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內藏型永磁同步馬達無轉軸偵測元件控制晶片研製
Design and Implementation of a Shaft Sensorless Control IC for Interior Permanent Magnet
Synchronous Motors
計畫編號: NSC 97-2221-E-236-012-
執行期限:97 年 8月 1日至 98 年 7月 31日
主持人:林明贊 東南科技大學
一、 摘要
本計畫旨在完成一個不須轉軸位置偵測元件之內 二、 前言
藏型永磁同步馬達系統整合晶片 (SOPC) 。首先本計畫設 就構造上來看,永磁同步馬達的轉子不需繞組與磁
計一種簡單的轉軸角度估測方法,利用馬達的磁阻變化 性材料,可降低製造成本,減少轉子溫升問題;不需碳
特性,依據變頻器的切換狀態,適時量取定子電流的變 刷及換向片,適合高速運轉與多塵易爆的工作環境,不
化值,準確估測馬達轉軸角度。其次,本計畫將根據馬 須更換碳刷;繞組置於定子上,增加永磁同步馬達的冷
達非線性數學模型,應用非線性 H 狀態回授控制法則, 卻效率,不至於造成馬達因溫度升高,而散熱不易,具
建構一非線性 H 有較低的轉子慣量。就控制方面而言,永磁馬達之優勢
速度控制器,該控制器將根據馬達之
轉速命令與實際的轉速與電流狀態,直接計算出所需之 為:在一般應用控制場合中,永磁馬達的工作效率優於
電壓命令,避免傳統採用電流控制迴路所造成之響應延 感應馬達;不需額外控制滑差角度,因而大幅簡化控制
遲問題,以達到快速的暫態響應。最後,本計畫採用 架構的複雜度。針對永磁同步馬達的驅動方式,一般均
Altera FPGA晶片建構本系統之控制器。晶片中包含一個 採用磁場導向向量控制(Field-oriented vector control)技
Nios嵌入式軟核心處理器,與數位硬體電路等兩部分。 術。由於座標轉換時,須回授轉子磁極位置,一般均使
應用 FPGA晶片內部數位邏輯硬體之高速平行處理運算 用旋轉分解器 (resolver)或旋轉編碼器 (encoder)回授轉子
特性,實現脈波寬度調變輸出、座標轉換等單元,並配 位置資訊,但因外加硬體設備一方面增加成本,另一方
合外部之類比 數位轉換器,完成轉軸角度估測器之建/ 面也增加線路的複雜度,且會降低系統的可靠度,因此
構。此外,並將非線性 H 無轉軸位置感測元件控制技術將成為交流馬達驅動的重
速度控制器與參數估測器,
以軟體程式實現,由Nios嵌入式軟核心處理器,負責軟 要發展趨勢 [1]-[2] 。而目前永磁同步馬達的驅動器多半
體程式的運算執行,構成一個功能完整且性能優異的永 使用單晶片或數位信號處理器做為主要控制器,雖然目
磁同步馬達專用控速晶片。 前有許多數位信號處理器的功能適合應用於馬達驅動
關鍵詞: 無轉軸位置偵測元件,內藏型永磁同步馬達, 器,而且價格也日益低廉,但由於控制系統之建構須仰
系統整合晶片,非線性控制。
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