感器31、32、33检测并测量转向系统12和/或车辆10的可观察状况。传感器31、32、33基于可观察状况生成传感器信号。在一个示例中，传感器31是转矩传感器，并用于感测由车辆10的驾驶员施加到驾驶盘14上的输入驾驶员驾驶盘转矩(HWT)。转矩传感器基于此生成驾驶员转矩信号。在另一示例中，传感器32是马达角度和速度传感器，并用于感测转向致动马达19的旋转角度以及转速。在又一示例中，传感器33是驾驶盘位置传感器，并用于感测驾驶盘14的位置。传感器33基于此生成驾驶盘位置信号。

控制模块40接收从传感器31，32，33输入的一个或多个传感器信号，并且可以接收其他输入，例如车速信号34。基于一个或多个输入并且进一步基于本公开的转向控制系统和方法，控制模块40生成命令信号以控制转向系统12的转向致动马达19。本公开的转向控制系统和方法通过转向辅助单元18施加信号调节以控制转向系统12的各个方面。可以使用例如控制器局域网(CAN)总线或本领域已知的其他车辆网络来执行与车辆10的其他子组件(例如，防抱死制动系统(ABS)44、电子稳定性控制(ESC)系统46和其他系统(未示出))的通信，以交换诸如车辆速度信号34的信号。

在一个或多个示例中，马达19是PMDC马达，使用本文所述的技术方案对其进行控制。

图2描绘了根据一个或多个实施例的PMDC机器的构造。在图示中，描绘了PMDC机器的构造的第一视图101和第二视图102。如图所示，PMDC机器100包括一个磁极对(N和S)110、一个电刷对(B1和B2)120、彼此对应的六个转子槽(转子磁极之间的间隙T1-T6)130和六个换向片(1.1-1.2、2.1-2.2和3.1-3.2)140，具有单叠绕组150。图2还包括机器的等效电路105的视图。应当注意，本文描述的技术方案不限于具有图2所示的构造的PMDC机器100。相反，在其他示例中，PMDC机器100可以包括另外的电刷对120、磁极对110。可替代地或附加地，在其他示例中，PMDC机器100可以包括不同数量的转子槽130，或绕组方式不同的换向片140。

图3描绘了根据一个或多个实施例的PMDC机器的另一种构造。在图示中，使用第一视图201和第二视图202描绘了PMDC机器的构造。PMDC机器100包括两个磁极对110、两个电刷对(B1-B2和B3-B4)120、六个转子槽(转子磁极之间的间隙T1-T6)130和相应的12个换向片(1.1-1.4、2.1-2.4和3.1-3.4)140。PMDC机器100中的绕组150使用叠绕组。

在图2和图3这两者中，由于PMDC机器100的端子使得电刷120绑在一起，因此当电刷发生故障时PMDC机器100不能令人满意地运行。本文所述的技术方案通过在转子槽130内添加多个绕组集和附加的电刷对120以及从每个电刷对120单独地引出的端子来在PMDC机器100内提供冗余，从而解决了这种技术挑战。例如，冗余技术方案可以使用2个独立的马达驱动器(即，2个马达、2个逆变器和2个微控制器)。但使用这样的多个子系统导致附加的成本，并且进一步需要组件的附加的包装和外壳。本文所述的技术方案以不同方式使用单个马达，例如：(1)通过一个微控制器和多个逆变器控制马达中具有多对电刷的多个绕组，(2)通过多个控制器和多个逆变器控制具有多对电刷的多个绕组。

本文描述的技术方案有助于将多个PMDC机器包括在单个PMDC机器的相同物理定子和转子结构内。本公开将包括多个PMDC机器的这种PMDC机器称为“多绕组PMDC机器”。此外，技术方案包括用于具有冗余功率转换器和逻辑电路的多绕组机器的控制架构。

诸如PMDC机器100(图2/图3)的单线绕PMDC机器的数学模型表示如下：

T_e＝K_eI

其中，V、I和T_e是机器的端电压、电流和电磁转矩，L、R、K_e和V_bd是电感、电阻、电压(转矩)常数和电刷压降。注意，电刷压降项是非线性的，并且可以如下表示。

