TW201541850A - 馬達頓轉矩補償裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種馬達頓轉矩補償裝置及其方法。所述方法為首先偵測馬達之轉動狀態以取得馬達的轉動訊號以及馬達的第一電流訊號。計算關聯於轉動訊號的第一誤差值以及關聯於第一電流訊號的第二誤差值。至少依據第一誤差值、第二誤差值以及轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數。至少依據第一誤差值、轉動訊號以及多個預估參數以產生控制命令的電流控制訊號。以及至少依據第二誤差值、關聯於第一電流訊號的第三誤差值、電流控制訊號、第一電流訊號以及轉動訊號產生控制命令的電壓控制訊號，以調整馬達之轉動狀態。

Description

馬達頓轉矩補償裝置及其方法

本發明係關於一種馬達頓轉矩補償裝置及其方法，特別是一種可不斷更新頓轉矩的傅立葉參數的馬達頓轉矩補償裝置及其方法。

在工業應用上，由於永磁馬達(如軸向磁通永磁馬達(Axial-Flux Permanent Magnet,AFPM))具有高效率、緊密結構與高轉矩密度等特性，已在越來越多的應用領域中廣泛的使用。例如於汽車工業中，永磁馬達即因上述特性而被使用在電動車的引擎部分。於電力系統中，永磁馬達即應用在風力發電機與飛輪儲能上。不僅如此，許多計算機產品例如影印機、掃描器、電腦硬碟、CD-ROM、數位相機，或是醫療輔助用品如運動健身器材等，均需使用永磁馬達作為動力來源。

然而，當永磁馬達運作時常會因為頓轉矩(cogging torque)的產生，而影響永磁馬達的效率。頓轉矩(cogging torque)是由於轉子永久磁鐵與定子齒槽位置改變時，氣隙磁阻隨著位置變化，磁路中的磁通與磁場能量亦隨之變化，而產生的漣波訊號。而頓轉矩的產生會使馬達產生震動及噪音，這在多數應用場合是不能被接受的。並且，伴隨著震動及噪音的產生，頓轉矩亦會降低馬達的輸出功率與效率，對於需高輸出功率的應用領域中，如何減少馬達之頓轉矩是個重要的課題。

有鑑於以上的問題，本發明提供一種馬達頓轉矩補償裝置及其方法，藉由不斷更新頓轉矩的傅立葉預估參數，以解決馬達運作時產生震動以及噪音之問題。

依據本發明所揭露的馬達頓轉矩補償方法，具有下列步驟。所述步驟包括首先偵測馬達之轉動狀態以取得馬達的轉動訊號以及馬達的第一電流訊號。接著計算第一誤差值以及第二誤差值，第一誤差值係關聯於轉動訊號，第二誤差值係關聯於第一電流訊號。接著至少依據第一誤差值、第二誤差值以及轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數。接著至少依據第一誤差值、轉動訊號以及多個預估參數以產生控制命令的電流控制訊號。以及最後至少依據第二誤差值、第三誤差值、電流控制訊號、第一電流訊號以及轉動訊號產生控制命令的電壓控制訊號，以調整馬達之轉動狀態，其中第三誤差值係關聯於第一電流訊號。

依據本發明所揭露的馬達頓轉矩補償裝置，包括訊號偵測模組、轉動狀態控制模組、電流控制模組以及參數估算模組。所述訊號偵測模組用以偵測馬達之轉動狀態以取得馬達的轉動訊號以及馬達的第一電流訊號。所述轉動狀態控制模組，耦接訊號偵測模組，轉動狀態控制模組用以計算第一誤差值，第一誤差值係關聯於轉動訊號。所述電流控制模組，耦接訊號偵測模組以及轉動狀態控制模組，電流控制模組用以計算第二誤差值以及第三誤差值，第二誤差值以及第三誤差值均關聯於第一電流訊號。以及參數估算模組，耦接訊號偵測模組、轉動狀態控制模組以及電流控制模組，參數估算模組用以至少依據第一誤差值、第二誤差值以及轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取 得多個預估參數，轉動狀態控制模組用以至少依據第一誤差值、轉動訊號以及多個預估參數以產生控制命令的電流控制訊號，電流控制模組用以至少依據第二誤差值、第三誤差值、電流控制訊號、第一電流訊號以及轉動訊號產生控制命令的電壓控制訊號，以調整馬達之轉動狀態。

