TWI713298B - Electric machine control system and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關於一種電機控制系統及其控制方法,特別係有關於一種用以計算直流偏位誤差之電機控制系統及其控制方法。The present invention relates to a motor control system and a control method thereof, and particularly relates to a motor control system and a control method thereof for calculating DC offset errors.
在電機控制的應用中,期望將轉矩精確度維持在嚴格的區間內,例如+/-5%。然而,轉矩往往不是直接測量而得的,而是透過量測三相電流以及估計的電機參數所產生的預測值。因此,具有精確的電流測量和估計的電機參數有利於維持嚴格的轉矩要求。In motor control applications, it is desirable to maintain torque accuracy within a strict range, such as +/-5%. However, the torque is often not directly measured, but a predicted value generated by measuring the three-phase current and estimated motor parameters. Therefore, having accurate current measurements and estimated motor parameters helps maintain strict torque requirements.
此外,由於量測電流與實際電流之間具有一個直流偏位誤差,為了預測精確的實際電流,有必要針對直流偏位誤差進行估算。In addition, since there is a DC offset error between the measured current and the actual current, in order to predict the accurate actual current, it is necessary to estimate the DC offset error.
有鑑於此,一種電機控制系統,適用於一馬達,包括一電壓偵測器、一功率模組、一電流偵測器以及一控制器。上述電壓偵測器偵測一匯流排電壓而產生一電壓偵測信號。上述功率模組根據上述匯流排電壓以及一脈衝寬度調變信號,分別產生一第一相電流、一第二相電流以及一第三相電流,其中上述第一相電流、上述第二相電流以及上述第三相電流用以驅動上述馬達。上述電流偵測器用以偵測上述第一相電流、上述第二相電流以及上述第三相電流中之至少二者,而產生一電流偵測信號。上述控制器根據上述電流偵測信號判斷上述馬達是否操作於一穩態,當確認上述馬達操作於上述穩態,此時判斷上述馬達之一轉速是否為零,當確認上述轉速係為零時,上述馬達係處於一堵轉狀態,此時上述控制器根據上述電壓偵測器偵測產生之上述電壓偵測信號以及上述電流偵測器偵測產生之上述電流偵測信號,計算上述馬達之一直流偏位誤差。In view of this, a motor control system is suitable for a motor and includes a voltage detector, a power module, a current detector, and a controller. The voltage detector detects a bus voltage and generates a voltage detection signal. The power module generates a first phase current, a second phase current, and a third phase current according to the bus voltage and a pulse width modulation signal, wherein the first phase current, the second phase current, and The third phase current is used to drive the motor. The current detector is used for detecting at least two of the first phase current, the second phase current, and the third phase current to generate a current detection signal. The controller judges whether the motor is operating in a steady state according to the current detection signal. When it is confirmed that the motor is operating in the steady state, it is judged whether the speed of one of the motors is zero at this time, and when it is confirmed that the speed is zero, The motor is in a locked-rotor state. At this time, the controller calculates the constant value of the motor based on the voltage detection signal generated by the voltage detector and the current detection signal generated by the current detector. Flow offset error.
根據本發明之一實施例,上述控制器根據上述電流偵測信號,產生一第一軸電流以及一第二軸電流,並且根據上述電壓偵測信號、上述第一軸電流以及上述第二軸電流,分別產生一第一軸電壓以及一第二軸電壓。According to an embodiment of the present invention, the controller generates a first axis current and a second axis current according to the current detection signal, and according to the voltage detection signal, the first axis current, and the second axis current , Respectively generate a first axis voltage and a second axis voltage.
根據本發明之一實施例,上述電機控制系統更包括一電源整流電路以及一脈衝寬度調變控制器。上述電源整流電路將一供應電壓轉換成上述匯流排電壓,其中上述供應電壓係選自一三相交流電壓、一單相交流電壓以及一直流電壓中之任一者。上述脈衝寬度調變控制器根據上述第一軸電壓以及上述第二軸電壓產生上述脈衝寬度調變信號。According to an embodiment of the present invention, the above-mentioned motor control system further includes a power rectifier circuit and a pulse width modulation controller. The power rectifier circuit converts a supply voltage into the bus voltage, wherein the supply voltage is selected from any one of a three-phase AC voltage, a single-phase AC voltage, and a DC voltage. The pulse width modulation controller generates the pulse width modulation signal according to the first axis voltage and the second axis voltage.
