CN105227034B - 马达机械参数估测系统 - Google Patents

Abstract

一种马达机械参数估测系统，包含一马达、一电流控制模块以及一处理模块，马达在一第一运作状态时，具有至少一第一电流以及至少一第一转速，并在一第二运作状态时，具有至少一第二电流以及至少一第二转速。电流控制模块电性连接于马达，用以在马达处于第一运作状态时，接收一电流命令与第一电流，并依据电流命令与第一电流决定出控制电流，藉以将控制电流传送至马达，据以控制马达而使马达处于第二运作状态。处理模块电性连接于马达，用以接收第一电流、第二电流、第一转速与第二转速，据以估测出马达的机械参数。

Description

马达机械参数估测系统

技术领域

本发明涉及一种马达机械参数估测系统，尤其涉及一种仅采用电流命令估测马达的机械参数的马达机械参数估测系统。

背景技术

一直以来，马达的感应电动机都是旋转电机的主流，因其实用性与耐用性而获得人们的青睐，无论在制造工业或是民生产业都扮演着相当关键的角色，使得人们的生活与旋转电机密不可分。

一般来说，马达在产出前，会先测量马达相关的机械参数，以确认马达是否为良品，其中，请参阅图1，图1显示本发明现有技术的马达机械参数估测系统的方框示意图。如图1所示，马达机械参数估测系统PA1包含一速度控制模块PA11、一电流控制模块PA12、一马达PA13以及一处理模块PA14，电流控制模块PA12电性连接于速度控制模块PA11与马达PA13，马达PA13电性连接于速度控制模块PA11与处理模块PA14。

其中，现有技术在进行马达机械参数估测时，先给予速度控制模块PA11一转速命令S1，使得速度控制模块PA11依据马达PA13现在运作的速度以及转速命令S1输出电流命令S2，使得电流控制模块PA12可依据电流命令S2以及马达PA13现在的电流输出控制电流，进而控制马达PA13的运转状态，而此时处理模块PA14则接收马达PA13被控制后的电流信号S3与转速信号S4，而依据被控制前的速度、电流、控制后电流信号S3所代表的电流与转速信号S4所代表的速度，进而估算出马达PA13的机械参数。

然而，请进一步参阅图2，图2显示现有技术的马达机械参数估测的波形图，如图2所示，其在参数估测的过程中，转矩T₂＝J((ω₂-ω₁)/(t₂-t₁))+T_L，转矩T₃＝J((ω₁-ω₂)/(t₄-t₃))+T_L，其中J为惯量，T_L为预设转矩，因此由上述二转矩的参数可得到J＝(T₂-T₃)/((ω₂-ω₁)/(t₂-t₁)-((ω₁-ω₂)/(t₄-t₃))而算出T₁＝B(ω₂)，其中B为摩擦系数，而B＝T₁/(ω₂)，也就是说，估测出摩擦系数的机械参数会受到速度的影响而失真，且当马达机械参数估测系统PA1的增益过低时，更会造成估测出的马达机械参数会有更大的误差。

如图3所示，图3显示本发明现有技术的正常增益与增益过低的波形比较图，如图3所示，在转速命令S1为波形100的状况输入下，波形200与400是为正常增益的波形，波形300、500则为增益过低的波形，也就是说，可看出现有技术在增益过低并在取得转速的反馈进行估测的状况下，会有误差过大的问题。

发明内容

有鉴于现有马达机械参数估测系统中，普遍具有当系统增益过低时，以转速反馈进行估测参数会有相当的误差的问题。缘此，本发明的目的在于提供一种马达机械参数估测系统，其是不采用转速控制而仅采用电流控制，藉以消除速度控制所带来的影响。

基于上述目的，本发明所采用的主要技术手段是提供一种马达机械参数估测系统，其包含一马达、一电流控制模块以及一处理模块，马达在一第一运作状态时，具有至少一第一电流以及至少一第一转速，并在一第二运作状态时，具有至少一第二电流以及至少一第二转速。电流控制模块电性连接于马达，用以在马达处于第一运作状态时，接收一电流命令与第一电流，并依据电流命令与第一电流决定出一控制电流，藉以将控制电流传送至马达，据以控制马达而使马达处于第二运作状态。处理模块电性连接于马达，用以接收第一电流、第二电流、第一转速以及第二转速，据以依据第一电流、第二电流、第一转速以及第二转速估测出马达的一机械参数。

