永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明有關(guān)于一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，尤指一種注入高頻方波訊號(hào)以無(wú)感測(cè)器方式估測(cè)轉(zhuǎn)子角度之方法，其預(yù)估一轉(zhuǎn)子角度以對(duì)應(yīng)取得轉(zhuǎn)子的一直軸與一交軸之預(yù)估位置，注入一高頻的方波訊號(hào)至預(yù)估的直軸上，在預(yù)估的交軸上連續(xù)取樣交軸電流，比較前后三次取樣時(shí)間之交軸電流計(jì)算出兩筆電流差量，利用這兩筆電流差量計(jì)算出一誤差角度，將誤差角度加上原本預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度即可估測(cè)出一實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度，之后使用估測(cè)出的轉(zhuǎn)子角度取代原預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度，以進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)子角度估測(cè)程序。
【專利說(shuō)明】永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，尤指一種注入高頻方波訊號(hào)以估測(cè)永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度之方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在永磁同步馬達(dá)的控制上，為了達(dá)到良好的直接扭力向量控制效果，必須隨時(shí)偵測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)位置?；诔杀炯碍h(huán)境的考量，在許多應(yīng)用上并不適合安裝用以偵測(cè)轉(zhuǎn)子位置角度的感測(cè)器，如光學(xué)編碼器、黑爾感測(cè)器、解角器等。故，需使用無(wú)感測(cè)器的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法來(lái)估測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的角度。
[0003]又,永磁同步馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)在高速時(shí)，由于馬達(dá)的反電動(dòng)勢(shì)(back-EMF)相當(dāng)明顯,系可以利用反電動(dòng)勢(shì)來(lái)作為估測(cè)轉(zhuǎn)子角度的依據(jù)。然而，當(dāng)永磁同步馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)在零速或低速時(shí)，會(huì)因?yàn)闊o(wú)法量測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)或所量測(cè)到的反電動(dòng)勢(shì)太小，而令以反電動(dòng)勢(shì)為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法無(wú)法被實(shí)行。于此，為了可以在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)于零速或低速的狀態(tài)下可以正確估測(cè)出馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度，系以馬達(dá)凸極效應(yīng)(saliency)為基礎(chǔ)的訊號(hào)注入法已被提出。
[0004]以往的研究都使用頻率較低的弦波訊號(hào)注入法，其注入頻率多介于250Hz?2KHz之間，由于硬件實(shí)現(xiàn)上的困難度，弦波訊號(hào)注入法的注入頻率很難再向上提高。再者，弦波訊號(hào)注入法之注入頻率落在人耳的敏感區(qū)，以致于常伴隨著噪音上的問(wèn)題。
[0005]有鑒于此，本發(fā)明將提供一種創(chuàng)新的永磁同步馬達(dá)之轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其利用注入高頻的方波訊號(hào)以在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)在零速或低速時(shí)估測(cè)轉(zhuǎn)子的角度位置，以具有注入訊號(hào)容易產(chǎn)生且注入頻率可以遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)弦波注入方法等等優(yōu)點(diǎn)，并藉由提高注入頻率以減少噪音，將會(huì)是本創(chuàng)作欲達(dá)到的目的。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明提出一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其方法預(yù)估一轉(zhuǎn)子角度以對(duì)應(yīng)取得轉(zhuǎn)子的一直軸與一交軸之預(yù)估位置，注入一高頻的方波訊號(hào)至預(yù)估的直軸上，在預(yù)估的交軸上連續(xù)取樣交軸電流，比較前后三次取樣時(shí)間之交軸電流計(jì)算出兩筆電流差量，利用這兩筆電流差量計(jì)算出一誤差角度，將誤差角度加上原本預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度即可估測(cè)出一實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度，之后使用估測(cè)出的轉(zhuǎn)子角度取代原預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度，以進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)子角度估測(cè)程序，而后利用估測(cè)出的轉(zhuǎn)子角度以回授精確地控制永磁同步馬達(dá)之運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0007]本發(fā)明提出一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其利用高頻方波訊號(hào)注入法只需三個(gè)取樣周期就可以在預(yù)估的交軸上取得注入高頻方波訊號(hào)后所產(chǎn)生之電流差量，并因此取得原本預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度與實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度間之誤差角度以計(jì)算出實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度，其計(jì)算出實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度之所需時(shí)間相較于以往低頻弦波注入法減少許多，如此，將可以快速地精準(zhǔn)控制永磁同步馬達(dá)之運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0008]本發(fā)明提出一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其方波訊號(hào)之注入頻率遠(yuǎn)高于人耳可以聽(tīng)見(jiàn)的頻率范圍，藉以避免產(chǎn)生低頻噪音而引起人們的不適。
