具体实施方式

以下的讨论针对所公开的主题的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应被解释为或以其他方式用作限制包括权利要求的本公开的范围。另外，本领域技术人员将理解，以下描述具有广泛的应用，并且对任何实施例的讨论仅旨在成为该实施例的示例性讨论，而无意于暗示包括权利要求的本公开的范围限于该实施例。

如所描述的，诸如汽车、卡车、运动型多用途车、跨界车、小型货车或其他合适的车辆之类的车辆可以包括电动助力转向(EPS)系统。这样的EPS系统通常包括用于在车辆的操作期间提供转向辅助的电动马达。为了提供这种转向辅助，EPS系统可以根据扭矩控制的方法来驱动电动马达。通常，利用同步电机的电动马达驱动应用可能在制造期间和/或操作期间容易受到参数不平衡的影响。在同步马达驱动器的操作期间，这种相间参数不平衡可能导致产生不希望的电流谐波。

为了减少和/或最小化相间参数不平衡，一些要求和/或规程规定了这种电机要满足最小零件间变化。对于对噪声、振动和声振粗糙度(harshness)敏感的高性能运动控制应用尤其如此，特别是涉及大规模生产的应用，例如EPS。指定机器满足最小零件间变化的严格要求可能很昂贵。这就使对开发能够减轻响应于同步马达中的参数不平衡而产生的电流谐波的控制技术的需要成为必要。

如将要描述的，利用同步马达驱动器的运动控制应用(例如，车辆、船、飞机、无人机、动力设备、场地设备、泵、压缩机等)可能在制造期间和/或操作期间易受到参数不平衡的影响。例如，马达驱动器、转换器和/或其他电路可能经受参数不平衡。

高性能运动控制系统应用(特别是涉及大规模生产的应用，例如电动助力转向(EPS))可能对噪声、振动和声振粗糙度(NVH)敏感，并且可能规定最小零件间变化。在此类系统中未经校正的(一个或多个)参数不平衡可能导致整体系统性能劣化。然而，对同步马达的制造侧和/或生产侧的容许的参数不平衡实施严格的公差可能是昂贵的。此外，整个系统性能的劣化可能降低同步马达的寿命，和/或可能降低客户购买包括同步马达的EPS系统的可能性。因此，期望补偿或校正响应于这种参数不平衡而产生的电流谐波。

某些非线性影响(例如，温度或故障模式)可能导致机器行为的重大变化。这些非线性影响可能表现为同步马达驱动器中的参数不平衡。这种非线性影响的补偿对于改善采用这种机器的马达驱动系统的性能可能是有益的。

因此，诸如本文所述的那些系统和方法可以被配置为通过提供用于对由同步马达驱动器中的参数不平衡引起的电流谐波进行反馈或闭环补偿的技术来解决上述问题。

在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以被配置为提供用于实时补偿同步马达驱动器中的相间参数不平衡的技术。

在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以被配置为基于由闭环参数不平衡补偿器生成的校正项的大小来执行预防措施。预防措施可包括禁用参数不平衡补偿、关闭马达驱动系统和/或其他合适的预防措施。

本文描述的系统和方法被配置为至少提供检测和识别同步马达中的任何类型的参数不平衡的益处。本文描述的系统和方法适用于各种同步机配置(例如，永磁体或绕线转子同步电机、隐极(non-salient pole)或凸极电机、多相电机等)。此外，本文描述的系统和方法可以由处理器实现，以在同步马达被运行的同时实时校正由参数不平衡引起的电流谐波。

图1大体上示出了根据本公开原理的具有对由参数不平衡引起的电流谐波进行的反馈补偿的同步马达驱动系统100。系统100可以包括电流命令生成器112、电流调节器114、参数不平衡补偿控制器120(例如，其可以被称为控制器120)、脉宽调制器106、逆变器104、交流(AC)马达102、电流传感器110、电流估计器118、位置估计器116和位置传感器108。

在一些实施例中，电流调节器114、脉宽调制器106、逆变器104、马达102、电流传感器110和电流估计器118形成闭环电流控制系统。所描绘的系统100还包括电流控制系统内的另一个闭环。例如，电流调节器114、控制器120、电流传感器110和电流估计器118形成闭环电流谐波补偿系统。应当注意，系统100中可以包括更少或更多的组件以根据需要执行本文公开的技术，并且所描绘的组件是出于说明性目的。

