[发明专利]马达控制方法与系统及其中的数字信号处理器

说明书

技术领域

本发明有关于一种处理器，且特别是有关于一种用于马达控制系统中的数字信号处理器。

背景技术

马达是机电系统中主要的动力来源，广泛地运用在各系统中。传统碳刷马达的优点之一为控制容易，仅需改变电枢电压即可改变其转速，然而碳刷马达的电枢位于转子上，需使用换相片与定子的碳刷接触，两者之间因摩擦而容易产生火花，因此在某些场合并不适用。

为改善碳刷马达的缺点，永磁同步马达(permanent magnet synchronous motor，PMSM)应运而生。永磁同步马达的转子是永久磁铁，激磁线圈则绕在定子上，定子上的线圈依序激磁，以引导永磁转子旋转。由于转子每旋转一周，定子的线圈电压需切换六次，从而称为六步换相，其相较于碳刷马达，具有安静、效率高与可靠度高......等优点。

永磁同步马达常运用120度方波无位置感测的技术来控制。一般无位置感测控制的技术是将三相反电动势信号反馈至数字信号处理器，并凭借此相关位置检出信息达成无位置感测控制。

然而，无位置感测控制的技术若采用反馈三相反电动势信号的作法，其最大的缺陷在于马达磁场分布不均匀，此现象会导致方波电流控制上出现平衡度不佳，力矩纹波增大，而导致驱动效率下降的问题。是故，亟待业界找出此一问题的解决方案。

发明内容

本发明内容之一目的是在提供一种数字信号处理器，藉以解决采用反馈三相反驱动势时，马达磁场分布不均所导致方波电流控制上的平衡度不佳、力矩纹波增大，进而造成驱动效率下降的问题。

为达上述目的，本发明内容的一技术样态是关于一种数字信号处理器。数字信号处理器用以接收由马达所反馈的单相反电动势信号，并根据单相反电动势信号控制变频器而驱动马达。数字信号处理器包含电气角建立模块、转速控制模块以及脉冲宽度调制控制模块。

电气角建立模块用以接收单相反电动势信号，建立相对应单相反电动势信号的磁场电气角，并对磁场电气角进行处理以产生六步激磁换相信号。转速控制模块电性耦接于电气角建立模块，并根据磁场电气角产生转速控制信号。脉冲宽度调制控制模块用以接收转速控制信号与六步激磁换相信号，以产生脉冲宽度调制控制信号控制变频器而驱动马达。

根据本发明一实施例，转速控制模块包含速度估测器以及转速控制器。速度估测器用以接收磁场电气角，并根据磁场电气角的角度与周期估测马达的马达转速值。转速控制器用以比较马达转速值与转速命令值以产生转速控制信号。

根据本发明另一实施例，数字信号处理器更包含弱磁补偿模块。弱磁补偿模块根据马达转速值与一组预设的补偿参数产生弱磁位移角，并提供该弱磁位移角予电气角建立模块，藉使电气角建立模块根据弱磁位移角调整所建立的磁场电气角。

根据本发明再一实施例，弱磁位移角由下列式子所产生：

θ＝ω×α+β

其中θ为弱磁位移角，ω为马达转速值，而α与β则为前述组预设的补偿参数。

根据本发明又一实施例，数字信号处理器更包含初始控制模块。初始控制模块在马达到达预定转速前，由初始控制模块输出初始六步激磁换相信号予脉冲宽度调制控制模块，使得脉冲宽度调制控制模块产生脉冲宽度调制控制信号。

为达上述目的，本发明内容的一技术样态是关于一种马达控制系统，其包含反馈电路、数字信号处理器以及变频器。反馈电路电性耦接于马达，用以反馈该马达的单相反电动势信号。数字信号处理器包含电气角建立模块、转速控制模块以及脉冲宽度调制控制模块。

电气角建立模块用以接收单相反电动势信号，建立相对应单相反电动势信号的磁场电气角，并对磁场电气角进行处理以产生六步激磁换相信号。转速控制模块电性耦接于电气角建立模块，并根据磁场电气角产生转速控制信号。脉冲宽度调制控制模块用以接收转速控制信号与六步激磁换相信号，以产生脉冲宽度调制控制信号。变频器电性耦接于马达与数字信号处理器，用以接收脉冲宽度调制控制信号而驱动马达。

根据本发明一实施例，转速控制模块包含速度估测器以及转速控制器。速度估测器用以接收磁场电气角，并根据磁场电气角的角度与周期估测马达的马达转速值。转速控制器用以比较马达转速值与转速命令值以产生转速控制信号。

根据本发明另一实施例，数字信号处理器更包含弱磁补偿模块。弱磁补偿模块根据马达转速值与一组预设的补偿参数产生弱磁位移角，并提供弱磁位移角予电气角建立模块，藉使电气角建立模块根据弱磁位移角调整所建立的磁场电气角。

根据本发明再一实施例，弱磁位移角由下列式子所产生：

θ＝ω×α+β