[0009]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其方法實(shí)行于一用以控制永磁同步馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)之微處理器中，永磁同步馬達(dá)之結(jié)構(gòu)包括一定子及一轉(zhuǎn)子，方法包括:預(yù)估一轉(zhuǎn)子角度以對(duì)應(yīng)取得轉(zhuǎn)子的一直軸與一交軸之預(yù)估位置；注入一高頻的方波訊號(hào)至預(yù)估的直軸上；連續(xù)地在預(yù)估的交軸上取樣三筆交軸電流；比較三筆交軸電流以取得兩筆電流差量；利用兩筆電流差量以計(jì)算出一誤差角度；及令誤差角度加上預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度以得到一實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度。
[0010]本發(fā)明一實(shí)施例中，其中高頻的方波訊號(hào)包括一負(fù)電壓位準(zhǔn)狀態(tài)及一正電壓位準(zhǔn)狀態(tài)，當(dāng)高頻的方波訊號(hào)在負(fù)電壓位準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)在預(yù)估的交軸上取樣第一筆交軸電流，在正電壓位準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)在預(yù)估的交軸上取樣第二筆交軸電流，而在下一次負(fù)電壓位準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)在預(yù)估的交軸上取樣第三筆交軸電流。
[0011]本發(fā)明一實(shí)施例中，其中在取得轉(zhuǎn)子的直軸與交軸之預(yù)估位置之步驟后，包括下列步驟:基于預(yù)估的直軸及交軸以取得一動(dòng)態(tài)方程式，動(dòng)態(tài)方程式為:
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其方法實(shí)行于一用以控制永磁同步馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)之微處理器中，永磁同步馬達(dá)之結(jié)構(gòu)包括一定子及一轉(zhuǎn)子，其特徵在于，該轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法的步驟包括: 預(yù)估一轉(zhuǎn)子角度以對(duì)應(yīng)取得轉(zhuǎn)子的一直軸與一交軸之預(yù)估位置； 注入一高頻的方波訊號(hào)至預(yù)估的直軸上； 連續(xù)地在預(yù)估的交軸上取樣三筆交軸電流； 比較三筆交軸電流以取得兩筆電流差量； 利用兩筆電流差量以計(jì)算出一誤差角度；及 令誤差角度加上預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度以得到一實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，該高頻的方波訊號(hào)包括一負(fù)電壓位準(zhǔn)狀態(tài)及一正電壓位準(zhǔn)狀態(tài)，當(dāng)該高頻的方波訊號(hào)在該負(fù)電壓位準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)在該預(yù)估的交軸上取樣第一筆該交軸電流，在該正電壓位準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)在該預(yù)估的交軸上取樣第二筆該交軸電流，而在下一次負(fù)電壓位準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)在預(yù)估的交軸上取樣第三筆該交軸電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，在取得該轉(zhuǎn)子的該直軸與該交軸之預(yù)估位置之步驟后，包括下列步驟: 基于該預(yù)估的直軸及交軸以取得一動(dòng)態(tài)方程式，該動(dòng)態(tài)方程式為:
其中，‘為預(yù)估的直軸電流，^{為預(yù)估的交軸電流，&為預(yù)估的直軸輸入電壓，Vf為預(yù)估的交軸輸入電壓，Ld為直軸電感，Lq為交軸電感，P為微分運(yùn)算子；及 將該誤差角度之變數(shù)代入于該動(dòng)態(tài)方程式中，并改寫(xiě)該動(dòng)態(tài)方程式為一離散型之動(dòng)態(tài)方程式，該離散型之動(dòng)態(tài)方程式為:
其中，&代表為該誤差角度之變數(shù)，△表示為鄰近兩次取樣時(shí)間之間的差量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，該高頻的方波訊號(hào)注入于該預(yù)估的直軸上，則，該預(yù)估的直軸上之電壓為:
其中，Vd為該預(yù)估直軸上之電壓，vd*為原本輸入至一實(shí)際的直軸之電壓命令訊號(hào)，±vsquare為該高頻方波訊號(hào)之正負(fù)電壓位準(zhǔn)，而該預(yù)估的交軸上之電壓為:Vq(η) = vq(n) ;其中，Vq為該預(yù)估交軸上之電壓，Vq為原本交軸上用以控制馬達(dá)之電壓命令訊號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，該預(yù)估直軸上之電壓及該預(yù)估交軸上之電壓代入于該離散型之動(dòng)態(tài)方程式之中，并連續(xù)地在該預(yù)估的交軸上取樣三筆該交軸電流，比較三筆該交軸電流以取得兩筆該電流差量為:
其中，Δζ為三筆所取樣的該交軸電流間之兩筆該電流差量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，在取得兩筆該電流差量后，包括下列步驟: 連續(xù)兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)取得兩筆該電流差量；及 相減兩筆該電流差量，以通過(guò)兩筆該電流差量之相減值而計(jì)算出該誤差角度，該誤差角度為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，該誤差角度與該預(yù)估的轉(zhuǎn)子角度相加以取得該實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度，該實(shí)際的轉(zhuǎn)子角度為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法，其特徵在于，該轉(zhuǎn)子角度估測(cè)方法應(yīng)用在該永磁同步馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)在零速或低速時(shí)。
【文檔編號(hào)】H02P6/18GK104135198SQ201410298841
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】周楚軒 申請(qǐng)人:正頻企業(yè)股份有限公司