根據本發明之一實施例,上述控制器將上述第二軸電壓設為零,且進行兩次電流控制以分別產生一第一軸第一電壓以及一第一軸第二電壓至上述脈衝寬度調變控制器,使得上述馬達對應上述第一軸第一電壓而產生一第一軸第一量測電流,對應上述第一軸第二電壓而產生一第一軸第二量測電流,其中上述控制器更根據一電壓差以及一電流差,計算一定子電阻,其中上述電壓差係為上述第一軸第一電壓以及上述第一軸第二電壓之差,上述電流差係為上述第一軸第一量測電流以及上述第一軸第二量測電流之差,其中上述控制器更利用上述定子電阻、上述第一軸第一電壓、上述第一軸第二電壓、上述第一軸第一量測電流以及上述第一軸第二量測電流,計算上述第一軸之一直流偏位誤差。根據本發明之一實施例,上述控制器將上述第一軸電壓設為零,且重複上述類似操作以計算上述第二軸之一直流偏位誤差。根據本發明之一實施例,上述第一軸之上述直流偏位誤差與上述第二軸之上述直流偏位誤差用以計算上述馬達之上述直流偏位誤差。According to an embodiment of the present invention, the controller sets the second axis voltage to zero, and performs current control twice to generate a first axis first voltage and a first axis second voltage to the pulse width adjustment. The controller is changed so that the motor generates a first-axis first measurement current corresponding to the first voltage of the first shaft, and generates a first-axis second measurement current corresponding to the second voltage of the first shaft, wherein the control The device further calculates the stator resistance according to a voltage difference and a current difference, wherein the voltage difference is the difference between the first voltage of the first axis and the second voltage of the first axis, and the current difference is the first voltage of the first axis. A measurement current and the difference between the first axis and the second measurement current, wherein the controller further uses the stator resistance, the first axis first voltage, the first axis second voltage, and the first axis first quantity The measured current and the second measured current of the first axis are used to calculate a DC offset error of the first axis. According to an embodiment of the present invention, the controller sets the voltage of the first axis to zero, and repeats the above-mentioned similar operation to calculate a DC offset error of the second axis. According to an embodiment of the present invention, the DC offset error of the first axis and the DC offset error of the second axis are used to calculate the DC offset error of the motor.
根據本發明之一實施例,其中上述馬達係為一Y接式馬達,且當上述馬達係操作於上述穩態時,上述第一軸電流以及上述第二軸電流之一時變量皆為零。According to an embodiment of the present invention, the motor is a Y-connected motor, and when the motor is operating in the steady state, one of the first shaft current and the second shaft current is zero.
本發明更提出一種電機控制方法,適用於一馬達,包括步驟:根據一匯流排電壓以及一脈衝寬度調變信號,分別產生一第一相電流、一第二相電流以及一第三相電流,用以驅動上述馬達;偵測上述匯流排電壓而產生一電壓偵測信號;偵測上述第一相電流、上述第二相電流以及上述第三相電流中之至少二者,而產生一電流偵測信號;根據上述電流偵測信號,判斷上述馬達是否操作於一穩態;當上述馬達操作於上述穩態,判斷上述馬達之一轉速是否為零;以及當上述轉速為零時,上述馬達係處於一堵轉狀態,此時根據偵測產生之上述電壓偵測信號以及偵測產生之上述電流偵測信號,執行一計算方法。The present invention further provides a motor control method suitable for a motor, including the steps of: generating a first phase current, a second phase current, and a third phase current according to a bus voltage and a pulse width modulation signal, respectively, Used to drive the motor; detect the bus voltage to generate a voltage detection signal; detect at least two of the first phase current, the second phase current, and the third phase current to generate a current detection Measure signal; according to the current detection signal, determine whether the motor is operating in a steady state; when the motor is operating in the steady state, determine whether the speed of one of the motors is zero; and when the speed is zero, the motor is In a locked-rotor state, a calculation method is executed based on the voltage detection signal generated by the detection and the current detection signal generated by the detection.
根據本發明之一實施例,上述控制方法更包括步驟:根據上述電流偵測信號,分別產生一第一軸電流以及一第二軸電流;根據上述電壓偵測信號、上述第一軸電流以及上述第二軸電流,分別產生一第一軸電壓以及一第二軸電壓;以及根據上述第一軸電壓以及上述第二軸電壓產生上述脈衝寬度調變信號。According to an embodiment of the present invention, the control method further includes the steps of: respectively generating a first axis current and a second axis current according to the current detection signal; according to the voltage detection signal, the first axis current, and the above The second axis current generates a first axis voltage and a second axis voltage respectively; and the pulse width modulation signal is generated according to the first axis voltage and the second axis voltage.
根據本發明之一實施例,上述控制方法更包括步驟:將一供應電壓轉換成上述匯流排電壓,其中上述供應電壓係選自一三相交流電壓、一單相交流電壓以及一直流電壓中之任一者。According to an embodiment of the present invention, the above-mentioned control method further includes the step of: converting a supply voltage into the above-mentioned busbar voltage, wherein the above-mentioned supply voltage is selected from a three-phase AC voltage, a single-phase AC voltage, and a DC voltage. Either.
