[发明专利]永磁同步马达的转子角度估测方法

说明书

【技术领域】

本发明有关于一种永磁同步马达的转子角度估测方法，尤指一种注入高频方波讯号以估测永磁同步马达的转子角度之方法。

【背景技术】

在永磁同步马达的控制上，为了达到良好的直接扭力向量控制效果，必须随时侦测马达转子与定子的相对位置。基于成本及环境的考量，在许多应用上并不适合安装用以侦测转子位置角度的感测器，如光学编码器、黑尔感测器、解角器等。故，需使用无感测器的转子角度估测方法来估测马达转子的角度。

又，永磁同步马达运转在高速时，由于马达的反电动势(back-EMF)相当明显，系可以利用反电动势来作为估测转子角度的依据。然而，当永磁同步马达运转在零速或低速时，会因为无法量测到反电动势或所量测到的反电动势太小，而令以反电动势为基础的转子角度估测方法无法被实行。于此，为了可以在马达运转于零速或低速的状态下可以正确估测出马达的转子角度，系以马达凸极效应(saliency)为基础的讯号注入法已被提出。

以往的研究都使用频率较低的弦波讯号注入法，其注入频率多介于250Hz～2KHz之间，由于硬件实现上的困难度，弦波讯号注入法的注入频率很难再向上提高。再者，弦波讯号注入法之注入频率落在人耳的敏感区，以致于常伴随着噪音上的问题。

有鉴于此，本发明将提供一种创新的永磁同步马达之转子角度估测方法，其利用注入高频的方波讯号以在马达运转在零速或低速时估测转子的角度位置，以具有注入讯号容易产生且注入频率可以远高于传统弦波注入方法等等优点，并藉由提高注入频率以减少噪音，将会是本创作欲达到的目的。

【发明内容】

本发明提出一种永磁同步马达的转子角度估测方法，其方法预估一转子角度以对应取得转子的一直轴与一交轴之预估位置，注入一高频的方波讯号至预估的直轴上，在预估的交轴上连续取样交轴电流，比较前后三次取样时间之交轴电流计算出两笔电流差量，利用这两笔电流差量计算出一误差角度，将误差角度加上原本预估的转子角度即可估测出一实际的转子角度，之后使用估测出的转子角度取代原预估的转子角度，以进行下一次转子角度估测程序，而后利用估测出的转子角度以回授精确地控制永磁同步马达之运转。

本发明提出一种永磁同步马达的转子角度估测方法，其利用高频方波讯号注入法只需三个取样周期就可以在预估的交轴上取得注入高频方波讯号后所产生之电流差量，并因此取得原本预估的转子角度与实际的转子角度间之误差角度以计算出实际的转子角度，其计算出实际的转子角度之所需时间相较于以往低频弦波注入法减少许多，如此，将可以快速地精准控制永磁同步马达之运转。

本发明提出一种永磁同步马达的转子角度估测方法，其方波讯号之注入频率远高于人耳可以听见的频率范围，藉以避免产生低频噪音而引起人们的不适。

为达成上述目的，本发明提供一种永磁同步马达的转子角度估测方法，其方法实行于一用以控制永磁同步马达运转之微处理器中，永磁同步马达之结构包括一定子及一转子，方法包括：预估一转子角度以对应取得转子的一直轴与一交轴之预估位置；注入一高频的方波讯号至预估的直轴上；连续地在预估的交轴上取样三笔交轴电流；比较三笔交轴电流以取得两笔电流差量；利用两笔电流差量以计算出一误差角度；及令误差角度加上预估的转子角度以得到一实际的转子角度。

本发明一实施例中，其中高频的方波讯号包括一负电压位准状态及一正电压位准状态，当高频的方波讯号在负电压位准状态时在预估的交轴上取样第一笔交轴电流，在正电压位准状态时在预估的交轴上取样第二笔交轴电流，而在下一次负电压位准状态时在预估的交轴上取样第三笔交轴电流。

本发明一实施例中，其中在取得转子的直轴与交轴之预估位置之步骤后，包括下列步骤：基于预估的直轴及交轴以取得一动态方程式，动态方程式为：