其中，V₀和I₀是电刷压降函数的状态变量。由于温度和磁饱和度的变化，机器参数会随着运行条件而非线性变化。

在多绕组PMDC机器中，各相之间存在附加的磁(感应)耦合。由于这种耦合，机器模型与上述单线绕机器不同。

图4描绘了根据一个或多个实施例的示例多绕组PMDC机器。图4的多绕组PMDC机器300是“双线绕PMDC机器”，该机器具有4个定子极(即，2个极对)110、12个换向板130和转子槽、以及4个电刷(2个电刷对B1-B4)120。此外，双绕组PMDC机器300包含具有全节距(diametrical pitch)的分布式叠绕组150。

图5描绘了根据一个或多个实施例的使用数学模型的双绕组PMDC机器的框图。双绕组PMDC机器300的视图描绘了控制器510和PMDC马达520，在这种情况下，马达520包括双绕组。在一个或多个示例中，控制器510工作于反馈控制模式。对于双绕组PMDC马达520，两个输入电压(V₁)530a和(V₂)530b可以基于由控制器510(例如，通过功率控制器(未示出))生成的电压命令。应该注意的是，虽然理想情况下控制器510生成的电压命令等于PMDC马达520的输入电压(V₁)530a和(V₂)530b，但实际上，由于例如功率转换器电路的非线性，这些值可能略有不同。

此外，由于每个相应绕组的反电动势(ω_m)而修改该电压命令。反电动势基于马达520的速度。例如，马达520的第一绕组集的第一反电动势电压(ω_m)532a基于马达速度和第一绕组集的第一反电动势(和转矩)常数K_e1。类似地，马达520的第二绕组集的第二反电动势电压(ω_m)532b基于马达速度和第二绕组的第二反电动势(和转矩)常数K_e2。

由于每个绕组的电刷压降电压(V_bd)而进一步修改该电压命令530a-530b。例如，第一电压(V1)530a与第一绕组的电刷压降电压相加，第二电压V₂与第二绕组的电刷压降电压相加。基于每个绕组的电感和电阻，将该电压转换为每个绕组的电流(I₁)540a和(I₂)540b，并且该电流进一步从马达520生成合成转矩(T_e)550。基于每个绕组的相应常数K_e1和K_e2，输出转矩550与电流I₁和I₂成比例。此外，两个绕组之间的磁耦合(M)进一步影响电压命令生成的电流。

由于双绕组PMDC机器300的各相之间的附加的磁耦合，与单线绕PMDC机器200相比，机器300的机器模型与单线绕机器100的机器模型有所不同。例如，用于双线绕PMDC机器300的数学模型给出如下。

T_e＝K_e1I₁+K_e2I₂

其中，M₁₂＝M₂₁＝M，表示两相之间的感应耦合。通常，互感项(M₁₂I₂和M₂₁I₁)随机器电流I₁和I₂非线性变化。

该模型可以容易地扩展到n相PMDC机器，其中，n表示所使用的绕组的数量(或单个PMDC机器中包括的冗余机器的数量)。n相电机的一般模型可以如下表示。

T_e＝K_e1I₁+K_e2I₂+…+K_enI_n

其中，一般情况下，互感被指定为不同。请注意，两组绕组(例如说，组a和组b)的互感是相等的，即，M_ab＝M_ba。为简单起见，其余说明针对双绕组机器，其可以扩展到一般的n相机器。双线绕机器的电压-电流等式可以用传递矩阵(transfer matrix)形式表示如下。

其中，假设两个电刷压降项与电流无关，以便生成PMDC机器的传递矩阵表示(因为，传递矩阵的频域表示需要时域中的线性时不变模型)。因此，可以根据输入电压来如下表示输出电流。

其中，Δ(s)＝(L₁s+R₁)(L₂s+R₂)-s²M²＝(L₁L₂-M²)s²+(L₁R₂+L₂R₁)s+R₁R₂。

当绕组布置对称并且两个电刷对相似时，可以简化上述模型，以假定半机器相同，即，自感、电阻、电压常数和电刷压降参数相等。

因此，在双绕组PMDC机器300中，控制器510通过生成用以产生电压530a-530b的电压命令使得获得的电流导致输出转矩550，来同时使用两个绕组生成输出转矩550。控制器510基于将由马达520生成的输出转矩550来生成电压命令530a-530b。在一个绕组(例如第一绕组)发生故障的情况下，利用第二绕组上的第二电压命令530b继续生成相应的电流540b，从而至少导致部分输出转矩550。