根據本發明之一實施例,上述計算方法包括計算上述第一軸之一直流偏位誤差,包括步驟:將上述第二軸電壓設為零;進行電流控制以產生一第一軸第一電壓,使得上述馬達對應上述第一軸第一電壓而產生一第一軸第一量測電流;進行電流控制以產生一第一軸第二電壓,使得上述馬達對應上述第一軸第二電壓而產生一第一軸第二量測電流;根據一電壓差以及一電流差,估計一定子電阻,其中上述電壓差係為上述第一軸第一電壓以及上述第一軸第二電壓之差,上述電流差係為上述第一軸第一量測電流以及上述第一軸第二量測電流之差;以及利用上述定子電阻、上述第一軸第一電壓、上述第一軸第一量測電流、上述第一軸第二電壓以及上述第一軸第二量測電流,計算上述第一軸之上述直流偏位誤差。根據本發明之一實施例,上述計算方法更包括計算上述第二軸之一直流偏位誤差,包括步驟:將上述第一軸電壓設為零,且重複上述類似操作以計算上述第二軸之上述直流偏位誤差。根據本發明之一實施例,上述計算方法更包括以上述第一軸之上述直流偏位誤差與上述第二軸之上述直流偏位誤差,計算上述馬達之一直流偏位誤差。According to an embodiment of the present invention, the calculation method includes calculating a DC offset error of the first axis, and includes the steps of: setting the second axis voltage to zero; performing current control to generate a first axis first voltage, Make the motor generate a first-axis first measurement current corresponding to the first voltage of the first shaft; perform current control to generate a first-axis second voltage, so that the motor generates a first-axis second voltage corresponding to the first-axis second voltage The second measured current of the first axis; estimate the stator resistance according to a voltage difference and a current difference, wherein the voltage difference is the difference between the first voltage of the first axis and the second voltage of the first axis, the current difference Is the difference between the first measured current of the first axis and the second measured current of the first axis; and the use of the stator resistance, the first voltage of the first axis, the first measured current of the first axis, and the The second voltage of one axis and the second measured current of the first axis are calculated to calculate the DC offset error of the first axis. According to an embodiment of the present invention, the calculation method further includes calculating a DC offset error of the second axis, including the step of setting the voltage of the first axis to zero, and repeating the similar operation to calculate the second axis The above-mentioned DC offset error. According to an embodiment of the present invention, the calculation method further includes calculating a DC offset error of the motor by using the DC offset error of the first axis and the DC offset error of the second axis.
根據本發明之一實施例,根據上述電流偵測信號判斷上述馬達是否係操作於上述穩態之步驟包括:判斷上述第一軸電流以及上述第二軸電流之一時變量是否皆為零;以及當上述第一軸電流以及上述第二軸電流之上述時變量皆為零時,判斷上述馬達係操作於上述穩態。According to an embodiment of the present invention, the step of judging whether the motor is operating in the steady state according to the current detection signal includes: judging whether the variables of the first shaft current and the second shaft current are all zero; and when When the time variables of the first shaft current and the second shaft current are both zero, it is determined that the motor is operating in the steady state.
以下說明為本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明一般性的原則,不應視為本發明之限制,本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。The following descriptions are examples of the present invention. Its purpose is to exemplify the general principles of the present invention, and should not be regarded as a limitation of the present invention. The scope of the present invention should be defined by the scope of the patent application.
值得注意的是,以下所揭露的內容可提供多個用以實踐本發明之不同特點的實施例或範例。以下所述之特殊的元件範例與安排僅用以簡單扼要地闡述本發明之精神,並非用以限定本發明之範圍。此外,以下說明書可能在多個範例中重複使用相同的元件符號或文字。然而,重複使用的目的僅為了提供簡化並清楚的說明,並非用以限定多個以下所討論之實施例以及/或配置之間的關係。此外,以下說明書所述之一個特徵連接至、耦接至以及/或形成於另一特徵之上等的描述,實際可包含多個不同的實施例,包括該等特徵直接接觸,或者包含其它額外的特徵形成於該等特徵之間等等,使得該等特徵並非直接接觸。It is worth noting that the content disclosed below can provide multiple embodiments or examples for practicing the different features of the present invention. The specific component examples and arrangements described below are only used to briefly illustrate the spirit of the present invention, and are not used to limit the scope of the present invention. In addition, the following description may reuse the same component symbols or words in multiple examples. However, the purpose of repeated use is only to provide a simplified and clear description, and is not used to limit the relationship between the multiple embodiments and/or configurations discussed below. In addition, the description of a feature connected to, coupled to, and/or formed on another feature described in the following specification may actually include a plurality of different embodiments, including direct contact with these features, or include other additional features. The features of are formed between these features, etc., so that these features are not in direct contact.
