TW201509115A - 直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法 - Google Patents

Abstract

一種直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，係由一控制模組電性連接一馬達模組，其中該控制模組更包括一控制主機，該馬達模組包括一直流無刷馬達，該控制方式係該控制主機利用一輸入電流以定位該馬達之轉子位置，待轉子定位完成後，再由該控制主機以等加速度變化之電流所產生之向量來帶動馬達運轉，於馬達運轉一時間差後由該控制主機切換成磁通角度控制，最後，當運轉一定時間後由該控制主機利用弦波驅動以達高效運轉。

Description

直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法

本發明係有關係一種直流無刷馬達，尤指一種無須設置感測器控制運轉之控制方法。

由於直流無刷馬達具有交流馬達的簡單結構，同時亦具備其運轉可靠及操作方便的特性，因此已常見且應用於家電用器、醫療器材及加工工具等領域中，且直流無刷馬達相較於交流馬達更具有節能的優勢，往後直流無刷馬達的應用將更為廣泛。

一般的直流無刷馬達是將傳統DC馬達的整流部份，包括電刷及換向器以電子方式替代，並保留DC馬達可急遽加速，轉速和外加電壓成正比，轉矩和電樞電流成正比等優點，而直流無刷馬達的激磁設計是在轉子上並由永久磁鐵構成，電樞則是位於定子上，因此無需電刷傳導電流；直流無刷馬達依定子繞線分類，可分為2相、3相、5相等無刷馬達，其驅動電路一般均使用PWM型變流器，再配合霍爾元件或編碼器等磁極檢測元件，可得圓滑且穩定之轉矩。

而使用無感測器控制的直流無刷馬達為常見的一種馬達控制方式，且相較於霍爾元件或編碼器等磁極檢測元件有成本上的優勢存在，然而，現階段的無感測器控制方法仍有其缺失存在，如：在馬達開始啟動的瞬間並不知道轉子磁通的位置，若啟動過程計算有誤，就會造成啟動失敗，而一般方式係利用加入固定電流向量給定子，來調整轉子到預設角度，但若無法產生有效力矩，將導致定位失敗而無法順利啟動，最後於運轉階段，在無感測器控制中，一般使用偵測反電動勢方式，推算出特徵換相角度，進行六步方波控制方式，但效率卻不佳，前述現象成為發明人欲改善之問題所在。

針對上述之缺失，本發明之主要目的在於提供一種直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，係利用偵測實際電流來估計其反電動勢，進而計算轉子磁通角度，以決定馬達之目標電流，藉此達到直流無刷馬達轉速控制之應用。

為達成上述之目的，本發明係主要提供一種直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，係由一控制模組電性連接一馬達模組，其中該控制模組更包括一控制主機，該馬達模組包括一直流無刷馬達，該控制方式係該控制主機利用一組輸入電流以定位該馬達之轉子位置，待轉子定位完成後，再由該控制主機以等加速度變化之電流所產生之向量來帶動馬達運轉，於馬達運轉一時間差後，控制主機估算馬達轉速達300rpm後，由該控制主機切換成磁通角度控制，而當運轉一定時間後由該控制主機利用弦波驅動以達高效運轉。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

茲將本發明之內容配合圖式來加以說明：

請參閱第一圖，係為本發明之裝置方塊圖。如圖所示，本發明之控制方法係由一控制模組1與一馬達模組2電性連接而實現，其中該控制模組1與該馬達模組2係利用一介面單元3電性連接並進行訊號交換，而該控制模組1係包括一控制主機11，該控制主機11於本實施例中係為一控制電腦，該控制主機11設定一控制軟體，由該控制主機11之控制軟體設定一目標轉速，該控制主機11係電性連接一轉速PI控制器12，用以接收控制主機11所輸入之目標轉速數值及接收一估算轉速數值，並經計算後產生一三相目標電流值，該轉速PI控制器12另電性連接一電流產生器13，該電流產生器13係用以產生一三相目標電流數值以進行馬達運轉前之定位計算，又，該電流產生器13係電性連接一電流PI控制器14，該電流PI控制器14係用以接收該轉速PI控制器12所輸出之三相目標電流值及三相實際電流值，並經計算後產收一三相命令電壓數值後經該介面單元3輸出，另，該控制模組1內更包括一計算器15，該計算器15係用以接收經由介面單元3所傳送之訊號，經計算後產生該估算轉速數值至該轉速PI控制器12，及估算電氣磁通角度數值至電流產生器13。