其中，上述马达机械参数估测系统的附属技术手段的较佳实施例中，电流控制模块为一电流控制器，第一运作状态与第二运作状态为一稳定运转状态、一加速运转状态与一停止运转状态中的一者。此外，机械参数为一惯量与一摩擦系数中的至少一者。

藉由本发明所采用的马达机械参数估测系统的主要技术手段后，由于不采用速度控制而仅采用电流控制，因此可确实消除在系统增益过低的状况所带来马达机械参数估测误差过大的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1显示本发明现有技术的马达机械参数估测系统的方框示意图；

图2显示现有技术的马达机械参数估测的波形图；

图3显示本发明现有技术的正常增益与增益过低的波形比较图；

图4显示本发明较佳实施例的马达机械参数估测系统的方框示意图；以及

图5显示本发明较佳实施例的马达机械参数估测的波形图。

其中，附图标记

PA1 马达机械参数估测系统

PA11 速度控制模块

PA12 电流控制模块

PA13 马达

PA14 处理模块

1 马达机械参数估测系统

11 马达

12 电流控制模块

13 处理模块

100、200、300、400、500 波形

S1 转速命令

S2 电流命令

S3 电流信号

S4 转速信号

S5 第一电流信号

S6 第一转速信号

S7 命令信号

S8 控制信号

S9 第二电流信号

S10 第二转速信号

A、B 区间

C 标记点

具体实施方式

由于本发明所提供的马达机械参数估测系统，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一较佳实施例来加以具体说明。

请一并参阅图4以及图5，图4显示本发明较佳实施例的马达机械参数估测系统的方框示意图，图5显示本发明较佳实施例的马达机械参数估测的波形图。如图4所示，本发明所提供的马达机械参数估测系统1包含一马达11、一电流控制模块12以及一处理模块13。其中，马达11例如可为直流无刷马达或其他种马达，且马达11后可电性连接一负载(图未示)，此负载例如可为机械负载或是电力负载，亦即可为家用电器的机构或是电子电路。

电流控制模块12电性连接于马达11，其例如是电流控制器，或是其他可以比例微分演算法、比例积分演算法、比例积分微分演算法、模糊演算法或电压向量演算法进行控制的控制器。处理模块13电性连接于马达11，其例如可为中央处理器(Central ProcessingUnit,CPU)、图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)或加速处理器(AcceleratedProcessing Unit,ACU)，但也可为其他可执行处理能力的处理器，因此并不限于此。

其中，马达11在一第一运作状态时，具有至少一第一电流以及至少一第一转速，并在一第二运作状态时，具有至少一第二电流以及至少一第二转速，具体来说，第一运作状态与第二运作状态为一稳定运转状态、一加速运转状态与一停止运转状态中的一者，其中，稳定运转状态表示马达11在定电流下稳定的进行运转，而加速运转状态表示马达11处于增加转速或是减少转速的状态，停止运转状态即表示马达11处于无电流供应而不运转的状态，特此叙明。

为了使本发明能使所属领域的技术人员可轻易理解，以下进一步举例说明，假设马达11处于停止运转状态(第一运作状态)时，具有一第一电流以及一第一转速(亦即第一电流以及第一转速为0)，而代表第一电流的第一电流信号S5会传送至电流控制模块12以及处理模块13，而代表第一转速的第一转速信号S6会传送至处理模块13(换句话说，电流控制模块12以及处理模块13是分别即时检测马达11的电流与转速)，使得电流控制模块12与处理模块13可分别暂存或储存上述的第一电流与第一转速(储存方式可采用暂存器或现有的记忆体，此乃现有技术，不再赘述)。