綜上所述，本發明透過偵測馬達之轉動狀態以取得馬達之轉動訊號以及第一電流訊號，並依據轉動訊號、第一電流訊號與控制命令計算以產生多個誤差值，接著藉由計算得出的多個誤差值執行頓轉矩之傅立葉參數預估以得到多個預估參數，並進而得到新的電流控制訊號以及電壓控制訊號以調整馬達之轉動狀態。最後藉由不斷更新頓轉矩之傅立葉參數，進而追蹤並抵銷頓轉矩的效應，使馬達震動與噪音可受到相當程度的抑制。

以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

10‧‧‧馬達頓轉矩補償裝置

102‧‧‧訊號偵測模組

1022‧‧‧訊號偵測單元

1024‧‧‧座標轉換單元

104‧‧‧轉動狀態控制模組

1042‧‧‧位置控制單元

1044‧‧‧速度控制單元

106‧‧‧電流控制模組

1062‧‧‧電流控制單元

1064‧‧‧電流誤差估算單元

108‧‧‧參數估算模組

110‧‧‧控制訊號轉換模組

1102‧‧‧座標轉換單元

1104‧‧‧直流交流訊號轉換單元

20‧‧‧馬達

第1圖係依據本發明一實施例的馬達頓轉矩補償裝置及馬達的功能方塊圖。

第2圖係依據本發明另一實施例的馬達頓轉矩補償裝置及馬達的功能方塊圖。

第3圖為依據本發明一實施例之馬達頓轉矩補償方法的方法流程圖。

第4圖為依據本發明另一實施例之馬達頓轉矩補償方法的流程圖。

第5圖為本發明一實施例的轉速訊號以及轉速控制訊號之訊號比較圖。

第6圖為依據本發明一實施例的估測與量測之頓轉矩的比較圖。

第7圖為依據本發明一實施例的補償前以及補償後之轉矩的比較圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參閱第1圖，第1圖為根據本發明一實施例馬達頓轉矩補償裝置及馬達的功能方塊圖。如第1圖所示，馬達頓轉矩補償裝置10包含訊號偵測模組102、轉動狀態控制模組104、電流控制模組106、參數估算模組108以及控制訊號轉換模組110，其中，電流控制模組106耦接參數估算模組108、訊號偵測模組102、轉動狀態控制模組104以及控制訊號轉換模組110。

訊號偵測模組102用以偵測馬達20之轉動狀態以取得馬達20的轉動訊號以及馬達20的第一電流訊號，其中，轉動訊號包含馬達20的轉子的位置訊號以及轉速訊號。轉動狀態控制模組104用以計算第一誤差值，第一誤差值係關聯於轉動訊號。電流控制模組106用以計算第二誤差值以及第三誤差值，第二誤差值以及第三誤差值均關聯於第一電流訊號，其中，馬達20於實際上可以是永磁直流馬達(permanent magnet direct current,PMDC)、永磁交流馬達(permanent magnet alternate current PMAC)、表面式永磁(surface permanent magnet,SPM)馬達、內藏式永磁(interior permanent magnet，IPM)馬達或是其他任何使用磁力來運作之馬達20，本發明並不以此為限。

當計算出前述第一誤差值及第二誤差值後，參數估算模組108 用以至少依據第一誤差值、第二誤差值以及轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數。並於計算出多個預估參數後，轉動狀態控制模組104用以至少依據第一誤差值、轉動訊號以及多個預估參數以產生控制命令的電流控制訊號。電流控制模組106用以至少依據電流控制訊號、第二誤差值、第三誤差值、第一電流訊號以及轉動訊號產生控制命令的電壓控制訊號，以調整馬達20之轉動狀態。

請參閱第2圖，第2圖為根據本發明另一實施例馬達頓轉矩補償裝置及馬達的功能方塊圖。如第2圖所示，訊號偵測模組102包含訊號偵測單元1022以及座標轉換單元1024，其中，訊號偵測單元1022耦接座標轉換單元1024。訊號偵測單元1022用以偵測馬達20之轉動狀態以得到馬達的第二電流訊號以及轉動訊號。於實際上，訊號偵測單元1022可以是霍爾感測器(hall sensor)或是任何可以偵測並擷取馬達20的轉動訊號以及馬達20的第二電流訊號之裝置，本發明在此並不以此為限。