在一些实施例中，闭环电流谐波补偿系统可以如下起作用。电流调节器114接收命令或参考电流，并输出对应的输出电压命令信号。控制器120接收输出电压信号。位置传感器108可以被配置为感测马达102的位置。位置传感器108可以将感测到的位置通信给位置估计器116。位置估计器116可以基于位置传感器108感测到的位置来估计马达102的一个或更多个位置。

通过前面的描述，现在将讨论系统100的附加细节和操作。马达102可以生成用于为机器提供助力的旋转力或线性力，例如本文所述的那些。马达102可以包括恒速马达或其他合适的马达。系统100可以选择性地控制提供给马达102的电能。系统100可以以变化的量和变化的频率向马达102提供电能，从而间接地控制马达102的速度和扭矩。

电流传感器110可以包括任何合适的电流传感器，其被配置为感测或测量电路中的电流。电流传感器110可以向电流估计器118提供指示电流的信号。电流传感器110可以被配置为接收指示电流的信号并且测量由马达102输出的电流量(例如，基于信号所指示的电流)。电流估计器118可以被配置为要么传输马达102的静止坐标系(stationary frame)电流，要么使用来自马达102的位置估计器116的位置估计将测得的电流转换成同步参考坐标系。

电流命令生成器112可以接收扭矩指令电流命令生成器112可以基于扭矩命令生成命令的电流电流命令可以由直轴(d轴)电流分量和正交轴(q轴)电流分量组成。电流调节器114可以接收命令的电流，并且将输出电压命令信号传输到脉宽调制器106。电压命令可以由d轴分量和q轴分量组成。脉宽调制器106可以控制恒定时间段内输出电压信号为高的时间相比于为其为低的时间的比例，这可以控制马达102的方向。逆变器104可以包括电压源逆变器或其他合适的逆变器，并且可以被配置为改变提供给马达102的供应电能的频率以控制马达102的速度。马达102可以接收输出电压信号V_abc(例如，其可以包括V_a、V_b和V_c)作为输入。马达102可以使用输入来生成一定量的电流I_abc(例如，其可以包括I_a、I_b和I_c)作为输出，该电流可以等于命令的电流或与命令的电流不同(例如，当存在电流谐波时)。

从马达102输出的电流I_abc可以被电流传感器110感测以确定测得的电流。电流估计器118可以接收测得的电流并确定估计的电流电流估计器118将估计的电流输出到电流调节器114。因此，如所描绘的，系统100使用闭环。然而，如所讨论的，在某些情况下，由于电路退化、漂移等，测得的电流可能是不正确的。

电流调节器114可以接收估计的电流并将其与命令的电流进行比较。如果存在任何变化，则电流调节器114可以传输将使得估计的电流与命令的电流紧密匹配的输出电压命令信号这样，由于命令的电流是恒定的(或缓慢变化)，并且估计的电流等于命令的电流所以估计的电流也是恒定的。当电流测量系统中存在电流谐波时，电流调节器114可以在输出电压命令信号中包括脉动分量。

控制器120从电流估计器118读取输出电流信号。控制器120可以包括参考坐标系变换202、反馈补偿器204和逆参考坐标系变换206。如将描述的，控制器120可以使用数学模型来提取输出电流信号中电流谐波的特征。控制器120可以将电流谐波的特征识别为输出电流信号中的第二电阶(second electrical order)的脉动频率。

在一些实施例中，控制器120可以使用自适应带通滤波器来提取脉动分量。自适应带通滤波器可以被配置为在变换之前在同步坐标系中执行预滤波，或者使用根据等于同步频率的两倍的(即，第二电阶的)脉动频率调整(自适应地)的伪静止坐标系(pseudo-stationary framed)中的自适应低通滤波器。在一些实施例中，控制器120可以对输出电流信号执行直接正弦误差提取。

