CN112448644B - 电动机控制器与电动机控制方法 - Google Patents

电动机控制器与电动机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动机控制方法，所述方法包括：从转速控制器接收多个电压控制信号，以输出多个PWM信号；接收所述多个PWM信号，以输出三相电流，以使电动机转动；感测所述三相电流的三相电流值；根据所述三相电流值中的二者来直接计算所述电动机的实际转子角度；以及根据期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，以使所述电动机的实际转子速度到达期望转子速度。

Description

电动机控制器与电动机控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，尤其涉及一种适用于无地址传感器的三相交流电动机的电动机控制器与其所使用的电动机控制方法。
背景技术
在传统的三相交流电动机控制方法中，若要获得电动机当前的转子角度(转子地址/位置)以进行对三相交流电动机的转子转速进行调整，传统方法大多会使用转子地址传感器(亦称，转子角度传感器或地址传感器)来直接感测三相交流电动机的转子角度，进而使用所获得的转子角度来进行转速的反馈控制。但，上述传统方法会造成了三相交流电动机(或用以控制三相交流电动机的电动机控制器)因需要设置转子角度传感器(如，编码器、旋转变压器或霍尔传感器)，导致了整体的成本增加。
因此，有其他传统方式会尝试在不使用转子角度传感器的情况下来估测三相交流电动机的实际转子角度。现有的估测算法有滑差控制、高频注入法、低频注入法、反电动势观测法。然而，上述的方法需设置复杂的运算单元并且还需要针对三相交流电动机与所述算法相关的规格参数来设计所述运算单元。换言之，目前现有的传统估测算法依然不能有效地降低成本，且因需针对所对应的三相交流电动机另外进行客制化的设计而降低了应用的广度。
基此，要如何利用较先进且较有扩展性的估测方式，以在不使用转子角度传感器的情况下，来计算出任何规格的三相交流电动机的实际转子角度，为本领域人员致力发展的目标。
该背景技术部分只是用来帮助了解本发明内容，因此在该背景技术部分所揭示的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中技术人员所知道的现有技术。在该背景技术部分所揭示的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种电动机控制器与电动机控制方法，可直接使用所述三相交流电动机的三相电流值来计算所述三相交流电动机的所述转子角度。
本发明的一实施例提供适用于控制三相交流电动机的一种电动机控制器，其中所述三相交流电动机不具有用以感测所述三相交流电动机的实际转子角度的转子角度传感器。所述电动机控制器包括：转速控制器、脉冲宽度调变(PWM)电路单元、逆变器、电流感测电路以及转子角度计算电路。所述脉冲宽度调变(PWM)电路单元用以从所述三相交流电动机的转速控制器接收多个电压控制信号，以输出多个PWM信号。所述逆变器用以接收所述多个PWM信号，以输出三相电流至所述三相交流电动机的三个定子绕组，以使所述三相交流电动机转动。所述电流感测电路电性连接至所述逆变器，并且所述电流感测电路用以感测被输出至所述三个定子绕组的所述三相电流的三相电流值，其中所述三相电流彼此具有120度的相位差，其中所述三相电流值包括U相电流值、V相电流值与W相电流值。所述转子角度计算电路用以直接根据所述三相电流值中的二者来计算所述三相交流电动机的所述实际转子角度。此外，所述转速控制器用以根据所述期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，以使所述三相交流电动机的实际转子速度到达所述期望转子速度。
本发明的一实施例提供适用于控制三相交流电动机的一种电动机控制方法，其中所述三相交流电动机不具有用以感测所述三相交流电动机的实际转子角度的转子角度传感器。所述方法包括：经由所述三相交流电动机的脉冲宽度调变(PWM)电路单元，从所述三相交流电动机的转速控制器接收多个电压控制信号，以输出多个PWM信号；经由所述三相交流电动机的逆变器，接收所述多个PWM信号，以输出三相电流至所述三相交流电动机的三个定子绕组，以使所述三相交流电动机转动；经由所述三相交流电动机的电流感测电路，感测被输出至所述三个定子绕组的所述三相电流的三相电流值，其中所述三相电流彼此具有120度的相位差，其中所述三相电流值包括U相电流值、V相电流值与W相电流值，其中所述电流感测电路电性连接至所述逆变器；经由所述三相交流电动机的转子角度计算电路，直接根据所述三相电流值中的二者来计算所述三相交流电动机的所述实际转子角度；以及经由所述三相交流电动机的所述转速控制器，根据所述期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，以使所述三相交流电动机的实际转子速度到达所述期望转子速度。