前述座標轉換單元1024用以將馬達20的第二電流訊號轉換成第一電流訊號，其中，第一電流訊號包括直軸(direction-axis)電流訊號以及分軸(quadrature-axis)電流訊號。換句話說，當訊號偵測單元1022偵測並擷取馬達20的第二電流訊號後，即輸出馬達20的第二電流訊號至座標轉換單元1024，座標轉換單元1024再依據所擷取馬達20的不同種類的第二電流訊號給與相對應的轉換方程，將馬達20的第二電流訊號轉變為具有直軸電流訊號以及分軸電流訊號的第一電流訊號。於一個實施例中，馬達20的第二電流訊號為三相電流訊號，座標轉換單元1024透過派克轉換(Park's Transformation)將三相電流訊號轉換成直軸電流訊號以及分軸電流訊號，或者，訊號偵測單元1022亦可以直接偵測馬 達20的直軸電流訊號以及分軸電流訊號，本發明在此並不加以限制。

前述轉動狀態控制模組104包含位置控制單元1042，位置控制單元1042用以計算第四誤差值，並依據第四誤差值與轉動訊號計算第一誤差值，其中，第四誤差值係關聯於轉動訊號。不僅如此，第四誤差值係依據第一關係式計算得出，第一關係式為： 其中，Z₄為第四誤差值，θ_m為轉動訊號的位置訊號，θ_m ^*為控制命令的位置控制訊號。更進一步的說，當使用者欲控制馬達20的轉子的位置時，使用者可透過輸入控制命令中的位置命令，而位置命令經轉變為位置控制訊號後，即輸入至位置控制單元1042。位置控制單元1042則將由訊號偵測模組102所接收到的轉動訊號中的位置訊號與位置控制訊號相減，以得到馬達20此時的轉子位置與使用者所欲控制馬達20之轉子位置的差值，其中，轉動訊號中的位置訊號可以是由訊號偵測單元1022所擷取得到，亦可以將訊號偵測單元1022所擷取的轉速訊號經由積分計算後得到，本發明於此並不加以限制。

位置控制單元1042於前述計算得出第四誤差值後，第一誤差值則可依據第二關係式計算得出，第二關係式為： 其中，z₁為第一誤差值，k_θ為位置控制常數，Z₄為第四誤差值，w_m為轉動訊號的轉速訊號，w_m ^*表示控制命令的轉速控制訊號。換句話說，於計算出馬達20於此時轉子位置與使用者欲控制轉子位置之差值後，即進一步的計算馬達20之轉子此時的轉速與使用者欲控制馬達20之轉子的轉速的差值，並將位置的差值加權後與轉速的差值相加以得到馬達20之轉子的轉動誤差值。位置控制單元 1042於計算出第一誤差值後，即將第一誤差值輸出至參數估算模組108。

此外，於使用者輸入控制命令的位置命令以及轉速命令，以轉換成位置控制訊號以及轉速控制訊號的步驟中，使用者可以僅輸入控制命令的位置命令，而轉速控制訊號可透過位置命令轉換成位置控制訊號後，將位置控制訊號經過微分得到。或者，使用者亦可僅輸入控制命令中的轉速命令，而位置控制訊號可透過轉速命令轉換成轉速控制訊號後，將轉速控制訊號經過積分得到，端看使用者需要，本發明在此不加以限制。

接著，電流控制模組106包括電流誤差估算單元1064，電流誤差估算單元1064用以依據分軸電流訊號以及電流控制訊號的分軸電流控制訊號計算得出第二誤差值，且第二誤差值係依據一第三關係式計算，該第三關係式為： 其中，Z₂表示第二誤差值，I_q表示分軸電流訊號，I_q ^*為分軸電流控制訊號。更進一步的說，當訊號偵測單元1022擷取馬達20的第二電流訊號後，即將馬達20的第二電流訊號經座標轉換單元1024轉換為分軸電流訊號以及直軸電流訊號，並將分軸電流訊號與控制命令中的分軸電流控制訊號相減以得出分軸電流訊號與分軸電流控制訊號之差值(第二誤差值)，並將此第二誤差值輸出至參數估算模組108。

於計算出第一誤差值以及第二誤差值並輸入至參數估算模組108後，參數估算模組108將第一誤差值、第二誤差值以及轉動訊號以加權方式計算，以取得多個預估參數。此些預估參數係透過第四關係式取得，第四關係式為： 其中，為此些預估參數中第一預估參數，為此些預估參數中第二預估參數，為此些預估參數中第三預估參數，λ ₁、λ _2n 以及λ _3n 皆為正的常數，K _T 為馬達頓轉矩常數，J為馬達轉動慣量，B為馬達黏滯磨擦係數，k _θ 為位置控制常數，k _w 為轉速控制常數，n為正整數，k為馬達定子槽數與轉子極數的最小公倍數。前述第一預估參數、第二預估參數以及第三預估參數即分別為將估測之頓轉矩以傅立葉級數展開，其展開式中的常數項、餘弦波之係數以及正弦波之係數之微分，因傅立葉級數為所屬技術領域具有通常知識者所熟知，故在此不再加以贅述。