替代地或另外地，控制器510仅生成单个电压命令以产生输入电压(例如第一电压530a)，从而仅使用第一绕组生成输出转矩。在第一绕组发生故障的情况下，控制器510随后使用第二绕组来生成产生第二输入电压(V₂)530b的第二电压命令，从而生成输出转矩550。

上述模型可扩展到n绕组PMDC机器(而不仅仅是双绕组)，其中，控制器510使用n个绕组的n个(n大于2)电压命令V₁-V_n，每个电压命令生成相应的电流I₁-I_n，并且它们共同导致马达生成输出转矩(T_e)550。

图6描绘了根据一个或多个实施例的示例多绕组PMDC机器。图6的多绕组PMDC机器600包括四个PMDC机器，具有四个磁极对(定子)、四个电刷对(B1-B8)120、40个换向片(1.1-1.4-10.1-10.4)和用于放置绕组150的10个转子槽(转子磁极之间的间隙T1-T10)130。因此，多绕组PMDC机器600包括具有多个电刷对和端子的多个(四个)绕组，因此，PMDC机器600在同样的定子和转子物理结构中有效地包括多个PMDC机器。因此，在单个电刷故障的情况下，PMDC机器300利用其余(正常)端子继续运行。在所示示例中，四组端子有助于电刷故障情况下的容错运行。

为了通过提供冗余而使多绕组PMDC机器600容错，多绕组PMDC机器600在定子中包括大于或等于电刷对120的数量的磁极对110，并且磁极对110的数量是电刷对120数量的整数倍。此外，用于绕组150的转子槽130的数量基于电刷对120的数量。此外，在多绕组PMDC机器600的不同示例中，可以出于不同的目的而选择不同的绕组布置。例如，对于双绕组PMDC机器300(其为具有两个绕组的多绕组PMDC机器类型)，这两个半机器的导体可以是在转子的一半内，或者导体被放置在转子外周的交替槽中。还应注意，多绕组PMDC机器中的冗余机器的数量是基于所考虑的应用(包括考虑机器的几何形状)选择的，以确保机器的机械强度。应当注意，以上是用于实现本文描述的一个或多个实施例的通用规则集。本文描述的技术方案促进了n个绕组集的PMDC机器(以及n个功率转换器和n个微控制器)的构造，并且存在各种方式来构造使用本文描述的技术特征的这种PMDC机器。

多绕组PMDC机器600有助于在一对电刷(一个绕组集)故障的情况下，电驱动器继续提供总功率的这提高了驱动系统的容错能力，从而提供了故障安全运行的能力。

此外，除了使用多绕组PMDC机器之外，本文所述的技术方案还通过使用包含多个功率转换器(H桥)和/或微控制器的控制架构来促进附加的冗余。

图7描绘了根据一个或多个实施例的使用多绕组PMDC机器的示例系统700。系统700包括多绕组PMDC机器600，该多绕组PMDC机器600包括n个绕组(n>＝2)。系统700还包括控制器710，该控制器710控制多个功率转换器720的操作。针对多绕组PMDC机器600中的每个绕组，功率转换器720包括一个功率转换器。例如，第一功率转换器722与PMDC机器600的第一绕组相关联；第二功率转换器724与PMDC机器600的第二绕组相关联，依此类推，第n个功率转换器726与PMDC机器600的第n个绕组相关联。

功率转换器720有助于改变提供给PMDC机器600的电能的电压或频率。所示的功率转换器包括物理开关(例如，MOSFET)以及附加的电子电路，例如，向功率转换器的开关的控制输入端口提供电压的栅极驱动器。例如，MOSFET型开关的控制输入端口是栅极输入端子。栅极驱动输出电压是由控制器700发送的命令信号的结果，以便控制PMDC机器的电流和转矩。

在功率转换器720中的一个(例如，第一转换器722)发生故障的情况下，控制器710继续操作其余正常的功率转换器(724-726)。PMDC机器600的相应绕组提供获得的转矩输出，该转矩输出为在所有绕组(和转换器)运行的情况下生成的总转矩的换句话说，控制器710旁路故障的第一转换器722和相应的第一绕组，并且继续以n-1个绕组来操作多绕组PMDC机器600，而不是使PMDC机器600彻底不运行。

