【11】證書號數：I694671 【45】公告日： 中華民國 109 (2020) 年 05 月 21 日 【51】Int. Cl.： H02P21/06 (2016.01) 發明 全 14 頁 【54】名 稱：永磁馬達控制系統及其方法 【21】申請案號：107137576 【22】申請日： 中華民國 107 (2018) 年 10 月 24 日 【11】公開編號：202017304 【43】公開日期： 中華民國 109 (2020) 年 05 月 01 日 【72】發 明 人： 謝旻甫 (TW) HSIEH, MIN FU；呂怡萱 (TW) LU, YI HSUAN；翁允中 (TW)
WENG, YUN CHUNG
【71】申 請 人： 國立成功大學 NATIONAL CHENG KUNG
UNIVERSITY 臺南市東區大學路 1 號 【74】代 理 人： 邱銘峯 【56】參考文獻： TW 494612 CN 102868353A JP 2011-135762A TW M487575 CN 104956585A 審查人員：林迺信 【57】申請專利範圍 1. 一種永磁馬達控制系統，適用於驅動一永磁馬達，該永磁馬達包含一定子、一轉子及設 置於該轉子的複數個磁鐵，且該永磁馬達控制系統包含：一位置感測器，包括複數個位 置感測元件，該等位置感測元件分別對應至少其中的該等磁鐵設置，且分別感測該等磁 鐵轉動時的多個定位以產生一霍爾訊號；一驅動電路，電連接該永磁馬達，該驅動電路 接收一第一控制信號，並根據該第一控制信號產生複數個電壓向量以驅動該永磁馬達運 轉；一直接轉矩控制模組，電連接該位置感測器，且根據該霍爾訊號計算該永磁馬達的 一量測轉速，該直接轉矩控制模組根據該量測轉速與預設該永磁馬達的一指定轉速的一 差值計算出一轉矩命令，該直接轉矩控制模組根據複數個預測定子磁通量及該驅動電路 感測該永磁馬達的複數個相位電流計算出一估測轉矩，該直接轉矩控制模組根據該轉矩 命令與該估測轉矩的一轉矩差及該霍爾訊號產生一第二控制信號；一空間電壓向量調變 模組，電連接該直接轉矩控制模組及該驅動電路，接收該第二控制信號，並根據該第二 控制信號產生對應一控制電壓向量指示的該第一控制信號給該驅動電路，以使該永磁馬 達的該量測轉速與該指定轉速相同；及一滑模估測模組，該滑模估測模組電連接該驅動 電路、該位置感測器及該直接轉矩控制模組，該滑模估測模組根據該驅動電路的該等相 位電流及該位置感測器的該霍爾訊號以計算出該等預測定子磁通量，並再根據該等預測 定子磁通量計算出複數個預測相位電流，且再根據該等相位電流與該等預測相位電流的 多個電流差值來修正該等預測定子磁通量。 2. 如申請專利範圍第 1 項所述之永磁馬達控制系統，其中，該直接轉矩控制模組電連接該 滑模估測模組，該直接轉矩控制模組根據修正後的該等預測定子磁通量及該轉矩命令計 算一命令轉矩角，且根據修正後的該等預測定子磁通量及該估測轉矩計算一估測轉矩 角，並計算該命令轉矩角與該估測轉矩角的一轉矩角差值，該空間電壓向量調變模組將 該轉矩角差值做為輸出該第一控制信號的角度補償。 7269
-3. 如申請專利範圍第 1 項所述之永磁馬達控制系統，其中，該直接轉矩控制模組內部儲存 一開關向量決定表，該開關向量決定表紀錄多個直接轉矩控制區間、對應每一直接轉矩 控制區間的一正轉矩差、一負轉矩差，及分別對應該等直接轉矩控制區間的正、負轉矩 差的多個空間向量調變區間，該直接轉矩控制模組根據該霍爾訊號及該轉矩差在該開關 向量決定表中進行查表，以找到對應的一空間向量調變區間，並據此產生該第二控制信 號，該空間電壓向量調變模組內部儲存一空間向量調變區間控制表，該空間向量調變區 間控制表紀錄多個空間向量調變區間，及分別對應該等空間向量調變區間的多個控制電 壓向量指示，該空間電壓向量調變模組接收該第二控制信號，並根據該第二控制信號查 表找到對應的該控制電壓向量指示。 4. 如申請專利範圍第 1 項所述之永磁馬達控制系統，其中，任二該等位置感測元件之間以 該轉子的中心為中心而夾一更新角度，該轉子每旋轉該更新角度後，該等位置感測元件 更新感測該等磁鐵所對應的該等定位。 