前述轉動狀態控制模組104更包含速度控制單元1044，速度控制單元1044用以將位置控制單元1042所計算得出之第一誤差值、轉動訊號、控制命令的轉速控制訊號以及此些預估參數分別以加權方式計算，以得出電流控制訊號，並且電流控制訊號係透過第五關係式計算得出，第五關係式為： 其中，為對第一預估參數對時間積分後之數值，即為將頓轉矩依傅立葉級數展開中之常數項，為對第二預估參數對時間積分後之數值，即為將頓轉矩依傅立葉級數展開中之餘弦波之係數，為對第三預估參數積分後之數值，即為將頓轉矩訊號依傅立葉級數展開中之正弦波之係數，為對該控制訊號的微分 後之數值，N為正整數且N大於2。

前述電流控制模組106更包含電流控制單元1062，電流控制單元1062用以將第二誤差值、第三誤差值、電流控制訊號、分軸電流訊號以及轉動訊號以加權方式計算，以得到電壓控制訊號。電壓控制訊號係透過第六關係式計算得到，第六關係式為： 其中，Φ _PM 為馬達轉子磁通量，R_s為馬達定子電阻，L_s為馬達定子自感，w_r為馬達轉子電器轉速，k_d為直軸電流控制常數，k_q為分軸電流控制常數，為電壓控制訊號中直軸電壓控制訊號，為電壓控制訊號中分軸電壓控制訊號。前述第三誤差值係透由電流誤差估算單元1064透過第七關係式計算得出，第七關係式為： 其中，I _d 為直軸電流訊號，為控制命令的直軸電流控制訊號。

前述控制訊號轉換模組110具有座標轉換單元1102以及直流交流訊號轉換單元1104，座標轉換單元1102用以將所產生的電壓控制訊號透過座標轉換，轉換成馬達20的輸入電壓訊號，直流交流訊號轉換單元1104用以將馬達20的輸入電壓訊號經過訊號轉換為該馬達20的電壓驅動訊號，以調整馬 達20之轉動狀態。於實際上，直流交流訊號轉換單元1104可以是直流交流脈衝寬度調變反向器(direct current-alternate current pulse width modulation inverter,DC-AC PWM Inverter)或是其他可以將輸入電壓訊號轉換成驅動馬達20的電壓驅動訊號，本發明於此並不加以限制。除此之外，本發明之座標轉換單元1102與座標轉換單元1024於另一實施例中可以為同一個座標轉換單元，用以將訊號偵測單元1022所偵測到的馬達20的第二電流訊號轉換成直軸電流訊號以及分軸電流訊號，以及將電流控制單元1062所產生的電壓控制訊號轉換成馬達20的輸入電壓訊號，本發明並不以此為限。

本發明於此以一個例子說明，請參閱第2圖，當使用者欲控制馬達20之轉子的位置以及轉子的轉速時，使用者輸入控制命令中的位置命令以及轉速命令，而位置命令以及轉速命令經計算機裝置(未繪於圖示)轉換為位置控制訊號以及轉速控制訊號後，輸入至位置控制單元1042中。當訊號偵測單元1022偵測得到馬達20之轉動訊號以及第二電流訊號(如三相電流訊號)，並經由座標轉換單元1024將三相電流訊號轉換為直軸電流訊號以及分軸電流訊號後，即將轉動訊號傳輸至位置控制單元1042以計算馬達20此時轉子之位置與位置控制訊號以產生第四誤差值，並將第四誤差值以及此時轉子之轉速以及轉速控制訊號之差距以加權方式計算，以產生第一誤差值。

接著，前述由座標轉換單元1024將三相電流訊號轉換為直軸電流訊號以及分軸電流訊號後，即將直軸電流訊號以及分軸電流訊號傳輸至電流誤差估算單元1064，計算直軸電流訊號與直軸電流控制訊號的差距以產生第三誤差，以及計算分軸電流訊號與分軸電流控制訊號的差距以產生第二誤差。當計算出前述第一誤差值以及第二誤差值後，位置控制單元1042以及電流誤差估 算單元1064分別將第一誤差值以及第二誤差值輸出至參數估算模組108，當參數估算模組108接收到第一誤差值、第二誤差值、轉動訊號以及經座標轉換單元1024轉換得出的第一電流訊號後，參數估算模組108執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數，並將此些預估參數傳送至速度控制單元1044以及電流控制單元1062。

