啟動策略 啟動策略 啟動策略 啟動策略

所擬定的啟動策略，可分為 3 個模式，但無論在何種模式，d 軸電流命令i^*_d皆設為 零；q 軸電流命令i_q^*則依照模式的變化，而有不同之設定變化；啟動完成後，則由速度 控制器自動調整 q 軸電流命令i_q^*大小。相關啟動波形變化如圖 4.2 所示。

定電流模式中，設定一固定 q 軸電流命令i^*_q=i_{q_ref} (圖 4.2 設定為 4A)，維持一固 定時間(約 0.1 秒)。轉速命令

ω

_r,start由零線性增加(15000rpm/sec)，直到某一固定速度(圖

4.2 設定為 1500rpm)，此時 d-q 軸轉換所需要的位置資訊，由轉速命令

ω

_r,start^經由積分

運算所取得。

ea

ia

ωr

) 0

,start start(

r

start

ω

dt

θ

θ

=

∫

+ (4.1) 上述電流與轉速之設定，會對應產生一旋轉速度逐漸增加之定子旋轉磁場，同時吸 引轉子永久磁鐵磁場，到達同樣轉速。此時馬達雖然運轉，但是轉子磁場與定子磁場夾 角角度很小，類似步進馬達。

進入定頻模式後，給定轉子位置以固定轉速增加，但 q 軸電流命令i_{q_ref} 開始以固 定斜率減少(圖 4.2 設定為 8A/sec)，同時根據(3.21)式計算結果，不斷檢查估測之轉子誤 差∆

θ

^ˆ。當 q 軸電流命令i_{q_ref} 開始減少時，轉子磁場與定子磁場夾角會逐漸拉開，故

估測之轉子誤差∆

θ

^ˆ從接近-90 度，漸漸減少，當誤差值接近零時，表示目前給定之轉 子位置與實際轉子位置接近，立即進入第三模式。

鎖相模式時，固定 q 軸電流命令i_q^*=i_{q_ref} (圖 3.4 設定為 2A)，但此時 d-q 軸轉換所 需要的位置資訊不再由(4.1)式計算所得，而是利用鎖相迴路(Phase Locked Loop)技術，

根據估測之轉子誤差∆

θ

大小，經過 PI 控制器，隨時調整估測轉速

ω

_re^{大小(初始值為}

1500rpm)，再由估測轉速

ω

^ˆ_r 之積分結果，得到估測位置

θ

_re。由於此時類似速度迴路開

路操作，因此，當 q 軸電流命令i_{q_ref} 固定時，轉速不會維持在 1500rpm，但由模擬圖 形可知，估測轉速

ω

_re^{與實際轉速}

ω

_r 緊緊跟隨。當估測轉速與估測位置與實際值相當 時，此時估測誤差為零，估測轉速

ω

_re^{不再變化。}

啟動成功後，進入穩態模式，q 軸電流命令i_q^*由速度迴路決定，完成無感測控制下 之啟動操作。

我們由圖 4.2 的相電流和應電勢看以看出整個啟動模式的過程，由一開始的定電流 模式中，此時是由定子帶起轉子轉動的，故此時的相電流和應電勢的相位角比較大，也 可以由我們的估測系統得知。而此刻的轉矩也會比較小。到了定頻模式時，此時由於慢 慢的減小電流使得相電流和應電勢的相位角漸漸的縮小，也如同我們的估測角度一樣，

最後我們偵測到我們的估測角小於大約在−5°時，就切進到我們的鎖相迴路模式，這時 經由我們的鎖相迴授使我們的相電流和應電勢達到同相的目的，此時我們的估測角也會 趨進於 0。

start

ωr ,

ω1

Vqc V_dc i_qc i_dc

s 1













⋅

−

⋅

−

⋅ +

⋅

= −

∆ ⁻

dc q qc

qc

qc q dc

dc

i L i

r V

i L i

r V

1 1 1

ˆ tan

ω

θ ω ²

P

圖4.3 速度與位置估測迴路

4.2 穩態 穩態 穩態 穩態模擬波形 模擬波形 模擬波形 模擬波形

啟動成功後，確定正常運轉後，於固定時間以後(圖 4.2 設定為 0.5sec)，進入第四 模式，q 軸電流命令i^*_q由速度迴路決定，完成無感測控制下之啟動操作。為完成相關模 擬，模擬程式修改如下，在馬達端並接上同樣馬達參數之另外一顆馬達，此馬達不作為 負載用，故外接 Y 接大電阻，乃作為量測馬達各相感應電壓用途。同時在電流控制器 與轉速控制器以外，加入速度迴路，觀察速度閉迴路之運轉狀態。

啟動成功後，為使速度迴路進入第四模式方才開始運作，一方面在模式四開始前，

於控制器輸入端強制輸入零誤差信號，使積分器不動作，並將積分器之初始積分值設定 第三模式結束時之 q 軸電流命令i_β^* 大小(圖4.2為2.4A)。經速度控制器調控，當速度分 別穩定於轉速命令1000rpm(圖4.4)、2000rpm(圖4.5)和3000rpm(圖4.6)時，所得之馬達 應電勢電壓、電流。很清楚可以發現，當轉速穩定時，所採用之無感測控制策略，確使 馬達之電流與應電勢同相，亦即轉子磁場與定子磁場保持90度，最佳轉矩產生角度。

ea

ia

θ^ˆ

∆

圖 4.4 無感測控制在 1000rpm 穩態模擬結果

ea

ia

θ^ˆ

∆

圖 4.5 無感測控制在 2000rpm 穩態模擬結果

ea

ia

θ^ˆ

∆

圖 4.6 無感測控制在 3000rpm 穩態模擬結果

由圖 4.4 到 4.6 觀察我們所模擬的無感測控制在穩態的運轉下，在不同的轉速下，

都可以保持系統的穩定，而角度的估測也跟我們的相位角反應大至相同，都在零度上 下，也確定本篇文章的無感測控制在穩態的模擬是可行的。

在文檔中 以數位座標旋轉演算法為主之直流無刷馬達弦波電流無感測控制 (頁 40-44)