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電機控制系統之方塊圖。如第1圖所示,電機控制系統100用以驅動馬達10,其中電機控制系統100包括電源整流電路110、電容C、電壓偵測器120、功率模組130、電流偵測器140、脈衝寬度調變控制器150以及控制器160。Fig. 1 shows a block diagram of a motor control system according to an embodiment of the invention. As shown in Figure 1, the
電源整流電路110用以將供應電壓V
S轉換成匯流排電壓V
BUS,並將匯流排電壓V
BUS施加於第一端點A以及第二端點B之間。電容C耦接於第一端點A以及第二端點B之間,用以穩定匯流排電壓V
BUS。根據本發明之一實施例,供應電壓V
S係為三相交流電壓。根據本發明之另一實施例,供應電壓V
S係為一單相交流電壓。根據本發明之另一實施例,供應電壓V
S係為一直流電壓。
The
電壓偵測器120耦接於第一端點A以及第二端點B之間,用以偵測匯流排電壓V
BUS而產生電壓偵測信號S
V。根據本發明之一實施例,控制器160具有一查找表,用以將電壓偵測信號S
V對應至匯流排電壓V
BUS之電壓值。功率模組130根據匯流排電壓V
BUS以及脈衝寬度調變信號S
PWM,分別產生第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c,其中第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c用以驅動馬達10。
The
電流偵測器140用以偵測第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c中之至少二者,而產生電流偵測信號S
I。根據本發明之一實施例,當馬達10係為Y接式馬達時,電流偵測器140可僅偵測第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c當中之其中二者,以降低系統建置成本。
The
根據本發明之一實施例,電流偵測器140可偵測第一相電流i
a以及第二相電流i
b,而產生電流偵測信號S
I。根據本發明之另一實施例,電流偵測器140可偵測第二相電流i
b以及第三相電流i
c,而產生電流偵測信號S
I。根據本發明之另一實施例,電流偵測器140可偵測第一相電流i
a以及第三相電流i
c,而產生電流偵測信號S
I。根據本發明之其他實施例,電流偵測器140亦可同時偵測第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c,而產生電流偵測信號S
I。為了簡化說明,以下將以電流偵測器140偵測第一相電流i
a以及第二相電流i
b,且對應電流偵測信號S
I包括第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm為例,進行說明解釋。
According to an embodiment of the present invention, the
根據本發明之一實施例,由於電流偵測器140具有量測誤差,因此下文中將第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c視為用以驅動馬達10之實際電流,且將第一量測電流i
am、第二量測電流i
bm以及第三量測電流i
cm視為電流偵測器140所偵測到之電流。如第1圖所示之實施例中,電流偵測信號S
I係包括第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm。
According to an embodiment of the present invention, since the
脈衝寬度調變控制器150根據控制器160所產生之直軸電壓V
d以及交軸電壓V
q,產生脈衝寬度調變信號S
PWM。如第1圖所示,控制器160更包括第一控制單元161以及第二控制單元162。
The pulse
第一控制單元161可將三相電流信號座標轉換為直軸電流信號及交軸電流信號。詳細來說,第一控制單元161根據電流偵測信號S
I以及馬達10旋轉之角度θ,將電流偵測器140所偵測到之第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm轉換成直軸量測電流i
dm以及交軸量測電流i
qm,詳細轉換過程將於下文中敘述。
The
第二控制單元162可依據第一控制單元161輸入之直軸電流信號及交軸電流信號,轉換為直軸電壓信號及交軸電壓信號。詳細來說,第二控制單元162根據直軸量測電流i
dm、交軸量測電流i
qm以及電壓偵測信號S
V,產生直軸電壓V
d以及交軸電壓V
q,並傳送至脈衝寬度調變控制器150,用以進一步控制功率模組130所輸出之第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c。
The
當電流平衡時,第一相電流i a、第二相電流i b以及第三相電流i c之總和為零,且第一量測電流i am、第二量測電流i bm以及第三量測電流i cm係如下列公式1所示,其中I S係為直流電流,I a_err以及I b_err係為直流偏位誤差,θ係為馬達10之角度: (公式1) When the current is balanced, the sum of the first phase current i a , the second phase current i b and the third phase current i c is zero, and the first measurement current i am , the second measurement current i bm and the third measurement The measured current i cm is shown in the following formula 1, where I S is the DC current, I a_err and I b_err are the DC offset errors, and θ is the angle of the motor 10: (Formula 1)
如第1圖所示,第一控制單元161根據電流偵測信號S
I分別利用公式2-1以及公式2-2,將第一量測電流i
am、第二量測電流i
bm以及第三量測電流i
cm轉換成第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm。接著,將公式1代入公式2-1以及公式2-2並分別將公式2-1以及公式2-2展開,得到公式2-3以及公式2-4。
(公式2-1)
(公式2-2)
(公式2-3)
(公式2-4)
As shown in Fig. 1, the
根據本發明之一實施例,當控制器160判斷馬達10操作於穩態且馬達10之轉速為零時,控制器160根據電壓偵測信號S
V以及電流偵測信號S
I,計算驅控馬達10之一直流偏位誤差,其中該直流偏位誤差包括直流偏位誤差I
a_err以及I
b_err。根據本發明之一實施例,控制器160計算該電流偵測器140之一直流偏位誤差。根據本發明之一實施例,當控制器160判斷電流偵測器140所偵測到的第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm之電流時變量為零時,判斷馬達10係操作於穩態。前述時變量為零,係指第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm之電流數值在一特定量測時間內保持定值,不因時間變化而有電流數值的變化,確保馬達10操作於穩態。