速度控制單元1044於接收由參數估算模組108所傳輸的多個預估參數、位置控制單元1042所傳輸的第一誤差值以及轉動訊號後，即透過第五關係式將電流控制訊號計算得出，並將電流控制訊號傳送至電流控制單元1062中。當電流控制單元接收到電流控制訊號後，依據從參數估算模組所輸出的多個預估參數、電流誤差模組所計算得出之第二誤差值以及第三誤差值、轉動訊號以及由座標轉換單元1024轉換得出的直軸電流訊號、分軸電流訊號經由第六關係式計算得出電壓控制訊號，其中，電壓控制訊號包含直軸電壓控制訊號以及分軸電壓控制訊號。

接著，於計算得出直軸電壓控制訊號以及分軸電壓控制訊號後，電流控制單元1062將之輸出至座標轉換單元1102以轉換成輸入電壓訊號(例如三相電壓訊號)，並經由直流交流訊號轉換單元1104將三相電壓訊號轉變為電壓驅動訊號來調整馬達20之轉子的轉速以及轉子的位置，並藉由不斷更新電流控制訊號以及電壓控制訊號以追蹤並減少馬達20之頓轉矩。

為了使所屬技術領域具有通常知識者能更了解本發明所述之馬達頓轉矩補償裝置，以下搭配本發明之馬達頓轉矩補償方法做進一步的說明。接著，請一併參閱第1圖以及第3圖，其中第3圖為依據本發明一實施例之馬達頓轉矩補償方法的方法流程圖。如第3圖所示，於步驟S300中，訊號偵測模 組102偵測馬達20之轉動狀態。於步驟S302中，訊號偵測模組102取得馬達20的轉動訊號以及馬達20的第一電流訊號。於步驟S304中，轉動狀態控制模組104計算第一誤差值。於步驟S306中，電流控制模組106計算第二誤差值。於步驟S308中，參數估算模組108執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數。於步驟S310中，轉動狀態控制模組104產生控制命令的電流控制訊號命令。於步驟S312中，電流控制模組106產生控制命令的電壓控制訊號。於步驟S314中，電流控制模組106輸出電壓控制訊號以調整馬達20之轉動狀態。

接著，請一併參閱第2圖以及第4圖，其中第4圖為依據本發明另一實施例之馬達頓轉矩補償方法的流程圖，於步驟S400中，訊號偵測單元1022偵測馬達20之轉動狀態。於步驟S402中，訊號偵測單元1022取得馬達20的轉動訊號以及馬達20的第一電流訊號。於步驟S404中，座標轉換單元1024將馬達20的第一電流訊號透過座標轉換，轉換成直軸電流訊號以及分軸電流訊號。於步驟S406中，位置控制單元104依據第一關係式計算第四誤差值。

於步驟S408中，位置控制單元104依據第四誤差值以及第二關係式計算第一誤差值。於步驟S410中，電流誤差估算單元1064依據第三關係式計算第二誤差值，以及依據第七關係式計算第三誤差值。於步驟S412中，參數估算模組108將第一誤差值、第二誤差值以及轉動訊號透過第四關係式以加權方式計算以取得多個預估參數。於步驟S414中，速度控制單元1044將第一誤差值、轉動訊號、控制命令的速度控制訊號以及多個預估參數分別以加權方式計算以取得控制命令的電流控制訊號。於步驟S416中，電流控制單元1062將第二誤差值、第三誤差值、電流控制訊號、分軸電流訊號以及轉動訊號以加權方式計算以取得控制命令的電壓控制訊號。於步驟S418中，座標轉換單元1102 將電壓控制訊號透過座標轉換，轉換成馬達20的輸入電壓訊號。於步驟S420中，該直流交流訊號轉換單元1104將馬達20的輸入電壓訊號經過訊號轉換為該馬達20的電壓驅動訊號以調整馬達20之轉動狀態。

接著，請一併參閱第1圖及第5圖，第5圖為本發明一實施例的轉速訊號以及轉速控制訊號之訊號比較圖。由第5圖所示，於馬達頓轉矩補償裝置10在開始運作前1秒時，馬達20的轉速訊號的數值尚與轉速控制訊號的數值係有差距。但隨運作時間增長，可以於第5圖觀察出，因馬達頓轉矩補償裝置10不斷的藉由計算轉速訊號與轉速控制訊號的差值，並將差值經由參數估算模組計算得出多個頓轉矩的預估參數，以及將前述數值輸入至電流控制模組1062以計算新的電壓控制訊號，以調整馬達20之轉動狀態，馬達20的轉速訊號的數值與轉速控制訊號的數值的差距漸漸減少。於運作時間經過2秒後，馬達20的轉速訊號的數值與轉速控制訊號的數值即大致相等。