在一些实施例中，控制器120可以执行解调以将输出电流信号的正弦部分转换为DC信号，然后执行低通滤波。

如将要描述的，参考坐标系变换202可以接收特征并且使用用于正弦特征的自适应谐振器来产生基电流谐波校正(base current harmonic correction)，或者使用用于DC特征的常规积分器来产生基电流谐波校正。如图2A和2B所示，参考坐标系变换202接收来自位置估计器116的估计的位置以及估计的d/q电流ΔI_d和ΔI_q。参考坐标系变换202可以利用涉及估计的电位置的参考坐标系变换将估计的d/q电流ΔI_d和ΔI_q变换为同步参考坐标系，估计的电位置可以被限定为：

反馈补偿器可以从参考坐标系变换202接收变换后的电流(例如，ΔI_u和ΔI_v)。反馈补偿器204可以根据以下使用变换后的电流来补偿电流谐波：

其中，表示微分算子(derivative operator)的离散时间实现。反馈补偿器204可以将补偿后的电压值(和)输出到逆参考坐标系变换206。逆参考坐标系变换206还可以接收估计的位置逆参考坐标系变换206可以根据以下将电压值变换成逆同步参考坐标系：

逆参考坐标系变换206将参考坐标系值和分别输出到加法模块122A和加法模块122B。加法模块122A组合和并输出加法模块122B组合和并输出

图3大体上示出了根据本公开原理的控制器系统300。控制器系统300包括通信地耦接到存储器302的参数不平衡反馈补偿控制器120。参数不平衡反馈补偿控制器120可以包括处理器。处理器可以包括任何合适的处理器，例如本文所述的那些。存储器302可以包括单个磁盘或多个磁盘(例如，硬盘驱动器)，并且包括存储管理模块，其管理存储器302中的一个或更多个分区。在一些实施例中，存储器302可以包括快闪存储器、半导体(固态)存储器等。存储器302可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其组合。存储器302可以包括在由处理器执行时使处理器至少执行本文公开的技术的指令。

在一些实施例中，控制器120可以被配置为对由参数不平衡引起的电流谐波执行闭环补偿。例如，控制器120可以接收和读取输出电流信号。电流估计器118可以生成输出电流信号并将该信号传达给控制器120。与输出电流信号相对应的输出电压信号可以包括恒定部分，其具有可忽略的正弦部分，而输出电流信号可以包括恒定部分和正弦部分。

控制器120可以确定输出电流信号是否包括恒定部分和正弦部分。如果控制器120确定输出电流信号仅包括恒定部分，则可能不存在参数不平衡，因为输出电流信号的正弦部分表示电流谐波，该电流谐波表示同步马达中的参数不平衡的特征。

相反，如果控制器120确定输出电流信号包括恒定部分和正弦部分，则控制器120提取正弦部分作为参数不平衡的特征。控制器120可以基于提取到的参数不平衡的特征来确定同步马达驱动器100具有参数不平衡。

控制器120可以基于该特征来补偿由参数不平衡引起的电流谐波。例如，控制器120可以使用反馈路径在闭环中补偿由参数不平衡引起的电流谐波。随着同步马达驱动器100操作同步马达102，控制器120可以实时地(例如，在小于2秒内)补偿参数不平衡。

在一些实施例中，控制器120可以被配置为生成补偿电流谐波的校正项。控制器120可以将校正项应用于估计的电流以将补偿的估计的电流输出到电流调节器114。控制器120可以验证经由反馈路径从电流调节器114接收到的后续输出电压命令信号不包括电流谐波。在一些实施例中，控制器120通过生成校正电压命令项，使用反馈路径在闭环中来基于特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波。

控制器120可以将校正电压命令项施加到基本电压命令，以将最终的电压命令输出到脉宽调制器106。脉宽调制器106操作逆变器104，以使得施加到同步马达102的电压促使由参数不平衡引起的电流谐波被抑制和/或从输出电流信号中消除。

在一些实施例中，控制器120可以将提取到的特征输入到自适应谐振器中以输出校正项。控制器120可以通过变换校正项并将其添加到估计的同步坐标系电流中来在同步参考坐标系中补偿电流谐波。