續參閱第一圖。而該馬達模組2係包括一PWM電路單元21，該PWM電路單元21係經由該介面單元3接收該電流PI控制器14所產生之三相命令電壓數值，並與其內部所產生之三角波電壓數值共同輸出，該PWM電路單元21係電性連接一變流器22，係用以接收該PWM電路單元21所輸出之三相命令電壓數值及三角波電壓數值並進行比較，進而產生一三相端電壓數值；另該變流器22係電性連接一直流無刷馬達23，該直流無刷馬達23係用以接收該變流器22之三相端電壓數值以進行運轉，最後，該直流無刷馬達23係電性連接一電流傳送器24，再電性連接至介面單位3，該電流傳送器24用以傳送直流無刷馬達23之運轉電流訊號，經由該介面單元3至該計算器15；此外，該介面單元3係為一資料擷取界面卡，此為習知裝置，不再贅言。

請參閱第二圖，係為本發明之方塊流程圖。本發明之控制方法係主要包括定位、啟動及運轉三大程序，其步驟依序為該控制主機定位該馬達之轉子位置（S1），該控制主機以等加速度變化之電流向量來帶動馬達運轉（S2），於馬達運轉一時間差後由該控制主機切換成磁通角度控制模式（S3），於馬達運轉另一時間差後由該控制主機切換成反電勢控制模式（S4），最後由該控制主機利用弦波驅動以達高效運轉（S5）；其中該步驟S1係利用電流PI控制器12與該直流無刷馬達23配合進行，利用輸入電流產生一組電流向量，將直流無刷馬達23之轉子調整至一預定角度；當轉子定位完成後，再進行馬達啟動程序，該控制主機11以等加速度變化之電流向量來帶動直流無刷馬達23之轉子運轉，由電流PI控制器14計算後生一三相命令電壓數值來進行等加速度之控制，而當計算器15之估算轉速達到300rpm時，該控制主機11會將其控制模式由等加速度轉換成磁通角度控制模式，由三相實際電流及三相命令電壓數值求得三相反電動勢數值，再由三相反電動勢數值積分成三相磁交鏈，最後由座標轉換求得電氣磁通角度，並依其電氣磁通角度產生三相目標電流，再轉換成三相命令電壓由該變流器22驅動該直流無刷馬達23，而當該計算器15之估算轉速由300rpm再進一步達到600rpm時，該控制主機11會將其控制模式由磁通角度控制模式轉變成反電勢控制模式，於該反電勢控制模式下係直接利用該三相反電動勢數值計算其電氣磁通角度來進行驅動直流無刷馬達23；最後於該直流無刷馬達23運轉穩定後，該控制主機11會利用弦波驅動該直流無刷馬達23，以達到直流無刷馬達23運轉之最佳效率。

惟以上所述之實施方式，是為較佳之實施實例，當不能以此限定本發明實施範圍，若依本發明申請專利範圍及說明書內容所作之等效變化或修飾，皆應屬本發明下述之專利涵蓋範圍。

1‧‧‧控制模組

11‧‧‧控制主機

12‧‧‧轉速PI控制器

13‧‧‧電流產生器

14‧‧‧電流PI控制器

15‧‧‧計算器

2‧‧‧馬達模組

21‧‧‧PWM電路單元

22‧‧‧變流器

23‧‧‧直流無刷馬達

24‧‧‧電流傳送器

3‧‧‧介面單元

第一圖係為本發明之裝置方塊圖。

第二圖係為本發明之方塊流程圖（S1）～（S5）。

1‧‧‧控制模組

11‧‧‧控制主機

12‧‧‧轉速PI控制器

13‧‧‧電流產生器

14‧‧‧電流PI控制器

15‧‧‧計算器

2‧‧‧馬達模組

21‧‧‧PWM電路單元

22‧‧‧變流器

23‧‧‧直流無刷馬達

24‧‧‧電流傳送器

3‧‧‧介面單元

Claims (4)

1. 一種直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，係利用一控制主機進行控制直流無刷馬達運轉，其步驟係包括：a. 該控制主機定位該馬達之轉子位置；b. 該控制主機以等加速度變化之電流向量來帶動馬達運轉；c. 於馬達運轉一時間差後由該控制主機切換成磁通角度控制；d. 於馬達運轉另一時間差後由該控制主機切換成反電勢控制模式；e. 該控制主機利用弦波驅動以達高效運轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，其中該c步驟中該時間差係指估算轉速達到300rpm之所需時間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，其中該d步驟中另一時間差係指估算轉速由300rpm達到600rpm之所需時間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之直流無刷馬達之無感測器運轉控制方法，其中該a步驟中係利用輸入一組電流向量來調整定位該轉子位置。