According to an embodiment of the present invention, when the
根據本發明之另一實施例,當控制器160判斷直軸量測電流i
dm以及交軸量測電流i
qm之時變量為零時,控制器160判斷馬達10係操作於穩態。根據本發明之一實施例,當馬達10係為電梯之驅動馬達時,可利用電梯之機械剎車而使得馬達10進入一堵轉狀態,此時馬達轉速為零。
According to another embodiment of the present invention, when the
馬達10之直軸電壓V
d以及交軸電壓V
q之電壓方程式係如下列公式3所示,其中rs係為定子電阻:
(公式3)
The voltage equations of the direct axis voltage V d and the quadrature axis voltage V q of the
當馬達10之轉速為零且操作於穩態時,公式3中的微分項以及角速度皆為零,因此公式3可簡化為下列公式4:
(公式4)
When the rotation speed of the
直軸量測電流i
dm以及交軸量測電流i
qm與實際流至馬達10之直軸實際電流i
d以及交軸實際電流i
q之關係分別如下列公式5-1以及公式5-2所示,其中直軸實際電流i
d以及交軸實際電流i
q係為馬達10之實際電流於座標上的投影量,Δi
dm係為直軸偏位誤差,Δi
qm係為交軸偏位誤差。將公式5-1之直軸偏位誤差Δi
dm以及交軸偏位誤差Δi
qm移至等號另一側,即可得公式5-2。
(公式5-1)
(公式5-2)
The relationship between the direct axis measurement current i dm and the quadrature axis measurement current i qm and the actual direct axis current i d and the quadrature axis actual current i q that actually flow to the
將公式5-2帶入公式4後,可得下列公式6: (公式6) After incorporating formula 5-2 into formula 4, the following formula 6 can be obtained: (Formula 6)
根據本發明之一實施例,當控制器160計算直流偏位誤差時,首先將直軸電壓V
d以及交軸電壓V
q其中之一者設為零,以簡化變因及便於計算,接著再將直軸電壓V
d以及交軸電壓V
q之另一者設為零。為了簡化說明,以下將先針對控制器160將交軸電壓V
q設為零進行說明解釋,依據本發明之一實施例,需再將直軸電壓V
d設為零,並重複執行上述類似操作,先予敘明。
According to an embodiment of the present invention, when the
根據本發明之一實施例,當控制器160將交軸電壓V
q設為零時,控制器160根據電壓偵測信號S
V產生第一直軸電壓V
d1以及第二直軸電壓V
d2,使得脈衝寬度調變控制器150對應第一直軸電壓V
d1以及第二直軸電壓V
d2分別產生對應的脈衝寬度調變信號S
PWM,並且馬達10對應第一直軸電壓V
d1產生第一直軸量測電流i
dm1,對應第二直軸電壓V
d2產生第二直軸量測電流i
dm2。根據本發明之一實施例,第一直軸電壓V
d1之電壓值以及第二直軸電壓V
d2之電壓值係為不同。
According to an embodiment of the present invention, when the
控制器160將第一直軸電壓V
d1、第二直軸電壓V
d2、第一直軸量測電流i
dm1以及第二直軸量測電流i
dm2代入公式6且將交軸電壓V
q設為零,進行兩次電流控制以分別得到下列公式7-1以及公式7-2所示意的兩次電流的量測結果,其中V
d1、V
d2分別為兩次控制的直軸電壓V
d的第一電壓及第二電壓,其中i
dm1、i
dm2分別為量測兩次的直軸的第一量測電流及第二量測電流:
(公式7-1)
(公式7-2)
The
為了計算定子電阻rs,控制器160將公式7-1與公式7-2相減,而得下列公式8-1,其中V
d1-V
d2之值為一電壓差,其中i
d1-i
d2(=i
dm1-i
dm2)之值為一電流差。接著,再將公式8-1整理後得到下列公式8-2。如公式8-2所示,rs’係為定子電阻的估計值。
(公式8-1)
(公式8-2)
In order to calculate the stator resistance rs, the
接著,控制器160更將公式8-2之rs’帶入公式7-1以及公式7-2,而得下列公式9:
(公式9)
Then, the
根據公式9,可求得直軸偏位誤差Δi dm係分別如下列公式10-1以及公式10-2所示: (公式10-1) (公式10-2) According to formula 9, the linear axis deviation error Δi dm can be obtained as shown in the following formula 10-1 and formula 10-2: (Formula 10-1) (Formula 10-2)
根據本發明之一實施例,直軸偏位誤差Δi dm可為公式10-1以及公式10-2其中之任一者。根據本發明之另一實施例,直軸偏位誤差Δi dm可為公式10-1以及公式10-2之平均值。 According to an embodiment of the present invention, the direct axis deviation Δi dm can be any one of formula 10-1 and formula 10-2. According to another embodiment of the present invention, the direct axis deviation Δi dm may be the average value of formula 10-1 and formula 10-2.
同樣的,如同前述,控制器160反過來再將直軸電壓V
d設為零,並且根據電壓偵測信號S
V分別產生第一交軸電壓V
q1以及第二交軸電壓V
q2,同時電流偵測器140對應第一交軸電壓V
q1偵測到第一交軸量測電流i
qm1,對應第二交軸電壓V
q2偵測到第二交軸量測電流i
qm2。根據本發明之一實施例,第一交軸電壓V
q1之電壓值以及第二交軸電壓V
q2之電壓值係為不同。
Similarly, as mentioned above, the
接著,控制器160利用公式7-1至公式10-2所述之相同方式,計算交軸偏位誤差Δi
qm如下列公式11-1以及公式11-2所示:
(公式11-1)
(公式11-2)
Next, the
根據本發明之一實施例,交軸偏位誤差Δi qm可為公式11-1以及公式11-2其中之任一者。根據本發明之另一實施例,交軸偏位誤差Δi qm可為公式11-1以及公式11-2之平均值。 According to an embodiment of the present invention, the quadrature axis misalignment error Δi qm can be any one of formula 11-1 and formula 11-2. According to another embodiment of the present invention, the quadrature axis misalignment error Δi qm can be the average value of formula 11-1 and formula 11-2.