除了使用多线绕PMDC机器和多个功率转换器(H桥)之外，本文的技术方案还通过使用分别对应于多PMDC机器600中的多个绕组的多个微控制器，促进了附加的冗余级别。

图8描绘了根据一个或多个实施例的示例容错系统。图8的容错系统700具有n级冗余(n>＝2)，其对于机器故障、功率转换器故障和控制器故障更加鲁棒，其中，n是PMDC机器中的绕组的数量、功率转换器的数量以及相应的控制器的数量。图8的容错系统700包括具有n个绕组集的多绕组PMDC机器600，还包括与各绕组集相对应的多个功率转换器720。此外，系统700包括控制器710，该控制器710包括多个控制器812-816，其中每个控制器与多个功率转换器720中的一个功率转换器相对应。例如，第一控制器812与第一功率转换器722相关联，进一步与PMDC机器600的第一绕组相关联。类似地，第二控制器814与第二功率转换器724相关联，进一步与PMDC机器600的第二绕组相关联，依此类推，直到第n个控制器816与第n个功率转换器726相关联，进一步与PMDC机器600的第n个绕组集相关联。

每个控制器710彼此独立地运行。因此，在第一控制器812发生故障的情况下，系统700继续使用控制器710的其余(正常的)控制器814-816从PMDC机器600至少生成部分输出转矩550。此外，在第一功率转换器722发生故障的情况下，系统700继续使用其余(正常的)功率转换器724-726从PMDC机器600至少生成部分输出转矩550。此外，在PMDC机器600的第一绕组发生故障的情况下，系统700继续使用PMDC机器600的其余(正常的)绕组从PMDC机器600至少生成部分输出转矩550。

图9示出了根据一个或多个实施例的用于在使用多绕组PMDC马达的PMDC马达控制系统中提供容错能力的示例方法的流程图。该方法包括：多绕组PMDC马达600的电流控制器510接收要使用多绕组PMDC马达驱动系统生成的输出转矩550量，如910处所示。例如，所接收到的输出转矩量可以是用于应用(例如，由转向系统12提供辅助转矩)的期望的输出转矩。替代地或附加地，期望的转矩可以是在全自动驾驶体验的情况下要生成的用于控制转向系统12的转矩量、从车辆10的自动驾驶辅助单元(未示出)接收到的输出转矩量。

该方法还包括：旁路与电流控制器510中故障的微控制器相关联的一个绕组集，为多绕组马达的其它各绕组集生成电压命令，如920处所示。例如，电流控制器510包括多个微控制器，每个微控制器与多绕组PMDC马达600的相应绕组集相关联。每个微控制器基于与相应绕组集相关联的预定参数(例如，反电动势因子、转矩因子等)生成针对该绕组集的电压命令。在一个或多个示例，参数在多个绕组集之间是对称的，每个微控制器生成对称的电压命令。可替代地，各绕组集不具有相似的参数值，每个微控制器生成不同的电压命令。在微控制器故障的情况下，仅其余的正常微控制器生成相应的电压命令。

该方法还包括：将电压命令发送到具有运行的功率转换器的相应绕组集，如930处所示。例如，每个绕组集与相应的功率变换器相关联。在功率转换器发生故障的情况下，相应的绕组集不会接收到相应的电压命令。

该方法还包括：旁路与故障的电刷相关联的一个绕组集，将电压命令发送到多绕组马达的其它各绕组集，如940处所示。使用从绕组的电刷对引出的绕组的端子对来发送电压命令。例如，如果电刷对出现故障(例如，机械故障)，则该绕组集不会接收到电压命令。因此，只有与正常的功率转换器和正常的微控制器相关联的正常绕组集才接收电压命令。

该方法还包括，基于由正常的绕组集所接收的电压命令来生成输出转矩，如框950处所示。如果所有的绕组集都正常，则生成的输出转矩与接收的输出转矩量相匹配，否则输出转矩为期望的输出转矩量的至少一部分。因此，该系统提供了容错能力，这是因为如果没有包括多绕组的PMDC马达，马达将根本不会生成任何转矩。转矩的这种完全损失在安全性至关重要的应用中(诸如转向系统、自动驾驶辅助系统)可能是不期望的。

