[发明专利]多点平滑化马达速度估测方法

说明书

本申请是申请日为2007年6月21日的题为“多点平滑化马达速度估测方法”的第200710109441.5号发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种马达速度估测方法，尤其涉及一种多点平滑化马达速度估测方法。

背景技术

在马达死循环速度控制中，速度估测是不可或缺的功能。一般在对马达做速度估测时，常使用编码器来估测马达转子的运转速度。公知速度估测算法由于编码器本身的位置量化(position quantization)解析不足，所得到的估测速度很难同时兼顾平滑性(smoothness)与实时性(real-time)。然而，这两个特性是自动化产业应用上需要同时必备的特性，越平滑的速度估测法越不会造成运转的噪音与机台的震动；具有实时性的速度估测越能表现原始速度的特性，减少延迟，进而提高速度控制性能表现。

图1所示为AC马达控制系统的方框图，通过测量马达速度的反馈信息，来控制马达10a的转速。该公知速度估测系统20a包括计数器22a及速度估测单元24a。编码器12a输出脉波脉冲信号以表示测量到的马达位置，计数器22a处理该脉波脉冲信号后得到马达的位置信号P。速度估测单元24a处理马达位置信号P，以得到马达转速V_LPF。位置控制单元40a根据位置命令P_cmd与和来自计数器22a的反馈，计算出速度命令V_cmd；然后速度控制单元30a根据该速度命令V_cmd计算出电流命令i_cmd输出至电流控制和与驱动单元50a。该电流控制与和驱动单元50a根据该电流命令i_cmd及马达回授反馈电流以驱动马达10a。

图2和3分别说明了公知技术速度估测单元24a处理的原理及步骤。如图2所示，公知的速度估测单元24a利用单位时间内的位移量来估算目前的移动速度：其中V(t)为估测速度，P(t)表示编码器的反馈位置，T为取样时间。如图3所示，速度估测单元24a在每次时间T的中断时(步骤S10a)，取得计数器反馈的数值P(t)(步骤S12)。速度估测单元24a再由计数器反馈的数值P(t)减去前次中断的位置P(t-T)(步骤S14)。接着速度估测单元24a根据两次位置的差值及取样时间T计算出初步估测速度(步骤S16)。然后将求得的初步估测速度V经由低通滤波器平滑化后形成最后的速度值V_LPF(步骤S18)。

由于编码器位置的量化误差(quantization error)，公知技术存在测量的跳动量问题。假设编码器一转的解析为1转产生N_t个脉冲，速度估测的取样频率为fs Hz，，则发生速度不平滑的转速为(60*fs/N_t)RPM的整数倍。

以马达转速的测量为例，假设取样时间T为(6kHz)^-1，而编码器每转的分辨率为10000脉冲/转，对马达转速从0rpm至500rpm做测量时，可发现转速约为36rpm的倍数时，所估测出的转速其跳动量相对于其它转速会比较大。即马达控制在这些转速时，运转会有不平滑的现象。

美国专利申请US 20070043528A1公开了一种对多个取样周期的测量速度进行平均的方法，以降低测量涟波(ripple)问题。然而该专利所提供的方式在马达高频率操作时会有相位延迟(phase delay)的问题。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种兼顾平滑化及高频响应的马达速度估测方法。

按照本发明提供的一种多点平滑化马达速度估测方法，根据编码器的输出来测量马达的速度估测值，以将所述速度估测值传送至马达速度控制单元，该方法包括：决定过取样因子M；读取所述编码器的输出；对所述编码器的输出进行计数；根据所述过取样因子M及额定速度控制取样fs，对于所述编码器的输出做过取样；及对多个过取样结果做平均处理，以得到初始速度估测值。