請一併參閱第1圖以及第6圖，第6圖為依據本發明一實施例的估測與量測之頓轉矩的比較圖。由第6圖所示，其由參數估測模組108所計算得出的頓轉矩之波形，與實際量測出之頓轉矩之波形，不管在振幅大小、相位變化以及頻率上均接近。請參閱第7圖，第7圖為依據本發明一實施例的補償前以及補償後之轉矩的比較圖。如第7圖所示，於補償前之轉矩數值，因尚未消除頓轉矩之影響，其變化幅度大約0.3左右。當依據本發明之馬達頓轉矩補償方法不斷追蹤頓轉矩之狀態並消除頓轉矩後，其轉矩之變化幅度即趨近於0，可以看見本發明之馬達頓轉矩補償方法法能有效消除頓轉矩，並使轉矩維持在一個定值。

綜上所述，本發明透過偵測馬達之轉動狀態以取得馬達之轉動 訊號以及第一電流訊號，將轉動訊號、第一電流訊號與控制命令所轉換之位置控制訊號、轉速控制訊號以及電流控制訊號計算以產生多個誤差值、透過多個誤差值執行頓轉矩之傅立葉參數預估以得到多個預估參數。並依據多個預估參數、多個誤差值、所取得的轉動訊號以及第一電流訊號，以得到新的電流控制訊號以及電壓控制訊號，最後再將電壓控制訊號轉換成電壓驅動訊號以調整馬達之轉動狀態。並藉由不斷更新頓轉矩之傅立葉參數，進而追蹤並抵銷頓轉矩的效應，使馬達震動與噪音可受到相當程度的抑制。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10‧‧‧馬達頓轉矩補償裝置

102‧‧‧訊號偵測模組

1022‧‧‧訊號偵測單元

1024‧‧‧座標轉換單元

104‧‧‧轉動狀態控制模組

1042‧‧‧位置控制單元

1044‧‧‧速度控制單元

106‧‧‧電流控制模組

1062‧‧‧電流控制單元

1064‧‧‧電流誤差估算單元

108‧‧‧參數估算模組

110‧‧‧控制訊號轉換模組

1102‧‧‧座標轉換單元

1104‧‧‧直流交流訊號轉換單元

20‧‧‧馬達

Claims (30)