在一些实施例中，控制器120可以通过将特征转换为直流信号来从输出电流信号中提取参数不平衡的特征。控制器120可以通过将直流信号转换至常规积分器以输出直流校正项来基于特征补偿电流谐波。在一些实施例中，指令还使处理器将直流校正项应用于同步坐标系估计的电流，以直接在同步参考坐标系中补偿电流谐波。

在一些实施例中，系统300可以执行本文描述的方法。然而，本文描述为由系统300执行的方法并不意味着是限制性的，并且在控制器上执行的任何类型的软件都可以执行本文描述的方法而不会脱离本公开的范围。例如，诸如在计算装置内执行软件的处理器之类的控制器可以执行本文所述的方法。

图4是大体上示出根据本公开原理的用于对由同步马达驱动器中的参数不平衡引起的电流谐波进行闭环补偿的方法400的流程图。在402处，方法400读取输出电流信号。例如，控制器120读取输出电流信号。电流估计器118可以生成输出电流信号。

在404处，方法400从输出电流信号提取参数不平衡的特征。例如，控制器120从输出电流信号提取参数不平衡的特征。控制器120可以基于提取到的特征来确定同步马达驱动器100具有参数不平衡。

在一些实施例中，输出电压信号可以仅包括恒定部分，而正弦部分可忽略不计，并且在一些实施例中，输出电流信号可以包括恒定部分和正弦部分。如果输出电流信号仅包括恒定部分，则可能不存在参数不平衡，因为输出电流信号的正弦部分表示电流谐波，该电流谐波代表同步马达中参数不平衡的特征。因此，当输出电流信号包括恒定部分和正弦部分时，提取正弦部分作为参数不平衡的特征。

在406处，方法400使用反馈路径，在闭环中基于特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波。例如，控制器120使用反馈路径，在闭环中基于特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波。在一些实施例中，随着同步马达驱动器100操作同步马达102，控制器120实时地(例如，在小于2秒内)补偿参数不平衡。在一些实施例中，控制器120通过以下方式使用反馈路径在闭环中基于特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波：生成校正电压命令项，将校正电压命令项应用于基本电压命令以将最终的电压命令输出到脉宽调制器106。脉宽调制器106操作逆变器104，使得施加到同步马达102的电压使得由参数不平衡引起的电流谐波被抑制和/或从输出电流信号中消除。

在一些实施例中，用于补偿同步马达驱动器中的由参数不平衡引起的电流谐波的系统包括由同步马达驱动器控制的同步马达、处理器和存储器。该存储器包括指令，该指令在由处理器执行时使处理器：读取输出电流信号；基于输出电流信号，提取与同步马达驱动器相对应的参数不平衡的特征；使用反馈路径，在闭环中基于该特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波。

在一些实施例中，指令还使处理器：生成补偿电流谐波的校正项；将校正项应用于估计的电流，以将补偿后的估计的电流输出到电流调节器；以及验证经由反馈路径从电流调节器接收到的后续输出电压命令信号不包括电流谐波。在一些实施例中，随着同步马达驱动器控制同步马达，补偿电流谐波实时进行。在一些实施例中，指令还使处理器：从对应于输出电流信号的输出电压命令信号中以同步频率的两倍提取正弦分量。在一些实施例中，指令还使处理器：将特征输入到自适应谐振器中以输出校正项。在一些实施例中，指令还使处理器：通过变换校正项并将其添加到估计的同步坐标系电流中来在同步参考坐标系中补偿电流谐波。在一些实施例中，指令还使处理器：通过将特征转换为直流信号来从输出电流信号提取参数不平衡的特征。在一些实施例中，指令还使处理器：通过将直流信号转换至常规积分器以输出直流校正项来基于特征补偿电流谐波。在一些实施例中，指令还使处理器：将直流校正项应用于同步坐标系估计的电流，以直接在同步参考坐标系中补偿电流谐波。

在一些实施例中，用于补偿同步马达驱动器中的由参数不平衡引起的电流谐波的方法包括读取输出电流信号并基于该输出电流信号提取与同步马达驱动器相对应的参数不平衡的特征。该方法还包括使用反馈路径在闭环中基于该特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波。