当测试人员以测试电路输入代表电流控制命令的命令信号S7(例如是电流为50安培)后，此命令信号S7即传送至电流控制模块12，此时电流控制模块12会依据命令信号S7的电流控制命令以及反馈的第一电流信号S5计算出控制电流(其例如可使用积分器、放大器等运算电路，不再赘述)，并传送出代表控制电流的控制信号S8，使得马达11接收控制信号S8后，开始受到控制电流的控制而开始加速，直到马达11达到稳定运转状态(第二运转状态)后，电流控制模块12会接收代表第二电流的第二电流信号S9，且处理模块13会同时接收第二电流信号S9以及代表第二转速的第二转速信号S10，进而依据第一电流、第一转速、第二电流与第二转速估测出马达11的一机械参数，而在此应用例中，此机械参数为加速度。

其中，在此需要一提的是，在马达11受到控制信号S8的控制会进入加速运转状态，进而慢慢达到转速的最大值，而在此加速的过程中，马达11的电流和转速都会传送到电流控制模块12以及处理模块13，在处理模块13检测到转速已达设定转速ωr(绘示于图5)的时候，即可确认马达11已在第二运转状态，进而估测机械参数，但在其他实施例中，也可在马达11在加速运转状态时就即时估测机械参数。

而在估测机械参数的过程中，如图5所示，在此应用例中属于区间A(为线性加速)，设定转速为标记点C，且标记点C所对应的扭力为Tr，时间则为t₁，因此处理模块13可运算出惯量J＝扭力/加速度＝Tr/(ωr/t₁)＝(Tr*t₁)/ωr，进而可算出代表惯量J的机械参数。

另外，在另一应用例中，是在马达11处于稳定运转状态(第一运转状态)时，发送出控制电流为0的电流控制命令，使得马达11不受控制电流控制而自然滑行慢慢减速至停止运转状态(第二运转状态)时，进一步计算出代表上述应用例的区间B中马达11的机械参数(上述控制电流相关数据流的处理都与加速状态的区间A的应用例相同，因此不再赘述)，而在区间B中的机械参数是为摩擦系数B，具体来说，由于马达11自然至停止运转状态，因此可算出摩擦系数B的值，其是由惯量J＝d(ω(t))/dt+Bω(t)＝0而得，并得知ω(t)＝ω0*e(B*t₂/J)而得，因而可知B＝J│(ln(ω(t₂)/ω0))/t₂│，进而可算出代表摩擦系数B的机械参数。

综合以上所述，在采用了本发明所提供的马达机械参数估测系统后，由于不采用速度控制而仅采用电流控制，因此可确实消除在系统增益过低的状况所带来马达机械参数估测误差过大的问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种马达机械参数估测系统，其特征在于，包含：

一马达，在一第一运作状态时，具有至少一第一电流以及至少一第一转速并产生一扭力，并在一第二运作状态时，具有至少一第二电流以及至少一第二转速；

一电流控制模块，电性连接于该马达，用以在该马达处于该第一运作状态时，接收一电流命令与该第一电流，并依据该电流命令与该第一电流决定出一控制电流，藉以将该控制电流传送至该马达，据以控制该马达而使该马达处于该第二运作状态；以及

一处理模块，电性连接于该马达，用以接收该第一电流、该第二电流、该第一转速以及该第二转速，据以依据该第一电流、该第二电流、该第一转速以及该第二转速估测出该马达的一机械参数，该机械参数为一惯量与一摩擦系数中的一者；

其中，该扭力定义为Tr，该第一转速定义为ω0，该第二转速定义为ωr，该第一转速对应一第一时间与该扭力Tr，该第二转速对应一第二时间，该第一时间定义为t1，该第二时间定义为t2；该惯量定义为J，且J＝Tr/(ωr/t1)＝(Tr*t1)/ωr，该摩擦系数定义为B，且B＝J|(ln(ω(t2)/ω0))/t2|。

2.根据权利要求1所述的马达机械参数估测系统，其特征在于，该电流控制模块为一电流控制器。

3.根据权利要求1所述的马达机械参数估测系统，其特征在于，该第一运作状态与该第二运作状态为一稳定运转状态、一加速运转状态与一停止运转状态中的一者。