圖5.9為Quartus II環境下所架構的永磁同步馬達速度控制系統硬體方塊圖，包含了 類比數位轉換電路、速度迴授控制電路、感測與無感測之速度估測器、轉矩控制電路 以及PWM與Dead-Time產生電路。
類比轉數位電路
速度估測器
扭矩控制電路 PWM產生器與 Dead-Time電路
速度迴授控制電路
圖 5.9 速度控制系統硬體方塊圖
5.3.1 使用線性型霍爾感測器之速度控制實驗結果分析
圖5.10(a)(b)為定速控制在低速(500 rpm)情形下，取樣頻率20 kHz與100 kHz之速度 響應，受霍爾感測器訊號非理想的因素與控制器本身性能的影響，所得到之轉子角度 訊號在區間轉換的部分會有估測誤差情形，因此也會影響到轉速的估測。當取樣頻率 20 kHz時，轉速估測誤差量最大約300 rpm，不過當取樣頻率提高至100 kHz時，轉速估 測誤差量最大約200 rpm，有明顯的改善。圖5.11(a)(b)為定速控制在高速(4000 rpm)情 形下，取樣頻率20 kHz與100 kHz之速度響應，當取樣頻率20 kHz時，轉速估測誤差量 最大約260 rpm，不過當取樣頻率提高至100 kHz時，轉速估測誤差量最大約150 rpm。
因此取樣頻率的提高可以使轉速估測誤差量變小。
(a)
(b)
圖5.10 定轉速控制500 rpm取樣頻率(a)20 kHz(b)100 kHz之速度響應圖
(a)
(b)
圖5.11 定轉速控制4000 rpm取樣頻率(a)20 kHz(b)100 kHz之速度響應圖
5.3.2 無感測速度控制實驗結果分析
圖5.12為定速控制在轉速(4000 rpm)、取樣頻率20 kHz情形下，(a)X=1(b)X=0.25之 速度響應，由圖可以明顯看出新型的無感測演算法(X=0.25)的轉速估測效能較原本的 好。圖5.13為定速控制在轉速(4000 rpm)、取樣頻率100 kHz情形下，(a)X=1(b)X=0.25之 速度響應，也有相同的情形。由圖5.12與5.13可看出，由於取樣頻率提高至100 kHz，
因此相較於取樣頻率為20 kHz、X=1與X=0.25時，其轉速估測誤差皆有明顯的改善，圖 5.14為速控制在轉速(4000 rpm)、X=0.25時，取樣頻率(a)20 kHz(b)100 kHz之速度響 應，說明了此情形。圖5.15為在取樣頻率100 kHz、X=0.25時，弦波命令由1400 rpm至 6000 rpm的速度控制，顯示此無感測演算法之動態速度響應情形，圖5.16為在取樣頻率 100 kHz、X=0.25時，方波命令由1400 rpm至6000 rpm的速度控制，當轉速瞬間變化 時，無感測演算法無法立即反應而暫時失去同步，約在五個電機週期後角度估測才又 恢復同步。圖5.17為定轉速6000 rpm時，轉子位置估測情形，由於霍爾感測器訊號的不 理想，因此由圖可看出利用霍爾感測器訊號所估測之轉子角度位置較不平滑。
(a)
(b)
圖5.12 定轉速控制4000 rpm、取樣頻率20 kHz時(a)X=1(b)X=0.25之速度響應圖
(a)
(b)
圖5.13 定轉速控制4000 rpm、取樣頻率100 kHz時(a)X=1(b)X=0.25之速度響應圖
(a)
(b)
圖5.14 定轉速控制4000 rpm、X=0.25時取樣頻率(a)20 kHz(b)100 kHz之速度響應圖
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Speed (rpm)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
100 200 300 400
Time (sec)
Position (degree)
Estimated Position Position from Hall
Hall
Speed (rpm)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Time (sec)
Position (degree)
Hall Command Estimated
Estimated position Position from Hall
圖5.16 無感測方波命令速度控制，由1400 rpm到6000 rpm
0 0.0025 0.005 0.0075 0.01 0.0125 0.015 0.0175 0.02 0.0225 0.025 5000
6000 7000
Speed (rpm)
0 0.0025 0.005 0.0075 0.01 0.0125 0.015 0.0175 0.02 0.0225 0.025
-400 -200 0 200
Speed error (rpm)
0 0.0025 0.005 0.0075 0.01 0.0125 0.015 0.0175 0.02 0.0225 0.025 0
200 400
Position (degree)
0 0.0025 0.005 0.0075 0.01 0.0125 0.015 0.0175 0.02 0.0225 0.025
0 50 100
Time (sec)
Position error (degree)
Speed from hall Speed command Estimated Speed
Estimated position Position from hall
圖5.17 定轉速命令6000 rpm時，轉子位置估測情形