[發明專利]永磁同步馬達的轉子角度估測方法

無效

• 申請號: 201410298841.5
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104135198A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 周楚軒
• 申請（專利權）人: 正頻企業股份有限公司
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 葉樹明

【技術領域】

本發明有關于一種永磁同步馬達的轉子角度估測方法，尤指一種注入高頻方波訊號以估測永磁同步馬達的轉子角度之方法。

【背景技術】

在永磁同步馬達的控制上，為了達到良好的直接扭力向量控制效果，必須隨時偵測馬達轉子與定子的相對位置。基于成本及環境的考量，在許多應用上并不適合安裝用以偵測轉子位置角度的感測器，如光學編碼器、黑爾感測器、解角器等。故，需使用無感測器的轉子角度估測方法來估測馬達轉子的角度。

又，永磁同步馬達運轉在高速時，由于馬達的反電動勢(back-EMF)相當明顯，系可以利用反電動勢來作為估測轉子角度的依據。然而，當永磁同步馬達運轉在零速或低速時，會因為無法量測到反電動勢或所量測到的反電動勢太小，而令以反電動勢為基礎的轉子角度估測方法無法被實行。于此，為了可以在馬達運轉于零速或低速的狀態下可以正確估測出馬達的轉子角度，系以馬達凸極效應(saliency)為基礎的訊號注入法已被提出。

以往的研究都使用頻率較低的弦波訊號注入法，其注入頻率多介于250Hz～2KHz之間，由于硬件實現上的困難度，弦波訊號注入法的注入頻率很難再向上提高。再者，弦波訊號注入法之注入頻率落在人耳的敏感區，以致于常伴隨著噪音上的問題。

有鑒于此，本發明將提供一種創新的永磁同步馬達之轉子角度估測方法，其利用注入高頻的方波訊號以在馬達運轉在零速或低速時估測轉子的角度位置，以具有注入訊號容易產生且注入頻率可以遠高于傳統弦波注入方法等等優點，并藉由提高注入頻率以減少噪音，將會是本創作欲達到的目的。

【發明內容】

本發明提出一種永磁同步馬達的轉子角度估測方法，其方法預估一轉子角度以對應取得轉子的一直軸與一交軸之預估位置，注入一高頻的方波訊號至預估的直軸上，在預估的交軸上連續取樣交軸電流，比較前后三次取樣時間之交軸電流計算出兩筆電流差量，利用這兩筆電流差量計算出一誤差角度，將誤差角度加上原本預估的轉子角度即可估測出一實際的轉子角度，之后使用估測出的轉子角度取代原預估的轉子角度，以進行下一次轉子角度估測程序，而后利用估測出的轉子角度以回授精確地控制永磁同步馬達之運轉。

本發明提出一種永磁同步馬達的轉子角度估測方法，其利用高頻方波訊號注入法只需三個取樣周期就可以在預估的交軸上取得注入高頻方波訊號后所產生之電流差量，并因此取得原本預估的轉子角度與實際的轉子角度間之誤差角度以計算出實際的轉子角度，其計算出實際的轉子角度之所需時間相較于以往低頻弦波注入法減少許多，如此，將可以快速地精準控制永磁同步馬達之運轉。

本發明提出一種永磁同步馬達的轉子角度估測方法，其方波訊號之注入頻率遠高于人耳可以聽見的頻率范圍，藉以避免產生低頻噪音而引起人們的不適。

為達成上述目的，本發明提供一種永磁同步馬達的轉子角度估測方法，其方法實行于一用以控制永磁同步馬達運轉之微處理器中，永磁同步馬達之結構包括一定子及一轉子，方法包括：預估一轉子角度以對應取得轉子的一直軸與一交軸之預估位置；注入一高頻的方波訊號至預估的直軸上；連續地在預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算出一誤差角度；及令誤差角度加上預估的轉子角度以得到一實際的轉子角度。

本發明一實施例中，其中高頻的方波訊號包括一負電壓位準狀態及一正電壓位準狀態，當高頻的方波訊號在負電壓位準狀態時在預估的交軸上取樣第一筆交軸電流，在正電壓位準狀態時在預估的交軸上取樣第二筆交軸電流，而在下一次負電壓位準狀態時在預估的交軸上取樣第三筆交軸電流。

本發明一實施例中，其中在取得轉子的直軸與交軸之預估位置之步驟后，包括下列步驟：基于預估的直軸及交軸以取得一動態方程式，動態方程式為：