回到公式2-3以及公式2-4,由於I a_err以及I b_err係為馬達之直流偏位誤差分別於A、B相的投影,因此直軸偏位誤差Δi dm以及交軸偏位誤差Δi qm與I a_err以及I b_err之關係係如下列公式12所示: (公式12) Returning to formula 2-3 and formula 2-4, since I a_err and I b_err are the projections of the motor's DC offset error on the phases A and B, respectively, the direct axis offset error Δi dm and the quadrature axis offset error Δi The relationship between qm and I a_err and I b_err is shown in the following formula 12: (Formula 12)
由於公式10-1以及公式10-2計算出直軸偏位誤差Δi dm,公式11-1以及公式11-2計算出交軸偏位誤差Δi qm,可將直軸偏位誤差Δi dm以及交軸偏位誤差Δi qm帶入下列公式13,計算馬達之直流偏位誤差I a_err以及I b_err: (公式13) Since formula 10-1 and formula 10-2 calculate the direct axis deflection error Δi dm , and formula 11-1 and formula 11-2 calculate the quadrature axis deflection error Δi qm , the direct axis deflection error Δi dm and the cross The shaft offset error Δi qm is taken into the following formula 13 to calculate the DC offset error I a_err and I b_err of the motor : (Formula 13)
第2A-2B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之控制方法之流程圖。以下針對第2A-2B圖之流程圖之敘述,將搭配第1圖之方塊圖,以利詳細說明。Figures 2A-2B show a flow chart of the control method according to an embodiment of the invention. The following description of the flowchart in Figures 2A-2B will be combined with the block diagram in Figure 1 for detailed description.
首先,利用第1圖之電源整流器110,將供應電壓V
S轉換成匯流排電壓V
BUS(步驟S201),其中匯流排電壓V
BUS施加於第一端點A以及第二端點B之間,電容C耦接於第一端點A以及第二端點B之間,用以穩定匯流排電壓V
BUS。根據本發明之一實施例,供應電壓V
S係為三相交流電壓。根據本發明之另一實施例,供應電壓V
S係為一單相交流電壓。根據本發明之另一實施例,供應電壓V
S係為一直流電壓。
First, use the
利用電壓偵測器120,偵測匯流排電壓V
BUS,而產生電壓偵測信號S
V(步驟S202)。根據本發明之一實施例,控制器160具有一查找表,用以將電壓偵測信號S
V對應至匯流排電壓V
BUS。利用功率模組130,根據匯流排電壓V
BUS以及脈衝寬度調變信號S
PWM,分別產生第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c(步驟S203),用以驅動馬達10。
The
利用電流偵測器140,偵測第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c中之至少二者,而產生電流偵測信號SI(步驟S204)。根據本發明之許多實施例,當馬達10係為Y接式馬達時,電流偵測器140可偵測第一相電流i
a以及第二相電流i
b、第二相電流i
b以及第三相電流i
c或第一相電流i
a以及第三相電流i
c中之任一組合,而產生電流偵測信號S
I。根據本發明之其他實施例,電流偵測器140亦可同時偵測第一相電流i
a、第二相電流i
b以及第三相電流i
c,而產生電流偵測信號S
I。
The
接著,利用控制器160根據電流偵測信號S
I,產生第一軸電流以及第二軸電流(步驟S205)。根據本發明之一實施例,第一軸電流係為第1圖所示之直軸量測電流i
dm,第二軸電流係為交軸量測電流i
qm。根據本發明之另一實施例,第二軸電流係為第1圖所示之直軸量測電流i
dm,第一軸電流係為交軸量測電流i
qm。
Next, the
並且,利用控制器160根據電壓偵測信號S
V、第一軸電流以及第二軸電流,分別產生第一軸電壓以及第二軸電壓(步驟S206)。根據本發明之一實施例,當第一軸電流係為直軸量測電流i
dm且第二軸電流係為交軸量測電流i
qm時,第一軸電壓係為直軸電壓V
d,第二軸電壓係為交軸電壓V
q。根據本發明之另一實施例,當第二軸電流係為直軸量測電流i
dm且第一軸電流係為交軸量測電流i
qm時,第二軸電壓係為直軸電壓V
d,第一軸電壓係為交軸電壓V
q。
In addition, the
接著,更利用控制器160根據第一軸電壓以及第二軸電壓,產生脈衝寬度調變信號S
PWM(步驟S207),用以控制馬達10之參數。
Then, the
控制器160根據電流偵測信號S
I,判斷馬達10是否係操作於穩態(步驟S208)。根據本發明之一實施例,當第1圖之控制器160判斷電流偵測器140所偵測到的第一量測電流i
am以及第二量測電流i
bm之電流時變量為零時,代表馬達10係操作於穩態。根據本發明之另一實施例,當控制器160判斷直軸量測電流i
dm以及交軸量測電流i
qm(亦即,第一軸電流以及第二軸電流)之時變量為零時,代表馬達10係操作於穩態。根據本發明之許多實施例,控制器160判斷直軸量測電流i
dm以及交軸量測電流i
qm之電流數值在一特定量測時間內保持定值,不因時間變化而有電流數值的變化,故確認馬達10操作於穩態。
The