5. 如申請專利範圍第 1 項所述之永磁馬達控制系統，其中，所述位置感測元件為一霍爾元 件。 6. 一種永磁馬達控制方法，由一永磁馬達控制系統執行，該永磁馬達控制系統適用於驅動 一永磁馬達，該永磁馬達包含一定子、一轉子及設置於該轉子的複數個磁鐵，且該方法 包含以下步驟：(A)藉由該永磁馬達控制系統偵測該等磁鐵轉動時所對應的多個定位以產 生一霍爾訊號，並根據該霍爾訊號計算該永磁馬達的一量測轉速；(B)藉由該永磁馬達控 制系統根據該等相位電流及該霍爾訊號以計算出該等預測定子磁通量，並再根據該等預 測定子磁通量計算出複數個預測相位電流，且再根據該等相位電流與該等預測相位電流 的多個電流差值來修正該等預測定子磁通量；(C)藉由該永磁馬達控制系統根據該量測轉 速與預設該永磁馬達的一指定轉速的一差值計算出一轉矩命令，且根據複數個預測定子 磁通量及感測該永磁馬達的複數個相位電流計算出一估測轉矩，並根據該轉矩命令與該 估測轉矩的一轉矩差及該霍爾訊號產生一第二控制信號；(D)藉由該永磁馬達控制系統根 據該第二控制信號產生對應一控制電壓向量指示的一第一控制信號；及(E)藉由該永磁馬 達控制系統根據該第一控制信號產生複數個電壓向量以驅動該永磁馬達運轉，以使該永 磁馬達的該量測轉速與該指定轉速相同。 7. 如申請專利範圍第 6 項所述之永磁馬達控制方法，在該步驟(D)和該步驟(E)之間還包含 一步驟(F)，(F)藉由該永磁馬達控制系統根據修正後的該等預測定子磁通量及該轉矩命令 計算一命令轉矩角，且根據修正後的該等預測定子磁通量及該估測轉矩計算一估測轉矩 角，並計算該命令轉矩角與該估測轉矩角的一轉矩角差值，且將該轉矩角差值做為輸出 該第一控制信號的角度補償。 8. 如申請專利範圍第 6 項所述之永磁馬達控制方法，其中，該永磁馬達控制系統內部儲存 一開關向量決定表及一空間向量調變區間控制表，該開關向量決定表紀錄多個直接轉矩 控制區間、對應每一直接轉矩控制區間的一正轉矩差、一負轉矩差，及分別對應該等直 接轉矩控制區間的正、負轉矩差的多個空間向量調變區間，該永磁馬達控制系統根據該 霍爾訊號及該轉矩差在該開關向量決定表中進行查表，以找到對應的一空間向量調變區 間，並據此產生該第二控制信號，該空間向量調變區間控制表紀錄多個空間向量調變區 間，及分別對應該等空間向量調變區間的多個控制電壓向量指示，該永磁馬達控制系統 根據該第二控制信號查表找到對應的該控制電壓向量指示。 圖式簡單說明 [第一圖]是一方塊圖，說明本發明永磁馬達控制系統的一實施例。 [第二圖]是一示意圖，說明該實施例的一位置感測器設置在一永磁馬達。 (2) 7270
-[第三圖]是一示意圖，說明該實施例計算的一霍爾訊號與該永磁馬達旋轉的一旋轉角度關 係。 [第四圖]是一電路圖，說明該實施例的一驅動電路。 [第五圖]是一示意圖，說明該實施例的空間向量分布圖。 [第六圖]是一示意圖，說明該實施例計算的該霍爾訊號與三相開關的導通時間的關係。 [第七圖]是一波形圖，說明該實施例計算的該霍爾訊號與反電動式的對應關係。 [第八圖]是一波形圖，說明該實施例計算的該霍爾訊號與磁通的對應關係。 [第九圖]是一示意圖，說明該永磁馬達在每安培電流最大轉矩的情況下，該永磁馬達的轉 矩與一定子的磁通的關係。 [第十圖]是一示意圖，說明該永磁馬達在最大電流限制的情況下，該永磁馬達的轉矩與該 定子的磁通的關係。 [第十一圖]是一示意圖，說明該永磁馬達在每安培電流最大轉矩及最大電流限制的情況 下，該永磁馬達的該定子的磁通與一轉矩角的關係。 [第十二圖]是一示意圖，說明該實施例的一開關向量決定表及一空間向量調變區間控制表 結合之區間判斷。 [第十三圖]是一方塊圖，說明該實施例的一滑模估測模組的內部方塊。 [第十四圖]是一流程圖，說明該實施例執行的一永磁馬達控制方法。 7271
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