1. 一種馬達頓轉矩補償方法，其包含下列步驟：偵測一馬達之轉動狀態，藉以取得該馬達的一轉動訊號以及一第一電流訊號；計算一第一誤差值以及一第二誤差值，該第一誤差值係關聯於該轉動訊號，該第二誤差值係關聯於該第一電流訊號；至少依據該第一誤差值、該第二誤差值以及該轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估，藉以取得多個預估參數；至少依據該第一誤差值、該轉動訊號以及該些預估參數，藉以產生一控制命令的一電流控制訊號；以及至少依據該第二誤差值、一第三誤差值、該電流控制訊號、該第一電流訊號以及該轉動訊號產生該控制命令的一電壓控制訊號，以調整該馬達之轉動狀態，其中，該第三誤差值係關聯於該第一電流訊號。
2. 如請求項1所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於偵測該馬達之轉動狀態以取得該馬達的該轉動訊號以及該馬達的該第一電流訊號的步驟中，更包含有：偵測該馬達之轉動狀態以得到該馬達的第二電流訊號以及該轉動訊號；以及將該馬達的第二電流訊號透過座標轉換，以轉換成該第一電流訊號，其中該第一電流訊號包括一直軸電流訊號以及一分軸電流訊號。
3. 如請求項2所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於計算該第一誤差值以及該第二誤差值，該第一誤差值係關聯於該轉動訊號，該第二誤差值係關聯於該 第一電流訊號的步驟中，更包含有：計算一第四誤差值，並依據該第四誤差值與該轉動訊號計算該第一誤差值，其中該第四誤差值係關聯於該轉動訊號。
4. 如請求項3所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，該第四誤差值係依據一第一關係式計算得出，該第一關係式為： 其中，Z₄為該第四誤差值，θ_m為該轉動訊號的位置訊號，θ_m ^*為該控制命令的位置控制訊號。
5. 如請求項4所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，該第一誤差值係依據一第二關係式計算得出，該第二關係式為： 其中，Z₁為該第一誤差值，k_θ為位置控制常數，Z₄為該第四誤差值，w_m為該轉動訊號的轉速訊號，w_m ^*表示該控制命令的轉速控制訊號。
6. 如請求項2所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於計算該第一誤差值以及該第二誤差值，該第一誤差值係關聯於該轉動訊號，該第二誤差值係關聯於該第一電流訊號的步驟中，該第二誤差值係依據該分軸電流訊號以及該電流控制訊號的一分軸電流控制訊號計算得出。
7. 如請求項6所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，該第二誤差值係依據一第三關係式計算，該第三關係式為： 其中，Z₂表示該第二誤差值，I_q表示該分軸電流訊號，I_q ^*為該分軸電流控制訊號。
8. 如請求項2所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於至少依據該第一誤差值、該第二誤差值以及該轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數的步驟中，更包含有：將該第一誤差值、該第二誤差值以及該轉動訊號以加權方式計算，以取得該些預估參數。
9. 如請求項8所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，該些預估參數係透過一第四關係式取得，該第四關係式為： 其中，為該些預估參數中一第一預估參數，為該些預估參數中一第二預估參數，為該些預估參數中一第三預估參數，λ ₁、λ _2n 以及λ _3n 皆為正的常數，K _T 為馬達頓轉矩常數，J為馬達轉動慣量，B為馬達黏滯磨擦係數，k _θ 為位置控制常數，k _w 為轉速控制常數，n為正整數，k為馬達定子槽數與轉子極數的最小公倍數。
10. 如請求項9所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於至少依據該第一誤差值、該轉動訊號以及該些預估參數以產生該控制命令的該電流控制訊號的步驟中，更包含有：將該第一誤差值、該轉動訊號、該控制命令的轉速控制訊號以及該些預估參數分別以加權方式計算，以得出該電流控制訊號。
11. 如請求項10所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，該電流控制訊號係透過一第五關係式計算得出，該第五關係式為： 其中，為對該第一預估參數對時間積分後之數值，為對該第二預估參數對時間積分後之數值，為對該第三預估參數積分後之數值，為對該控制訊號的微分後之數值，N為正整數且N大於2。
12. 如請求項11所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於至少依據該第二誤差值、該第三誤差值、該電流控制訊號、該第一電流訊號以及該轉動訊號產生該電壓控制訊號，以調整該馬達之轉動狀態，其中該第三誤差值係關聯於該第一電流訊號的步驟中，更包含有：將該第二誤差值、該第三誤差值、該電流控制訊號、該分軸電流訊號以及該轉動訊號以加權方式計算，以得到該電壓控制訊號。
13. 如請求項12所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，該電壓控制訊號係透過一第六關係式計算得到，該第六關係式為： 其中，Φ _PM 為馬達轉子磁通量，R_s為馬達定子電阻，L_s為馬達定子自 感，w_r為馬達轉子電器轉速，k_d為直軸電流控制常數，k_q為分軸電流控制常數。
14. 如請求項13所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，第三誤差值係透過一第七關係式計算得出，該第七關係式為： 其中，I _d 為該直軸電流訊號，為該控制命令的直軸電流控制訊號。