當判斷馬達10係操作於穩態時,控制器160更判斷馬達10之轉速是否為零(步驟S209)。根據本發明之一實施例,當馬達10係為電梯之驅動馬達時,可利用電梯之機械剎車而使得馬達10進入一堵轉狀態,此時馬達轉速為零。根據本發明之許多實施例,當馬達10之轉速係為零時,代表馬達10之角度θ係為定值。When it is determined that the
當馬達10操作於穩態且馬達10之轉速也為零時,控制器160根據電壓偵測信號S
V以及電流偵測信號S
I,執行計算方法(步驟S210),例如計算直流偏位誤差。當步驟S208以及步驟S209任一者判斷為否時,回到步驟S203。
When the
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之計算方法之流程圖。如第3圖所示之計算方法300係用以計算驅控馬達10之一直流偏位誤差,以下針對計算方法300之敘述,將搭配第1圖之方塊圖,以利詳細說明。Fig. 3 shows a flowchart of the calculation method according to an embodiment of the invention. The
首先,將第二軸電壓設為零(步驟S301)。根據本發明之一實施例,第一軸電壓係為直軸電壓V d,第二軸電壓係為交軸電壓V q。根據本發明之另一實施例,第一軸電壓係為交軸電壓V q,第二軸電壓係為直軸電壓V d。 First, the second axis voltage is set to zero (step S301). According to an embodiment of the present invention, the first axis voltage system is the direct axis voltage V d , and the second axis voltage system is the quadrature axis voltage V q . According to another embodiment of the present invention, the first axis voltage system is the quadrature axis voltage V q , and the second axis voltage system is the direct axis voltage V d .
接著,進行第一次電流控制,控制器160產生第一軸第一電壓,並且對應產生第一軸第一量測電流(步驟S302)。根據本發明之一實施例,當第一軸第一電壓係為直軸電壓V
d1,第一軸第一量測電流係為直軸第一量測電流i
dm1。根據本發明之另一實施例,當第一軸第一電壓係為交軸電壓V
q1時,第一軸第一量測電流係為交軸第一量測電流i
qm1。
Next, the first current control is performed, and the
接著,控制器160更進行第二次電流控制,產生第一軸第二電壓,並且對應產生第一軸第二量測電流(步驟S303)。根據本發明之一實施例,當第一軸第二電壓係為直軸電壓V
d2,第一軸第二量測電流係為直軸第二量測電流i
dm2。根據本發明之另一實施例,當第一軸第二電壓係為交軸電壓V
q2時,第一軸第二量測電流係為直軸第二量測電流i
qm2。需說明的是,兩次電流控制的電壓不同,亦即第一軸第一電壓與第一軸第二電壓係為不同值。
Next, the
接著,控制器160根據電壓差以及電流差,估計定子電阻(步驟S304)。根據本發明之一實施例,電壓差係為第一軸第一電壓以及第一軸第二電壓之差,電流差係為第一軸第一量測電流以及第一軸第二量測電流之差。根據本發明之一實施例,控制器160係利用公式8-2計算估計之定子電阻rs’。Next, the
接著,控制器160利用定子電阻、第一軸第一電壓、第一軸第一量測電流、第一軸第二電壓以及第一軸第二量測電流,計算第一軸電流之直流偏位誤差(步驟S305)。根據本發明之一實施例,當第一軸電壓係為直軸電壓V
d時,控制器160係利用公式10-1以及公式10-2計算直軸偏位誤差Δi
dm。根據本發明之一實施例,直軸偏位誤差Δi
dm可為公式10-1以及公式10-2之任一者。根據本發明之另一實施例,直軸偏位誤差Δi
dm可為公式10-1以及公式10-2之平均值。
Next, the
重複類似上述步驟S301至S305的電流控制方法,亦即,此流程中控制器160係改將第一軸電壓設為零,且利用公式11-1以及公式11-2計算第二軸電流之直流偏位誤差(步驟S306)。根據本發明之一實施例,當第一軸電壓係為直軸電壓V
d時,第二軸電壓係為交軸電壓V
q,控制器160係利用公式11-1以及公式11-2計算交軸偏位誤差Δi
qm。根據本發明之一實施例,交軸偏位誤差Δi
qm可為公式11-1以及公式11-2之任一者。根據本發明之另一實施例,交軸偏位誤差Δi
qm可為公式11-1以及公式11-2之平均值。
Repeat the current control method similar to the above steps S301 to S305, that is, in this process, the
詳細來說,根據本發明之其他實施例,當連續重複上述步驟S301至S306,以分別得到直軸偏位誤差Δi dm以及交軸偏位誤差Δi qm時,可再將直軸偏位誤差Δi dm以及交軸偏位誤差Δi qm帶入公式13,以求得馬達之直流偏位誤差I a_err以及I b_err(步驟S307)。 In detail, according to other embodiments of the present invention, when the above steps S301 to S306 are continuously repeated to obtain the straight-axis misalignment error Δi dm and the quadrature-axis misalignment error Δi qm , the straight-axis misalignment error Δi dm and the quadrature axis offset error Δi qm are put into formula 13 to obtain the DC offset errors I a_err and I b_err of the motor (step S307).
