[发明专利]角度估计控制系统以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无感测器永磁马达(sensor less permanent magnet (PM)motor)的角度估计的方法及控制系统，特别涉及一种无刷永磁同步马达(brushless permanent magnet synchronous motor，PMSM)的角度估计数的方法及控制系统。

背景技术

无刷永磁同步马达(brushless permanent magnet synchronous motor，PMSM)包括绕线式定子(wound stator)、永磁转子组件、以及用来感测转子位置的感测装置。此感测装置提供多个信号，以采用适当的顺序来电性切换定子线圈来维持永磁转子组件的旋转。一般而言，感测装置是一种霍尔感测器(hall-sensor)装置。然而，霍尔感测装置增加了无刷永磁同步马达的成本，并且可能引起可靠度的问题。因此，无感测器控制变成永磁(PM)马达控制的必要一环。

永磁马达提供了高效率、小尺寸、快速动态响应、低噪音、高可靠度等优点。永磁马达的转子场(rotor field)必须同步于定子场(stator field)，因此场导向控制(field oriented control，FOC)表示一种方法，其考虑哪一通量(例如转子、定子、或气隙)作为基础，以在去耦合(decoupling)力矩与定子电流的通量产生组件的目的下用来建立参考框(reference frame)给其它通量的其中一者。这表示转子电流(armature current)是力矩产生的原因，且激励电流(excitation current)是通量产生的原因。正常来说，转子通量视为转子和气隙通量(air-gap flux)的参考框。场导向控制(FOC)的控制图解由图1所示。场导向控制是一种无感测器场导向控制系统，其包括无刷永磁同步马达(PMSM)10、三相位桥式驱动器(3-Phase Bridge)15、以及空间向量调制模块(space vector modulation module，SVM)30。α-β转换模块(Clarke transform module)20用来将三轴二维坐标系统(three-axis two-dimensional coordinate system)(作为定子的参考)移动至双轴系统。其可表示为：

ia+ib+ic＝0

iβ＝ia

iα=(ia+2×ib)÷3]]>

其中，ia、ib、以及ic为个别的马达相位电流，且iα以及iβ为双轴正交电流(two-axis orthogonal currents)。

帕克转换模块(Park transform module)25用来将双轴正交电流iα与iβ以及角度信号θ转换至以转子通量旋转的另一双轴系统。此双轴旋转坐标系统称为d-q轴。角度信号θ表示转子角度。

Id＝iβ×cosθ+iα×sinθ

Iq＝-iβ×sinθ+iα×cosθ

反向帕克转换模块(inverse Park transform module)35用来由双轴旋转框d-q转换至双轴静止框α-β。

Vβ＝Vd×cosθ-Vq×sinθ

Vα＝Vd×sinθ+Vq×cosθ

反向α-β转换模块(inverse Clarke transform module)(也称为空间向量调制模块，SVM)30用来由双轴静止框转换至三轴静止框(定子的三相位参考框)。

Vp1＝Vβ

VP2=(-Vβ+3×Vα)÷2]]>