15. 如請求項1所述之馬達頓轉矩補償方法，其中，於至少依據該第二誤差值、該第三誤差值、該電流控制訊號以及該轉動訊號產生該電壓控制訊號，以調整該馬達之轉動狀態，其中該第三誤差值係關聯於該第一電流訊號的步驟中，更包含有；將所產生的該電壓控制訊號透過座標轉換，轉換成該馬達的輸入電壓訊號；以及將該馬達的輸入電壓訊號經過訊號轉換為該馬達的電壓驅動訊號，以調整該馬達之轉動狀態。
16. 一種馬達頓轉矩補償裝置，其包含有：一訊號偵測模組，用以偵測一馬達之轉動狀態以取得該馬達的一轉動訊號以及該馬達的一第一電流訊號；一轉動狀態控制模組，耦接該訊號偵測模組，該轉動狀態控制模組用以計算一第一誤差值，該第一誤差值係關聯於該轉動訊號；一電流控制模組，耦接該訊號偵測模組以及該轉動狀態控制模組，該電流控制模組用以計算一第二誤差值以及一第三誤差值，該第二誤差值以及該第三誤差值均關聯於該第一電流訊號；以及 一參數估算模組，耦接該訊號偵測模組、該轉動狀態控制模組以及該電流控制模組，該參數估算模組用以至少依據該第一誤差值、該第二誤差值以及該轉動訊號執行頓轉矩之傅立葉參數預估以取得多個預估參數，該轉動狀態控制模組用以至少依據該第一誤差值、該轉動訊號以及該些預估參數以產生一控制命令的一電流控制訊號，該電流控制模組用以至少依據該第二誤差值、該第三誤差值、該電流控制訊號、該第一電流訊號以及該轉動訊號產生該控制命令的一電壓控制訊號，以調整該馬達之轉動狀態。
17. 如請求項16所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該訊號偵測模組更包含有：一訊號偵測單元，用以偵測該馬達之轉動狀態以得到該馬達的第二電流訊號以及該轉動訊號；以及一座標轉換單元，用以將該馬達的第二電流訊號轉換成該第一電流訊號，其中，該第一電流訊號包括一直軸電流訊號以及一分軸電流訊號。
18. 如請求項17所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該轉動狀態控制模組更包含有：一位置控制單元，用以計算一第四誤差值，並依據該第四誤差值與該轉動訊號計算該第一誤差值，其中該第四誤差值係關聯於該轉動訊號。
19. 如請求項18所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該第四誤差值係依據一第一關係式計算得出，該第一關係式為： 其中，Z₄為該第四誤差值，θ_m為該轉動訊號的位置訊號，θ_m ^*為該控制命令的位置控制訊號。
20. 如請求項19所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該第一誤差值係依據一第 二關係式計算得出，該第二關係式為： 其中，Z₁為該第一誤差值，k_θ為位置控制常數，Z₄為該第四誤差值，w_m為該轉動訊號的轉速訊號，w_m ^*表示該控制命令的轉速控制訊號。
21. 如請求項17所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該電流控制模組包括：一電流誤差估算單元，用以依據該分軸電流訊號以及該電流控制訊號的一分軸電流控制訊號計算得出該第二誤差值。
22. 如請求項21所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該第二誤差值係依據一第三關係式計算，該第三關係式為： 其中，Z₂表示該第二誤差值，I_q表示該分軸電流訊號，I_q ^*為該分軸電流控制訊號。
23. 如請求項17所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該參數估算模組更將該第一誤差值、該第二誤差值以及該轉動訊號以加權方式計算，以取得該些預估參數。
24. 如請求項23所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該些預估參數係透過一第四關係式取得，該第四關係式為： 其中，為該些預估參數中一第一預估參數，為該些預估參數中一第二預估參數，為該些預估參數中一第三預估參數，λ ₁、λ _2n 以及λ _3n 皆為正的常數，K _T 為馬達頓轉矩常數，J為馬達轉動慣量，B為馬達黏滯磨擦係數，k _θ 為位置控制常數，k _w 為轉速控制常數，n為正整數，k為馬達定子槽數與轉子極數的最小公倍數。
25. 如請求項24所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該轉動狀態控制模組包含：一速度控制單元，用以將該第一誤差值、該轉動訊號、該控制命令的轉速控制訊號以及該些預估參數分別以加權方式計算，以得出該電流控制訊號。
26. 如請求項25所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該電流控制訊號係透過一第五關係式計算得出，該第五關係式為： 其中，為對該第一預估參數對時間積分後之數值，為對該第二預估參數對時間積分後之數值，為對該第三預估參數積分後之數值，為對該控制訊號的微分後之數值，N為正整數且N大於2。
27. 如請求項26所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該電流控制模組包含：一電流控制單元，用以將該第二誤差值、該第三誤差值、該電流控制訊號、該分軸電流訊號以及該轉動訊號以加權方式計算，以得到該電壓控制訊號。
28. 如請求項27所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該電壓控制訊號係透過一第六關係式計算得到，該第六關係式為： 其中，Φ _PM 為馬達轉子磁通量，R_s為馬達定子電阻，L_s為馬達定子自感，w_r為馬達轉子電器轉速，k_d為直軸電流控制常數，k_q為分軸電流控制常數。
29. 如請求項28所述之馬達頓轉矩補償裝置，其中，該第三誤差值係透過一第七關係式計算得出，該第七關係式為： 其中，I _d 為該直軸電流訊號，為該控制命令的直軸電流控制訊號。
30. 如請求項16所述之馬達頓轉矩補償裝置，更包含有：一控制訊號轉換模組，耦接該電流控制模組，該控制訊號轉換模組具有一座標轉換單元以及一訊號轉換單元，該座標轉換單元用以將所產生的該電壓控制訊號透過座標轉換，轉換成該馬達的輸入電壓訊號，該訊號轉換單元用以將該馬達的輸入電壓訊號經過訊號轉換為該馬達的電壓驅動訊號，以調整該馬達之轉動狀態。