本發明在此提出直流偏位誤差之計算方法,使得電機控制系統100可直接估計直流偏位誤差,而使得馬達的控制更加精準與可靠。The present invention proposes a method for calculating the DC offset error, so that the
以上所述為實施例的概述特徵。所屬技術領域中具有通常知識者應可以輕而易舉地利用本發明為基礎設計或調整以實行相同的目的和/或達成此處介紹的實施例的相同優點。所屬技術領域中具有通常知識者也應了解相同的配置不應背離本創作的精神與範圍,在不背離本創作的精神與範圍下他們可做出各種改變、取代和交替。說明性的方法僅表示示範性的步驟,但這些步驟並不一定要以所表示的順序執行。可另外加入、取代、改變順序和/或消除步驟以視情況而作調整,並與所揭露的實施例精神和範圍一致。The above are the summary features of the embodiment. Those with ordinary knowledge in the technical field should be able to easily use the present invention as a basis for design or adjustment to achieve the same purpose and/or achieve the same advantages of the embodiments described herein. Those with ordinary knowledge in the technical field should also understand that the same configuration should not deviate from the spirit and scope of this creation, and they can make various changes, substitutions and alterations without departing from the spirit and scope of this creation. The illustrative methods only represent exemplary steps, but these steps do not have to be performed in the order shown. Additional steps may be added, substituted, changed, and/or eliminated to adjust according to the situation and consistent with the spirit and scope of the disclosed embodiments.
10:馬達 100:電機控制系統 110:電源整流電路 120:電壓偵測器 130:功率模組 140:電流偵測器 150:脈衝寬度調變控制器 160:控制器 161:第一控制單元 162:第二控制單元 VBUS:匯流排電壓 A:第一端點 B:第二端點 C:電容 VS:供應電壓 SV:電壓偵測信號 SPWM:脈衝寬度調變信號 SI:電流偵測信號 ia:第一相電流 ib:第二相電流 ic:第三相電流 iam:第一量測電流 ibm:第二量測電流 icm:第三量測電流 Vd:直軸電壓 Vq:交軸電壓 θ:角度 S201~S210:步驟流程 300:計算方法 S301~S307:步驟流程10: Motor 100: Motor control system 110: Power rectifier circuit 120: Voltage detector 130: Power module 140: Current detector 150: Pulse width modulation controller 160: Controller 161: First control unit 162: The second control unit V BUS : bus voltage A: first terminal B: second terminal C: capacitor V S : supply voltage S V : voltage detection signal S PWM : pulse width modulation signal S I : current detection Measurement signal i a : first phase current i b : second phase current i c : third phase current i am : first measurement current i bm : second measurement current i cm : third measurement current V d : Direct axis voltage V q : Quadrature axis voltage θ: Angle S201~S210: Step flow 300: Calculation method S301~S307: Step flow
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電機控制系統之方塊圖; 第2A-2B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之控制方法之流程圖;以及 第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之計算方法之流程圖。 Figure 1 shows a block diagram of a motor control system according to an embodiment of the invention; Figures 2A-2B show a flow chart of the control method according to an embodiment of the present invention; and Fig. 3 shows a flowchart of the calculation method according to an embodiment of the invention.
10:馬達 10: Motor
100:電機控制系統 100: Motor control system
110:電源整流電路 110: Power rectifier circuit
120:電壓偵測器 120: voltage detector
130:功率模組 130: Power Module
140:電流偵測器 140: current detector
150:脈衝寬度調變控制器 150: Pulse width modulation controller
160:控制器 160: Controller
161:第一控制單元 161: The first control unit
162:第二控制單元 162: second control unit
VBUS:匯流排電壓 V BUS : bus voltage
A:第一端點 A: First endpoint
B:第二端點 B: second endpoint
C:電容 C: Capacitance
VS:供應電壓 V S : supply voltage
SV:電壓偵測信號 S V : Voltage detection signal
SPWM:脈衝寬度調變信號 S PWM : Pulse width modulation signal
ia:第一相電流 i a : first phase current
ib:第二相電流 i b : second phase current
ic:第三相電流 i c : third phase current
SI:電流偵測信號 S I : Current detection signal
iam:第一量測電流 i am : the first measured current
ibm:第二量測電流 i bm : second measurement current
icm:第三量測電流 i cm : third measurement current
Vd:直軸電壓 V d : Direct axis voltage
Vq:交軸電壓 V q : quadrature axis voltage
θ:角度 θ: Angle
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Citations (4)
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-
2019
- 2019-09-05 TW TW108131978A patent/TWI713298B/en active
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