在一些实施例中，该方法还包括：生成补偿电流谐波的校正项；将校正项应用于估计的电流，以将补偿后的估计的电流输出到电流调节器；以及验证经由反馈路径从电流调节器接收到的后续输出电压命令信号不包括电流谐波。在一些实施例中，随着同步马达驱动器控制同步马达，补偿电流谐波实时进行。在一些实施例中，该方法还包括：从对应于输出电流信号的输出电压命令信号中以同步频率的两倍提取正弦分量。在一些实施例中，该方法还包括：将特征输入到自适应谐振器中以输出校正项。在一些实施例中，该方法还包括：通过变换校正项并将其添加到估计的同步坐标系电流中来在同步参考坐标系中补偿电流谐波。在一些实施例中，该方法还包括：通过转换从输出电流信号提取参数不平衡的特征，该方法还包括：通过将直流信号转换至常规积分器以输出直流校正项来基于特征补偿电流谐波。在一些实施例中，该方法还包括：将直流校正项应用于同步坐标系估计的电流，以直接在同步参考坐标系中补偿电流谐波。

在一些实施例中，用于补偿同步马达驱动器中的由参数不平衡引起的电流谐波的系统包括处理器和存储器。该方法包括指令，该指令在由处理器执行时使处理器：读取输出电流信号；基于输出电流信号，提取与同步马达驱动器相对应的参数不平衡的特征；通过生成校正电压命令项，使用反馈路径在闭环中基于该特征补偿由参数不平衡引起的电流谐波；以及将校正电压命令项应用于基本电压命令，以将最终的电压命令输出到操作同步马达驱动器的逆变器的脉宽调制器。

在一些实施例中，随着同步马达驱动器控制同步马达，补偿电流谐波实时进行。

以上讨论意在说明本发明的原理和各种实施例。一旦完全理解了上述公开，许多变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。意图将权利要求解释为包含所有这样的变化和修改。

词语“示例”在本文中用来表示用作示例、例子或说明。本文中被描述为“示例”的任何方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更优选或有利。相反，使用“示例”一词旨在以具体方式呈现概念。如在本申请中使用的，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文可以清楚地看出，“X包括A或B”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B二者，则在任何前述情况下均满足“X包括A或B”。另外，在本申请和权利要求书中使用的冠词“一(a/an)”通常应被解释为意指“一个或更多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。此外，除非如此描述，否则贯穿全文使用术语“实施方式”或“一个实施方式”并不旨在表示相同的实施例或实施方式。

本文描述的系统、算法、方法以及指令等的实现可以以硬件、软件或其任何组合来实现。硬件可以包括，例如，计算机、知识产权(IP)内核、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、光学处理器、可编程逻辑控制器、微代码、微控制器、服务器、微处理器、数字信号处理器或任何其他合适的电路。在权利要求中，术语“处理器”应被理解为单独地或组合地包括任何前述硬件。术语“信号”和“数据”可互换使用。

如在此使用的，术语模块可以包括被设计为与其他组件一起使用的封装的功能硬件单元、控制器(例如，执行软件或固件的处理器)可执行的一组指令、被配置为执行特定功能的处理电路、以及与大型系统接合的自含式硬件或软件组件。例如，模块可以包括专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电路、数字逻辑电路、模拟电路、分立电路的组合、门、和其他类型硬件或者它们的组合。在其他实施例中，模块可以包括存储器，该存储器存储控制器可执行以实现模块的特征的指令。

此外，在一方面，例如，本文描述的系统可以使用具有计算机程序的通用计算机或通用处理器来实现，该计算机程序在被执行时实行本文描述的任何相应的方法、算法和/或指令。附加地或可选地，例如，可以利用专用计算机/处理器，其可以包含用于实行本文描述的任何方法、算法或指令的其他硬件。

此外，本公开的全部或部分实现方式可以采取可从例如计算机可用或计算机可读介质访问的计算机程序产品的形式。计算机可用或计算机可读介质可以是例如可以有形地包含、存储、传达或传输程序以供任何处理器使用或与其结合使用的任何装置。介质可以是例如电的、磁的、光学的、电磁的装置或半导体装置。也可以使用其他合适的介质。

已经描述了上述实施例、实施方式和方面，以允许容易地理解本发明并且不限制本发明。相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等效布置，该范围应被赋予最宽泛的解释以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。