图10描绘了根据一个或多个实施例的示例容错系统架构。图10的容错系统700示出了对机器故障、功率转换器故障以及控制器故障具有鲁棒性的多层冗余架构。如本文所述，具有n(n是PMDC电机中的绕组的数量，n>＝2)级冗余的PMDC机器600为机器绕组故障提供了n级冗余。此外，通过每个绕组集使用多个功率转换器720，架构700提供了附加层的冗余和鲁棒性。例如，PMDC机器600的每个绕组集与一组功率转换器相关联，每组功率转换器具有k个功率转换器，k≥1。在这种构造中，如果来自k个功率转换器组中的第一功率转换器发生故障，则其余的k-1个功率转换器中的一个或多个接替故障的功率转换器运行，从而为功率转换器的故障提供了冗余和鲁棒性。在一个或多个示例中，k可以是2。

应当注意，在典型的“正常”运行中，总数k中的多个功率转换器可能正在运行，当单个功率转换器发生故障时，其余的k-1个功率转换器可以以任何组合来分担负担。例如，在正常运行下，k-2个转换器可能正在运行，当运行中的转换器中的一个发生故障时，任意k-2个转换器都可以开始运行以保持系统像以前一样运行。

如框1010中的架构的实施例中所描绘的，单个控制器710与PMDC机器600的所有N个绕组集相关联。因此，N组功率转换器中的k个功率转换器中的每一个都由单个控制器710控制。

此外，在一个或多个示例中，架构700通过使用多个控制器710来提供附加层的冗余和鲁棒性。例如，PMDC机器600的每个绕组集与相应组的控制器812、814、816相关联。每组控制器可以具有q个控制器，q≥1。在这种构造中，如果来自q个控制器的组的第一控制器发生故障，其余的q-1个控制器中的一个或多个接管故障的控制器运行，从而为控制器的故障提供了冗余和鲁棒性。在一个或多个示例中，q可以是2。如在框1020中的架构的实施例中所示，q个控制器812(814和816)的组与PMDC机器600的每个相应的绕组集相关联。

应当注意，在典型的“正常”运行中，总数q中的多个控制器可能正在运行，当单个控制器发生故障时，其余的q-1个控制器可以以任何组合来分担负担。例如，在正常运行下，q-2个控制器可能正在运行，当运行中的控制器中的一个发生故障时，任意q-2个控制器都可以开始运行以保持系统像以前一样运行。

通过多个(N个)绕组集，结合每个绕组集使用多个(k)功率转换器和每个绕组集使用多个(q)控制器，有助于容错系统700具有多层可配置的冗余和鲁棒性。

本文描述的技术方案促进了使用多绕组PMDC机器的各种容错系统。此外，这些技术方案还有助于容错系统具有n级冗余，对于机器和功率转换器故障(单个控制器)更加鲁棒，并且对于控制器故障(多个控制器)更加鲁棒。本文描述的基于PMDC的电驱动系统架构促进了电机、功率转换器和逻辑电路(控制器)中的多级冗余。因此，驱动架构有助于提高诸如转向系统、自动驾驶辅助系统等安全关键系统中的容错能力和故障安全运行。

本技术解决方案可以是任何可能的技术细节整合程度下的系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质(或媒介)，其上具有计算机可读程序指令，用于使处理器执行本技术方案的各方面。

本文参考根据技术方案实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本技术方案的各方面。将理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令实现。

附图中的流程图和框图示出了根据本技术方案的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段或部分指令，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施方式中，框中提到的功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，事实上，连续示出的两个方框可以基本上同时执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行特定功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合的专用硬件型系统来实现。

还应当理解，本文示例的执行指令的任何模块、单元、组件、服务器、计算机、终端或设备可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备(可移动和/或不可移动)，例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以用于存储信息(例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。这种计算机存储介质可以是设备的一部分，也可以是可对其进行访问或连接的。本文描述的任何应用或模块可以使用可以由这类计算机可读介质存储或以其他方式容纳的计算机可读/可执行指令来实现。

虽然仅结合有限数量的实施例详细描述了技术方案，但应容易理解，技术方案不限于这些公开的实施例。相反，可以修改技术方案以包含此前未描述但与技术方案的精神和范围相当的任何数量的变型、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了技术方案的各种实施例，但是应该理解，技术方案的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，技术方案不应被视为受前述描述的限制。