轉子角度估測方法與流程

2023-06-08 11:17:00

本發明涉及一種控制方法，具體而言，涉及一種轉子角度估測方法。

背景技術：

磁場導向控制(Field-Oriented Control，FOC)是現今馬達控制的主流技術，而磁場導向控制需搭配高解析度的轉子角度傳感器(Encoder)或無傳感器估測技術(Sensorless)才能有較佳的弦波輸出特性。

無傳感器估測技術雖然成本較低，但是，由於缺乏傳感器，因此剛開始啟動時可能會反轉，而且啟動扭力低，並不適合用於車輛馬達驅動的控制。轉子角度傳感器雖然可以改善上述無傳感器估測技術的缺點，但是高解析度(約1024至2048種狀態編碼)的轉子角度傳感器成本較高。

因此，近來本領域技術人員多改用較便宜的霍爾傳感器，如此雖然可以降低成本。但是，霍爾傳感器僅有如圖1所示的6種狀態編碼，也就是說，霍爾傳感器的解析度遠不及轉子角度傳感器的解析度，使得磁場導向控制的輸出電流大概如圖2所示地呈U型鋸齒狀，造成馬達在運轉時產生震動與噪音。

技術實現要素：

因此，本發明的目的在於提供一種用以提升霍爾傳感器的解析度以減少震動與噪音的轉子角度估測方法

本發明轉子角度估測方法包含下列步驟：步驟(a)利用霍爾傳感器檢測轉子的電氣角度，並在所述霍爾傳感器轉態時，產生霍爾轉態信號。

步驟(b)是利用控制器接收所述霍爾傳感器所產生的所述霍爾轉態信號，並由兩個霍爾轉態信號之間的時間差來計算出所述轉子的角速度。

步驟(c)利用所述控制器計算出變化角度，所述變化角度是所述控制器預設的取樣時間與所述轉子的角速度的乘積。步驟(d)利用所述控制器 來以所述霍爾傳感器所檢測的所述轉子的電氣角度累加所述變化角度來產生預估角度。

步驟(e)利用所述控制器比較在產生所述霍爾轉態信號時所述轉子的電氣角度與所述預估角度的差值，並以產生所述霍爾轉態信號時所述轉子的電氣角度為基準，將所述預估角度修正至與產生所述霍爾轉態信號時所述轉子的電氣角度相同的校正角度。

步驟(f)是以所述校正角度所產生的相位電流來控制所述轉子。

本發明的有益效果在於：利用所述控制器計算出所述轉子的角速度，配合以低解析度的霍爾傳感器所測得的所述轉子的電氣角度為基準，將所述預估角度在霍爾傳感器轉態時修正成校正角度，不僅能提升霍爾傳感器的解析度，同時也能提升估測角度的精確度，以減少轉子運轉時的震動與噪音。

附圖說明

本發明的其他的特徵及功效，將在參照附圖的實施方式中清楚地呈現，其中：

圖1是示意圖，說明現有霍爾傳感器的六種編碼狀態；

圖2是示意圖，說明利用現有霍爾傳感器的磁場導向控制輸出的相位電流；

圖3是流程圖，說明本發明轉子角度估測方法的實施例；

圖4是示意圖，說明本實施例步驟(d)的預估角度與霍爾傳感器的電氣角度的差異；

圖5是示意圖，說明本實施中的預估角度與校正角度的差異；

圖6是比較圖，說明本實施中校正角度的解析度與霍爾傳感器的解析度的差異；以及

圖7是示意圖，說明本實施中以該校正角度所產生的相位電流。

具體實施方式

參考圖3，本發明轉子角度估測方法的實施例包含以下步驟：步驟21利用霍爾傳感器檢測轉子的電氣角度，並在該霍爾傳感器轉態時，產生霍 爾轉態信號。

在本實施例中，該霍爾轉態信號是單相霍爾轉態信號，實際應用上，該霍爾轉態信號也可以是三相霍爾轉態信號。

步驟22是利用控制器接收該霍爾傳感器所產生的霍爾轉態信號，並由兩個霍爾轉態信號之間的時間差來計算出該轉子的角速度。在本實施例中，該控制器是微處理器(Microcontroller Unit，MCU)，實際應用上也可以是數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)。

在此要特別說明的是，該控制器是以單相霍爾轉態信號來計算角速度，當然，該控制器也可以以三相霍爾轉態信號來計算角速度。

步驟23是利用該控制器計算出變化角度，該變化角度是該控制器預設的取樣時間與該轉子的角速度的乘積。

參考圖3、圖4，步驟24是利用該控制器來以該霍爾傳感器所檢測的該轉子的電氣角度累加該變化角度來產生預估角度。由圖4可知，該預估角度的變化比該霍爾傳感器轉態時的變化更為精細。

參考圖3、圖4、圖5，步驟25是利用該控制器來比較在產生該霍爾轉態信號時該轉子的電氣角度與對應該轉子的電氣角度的該預估角度的差值，即圖4中120°與180°位置處的該電氣角度與該預估角度間的差值，並以在產生該霍爾轉態信號時該轉子的電氣角度為基準，將圖4中假想線圈繞部分所示的預估角度修正至如圖5中假想線圈繞部分所示的與在產生該霍爾轉態信號時該轉子的電氣角度相同的校正角度，提升了所估測的該校正角度的精確度。在此要說明的是，圖4、圖5中的60°、120°、180°及240°是該霍爾傳感器轉態時的電氣角度。

由於霍爾傳感器所感測的電氣角度是該轉子實際的電氣角度，因此，利用霍爾傳感器產生霍爾轉態信號的電氣角度來校正該預估角度能對該預估角度與該轉子的電氣角度的輕微誤差進行修正，從而獲得如圖6所示的比霍爾傳感器更佳的解析度與精確度。在此要說明的是，圖5中的該校正角度除了以該霍爾傳感器產生霍爾轉態信號的電氣角度來進行校正的位置(即圖4、圖5中120°與180°位置)外，其餘部分與圖4中該預估角度相同。

參考圖3、圖6、圖7，步驟26是以該校正角度所產生的弦波相位電流 來控制該轉子轉動。由於該校正角度的解析度比霍爾傳感器的解析度更好，因此，以該校正角度能產生如圖7所示的大概呈弦波的相位電流。相較於現有霍爾傳感器呈U型鋸齒狀的相位電流，大概呈弦波的相位電流不僅能使該轉子的轉動更為平順，還能減少轉動時的震動與噪音。

綜上所述，本發明轉子角度估測方法利用該控制器計算出該轉子的角速度與變化角度，配合以在該霍爾傳感器轉態時的電氣角度為基準將該預估角度修正成校正角度，以提升霍爾傳感器的解析度和精確度，以減少轉子運轉時的震動與噪音，所以確實能達到本發明的目的。

以上所述的實施例僅是本發明的較佳實施例，不能以此來限定本發明實施的範圍，即，根據本發明的權利要求以及說明書內容所做出的簡單的等效變化與修改都包含在本發明專利的範圍之內。