基于上述，本发明的实施例的电动机控制器与电动机控制方法，可在不利用转子角度传感器来直接感测三相交流电动机的实际转子角度的情况下，直接使用所述三相交流电动机的三相电流值来计算所述三相交流电动机的实际转子角度，以根据所述期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，进而使所述三相交流电动机的实际转子速度到达所述期望转子速度。如此一来，可在减少转子角度传感器的硬件成本的情况下，依然可以有效地通过所计算的实际转子角度来控制所述三相交流电动机的实际转子速度，进而增强了所述三相交流电动机的效能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的第一实施例所示出的一种电动机控制器的方块示意图；
图2是依照本发明的第一实施例所示出的一种电动机控制方法的流程图；
图3是依照本发明的第一实施例所示出的一种转速控制器的方块示意图；
图4是依照本发明的第一实施例所示出的一种电动机控制器的***架构示意图；
图5是依照本发明的第一实施例所示出的三相电流的向量示意图；
图6A～图6C是依照本发明的第一实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图；
图7A～图7C是依照本发明的第二实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图；
图8A～图8C是依照本发明的第三实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图；
图9A～图9C是依照本发明的第四实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图。
附图标号说明：
1：电动机
10(1)～10(3)：定子绕组
20：电动机控制器
210：转速控制器
220：PWM电路单元
230：逆变器
240：电流感测电路
250：转子角度计算电路
U、V、W：三相电流
2101：转子速度计算电路
2102：三角函数电路
2103、2104、2105：PI控制器
2106：派克反变换单元
2107：克拉克反变换单元
2108：克拉克变换单元
2109：派克变换单元
Iu、Iv、Iw：三相电流值
θe：实际转子角度
S21、S22、S23、S24、S25：电动机控制方法的流程步骤
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[第一实施例]
图1是依照本发明的第一实施例所示出的一种电动机控制器的方块示意图。请参照图1，在本实施例中，电动机控制器20电性连接至电动机1，并且用以控制电动机1。所述电动机控制器20包括转速控制器210、脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)电路单元220、逆变器(Inverter)(亦称，换流器)230、电流感测电路240以及转子角度计算电路250。所述电动机1包括定子绕组10(1)～10(3)，所述定子绕组10(1)～10(3)接收电动机控制器20所输出的三相电流U、V、W以改变电动机1的磁场向量，进而使电动机1的转子转动。应注意的是，在本实施例中，所述电动机1为三相交流电动机，且所述电动机1与所述电动机控制器210皆不具有用以直接感测电动机1的转子角度/转子地址的转子角度传感器/转子地址传感器。以下利用图2～图4来说明电动机控制器20各元件的功能与交互运作。
图2是依照本发明的第一实施例所示出的一种电动机控制方法的流程图。图3是依照本发明的第一实施例所示出的一种转速控制器的方块示意图。图4是依照本发明的第一实施例所示出的一种电动机控制器的***架构示意图。
请参照图2与图4，在步骤S21中，经由所述电动机控制器的脉冲宽度调变(PWM)电路单元220，从所述电动机控制器的转速控制器210接收多个电压控制信号va*～vc*，以输出多个PWM信号PWM1～PWM6。
具体来说，所述转速控制器210会接收一个预设的期望转子速度ωr*，所述期望转子速度ωr*可基于所述转速控制器210所接收到的转速指令而被设定。以下利用图3来说明所述转速控制器210的运作细节。
请参照图3，在本实施例中，转速控制器210包括转子速度计算电路2101、三角函数电路2102、第一比例积分(PI)控制器2103、第二PI控制器2104、第三PI控制器2105、派克反变换(Park Inverse Transform)单元2106、克拉克反变换(Clark Inverse Transform)单元2107、派克变换(Park Transform)单元2109、克拉克变换(Clark Transform)单元2108。
所述转子速度计算电路，用以对实际转子角度θe来执行微分运算以获得所述三相交流电动机的所述实际转子速度ωr。
所述三角函数电路2102用以根据所述实际转子角度θe来计算所述实际转子角度θe的正弦函数sinθe与所述实际转子角度的余弦函数cosθe。所述三角函数电路2102例如是应用CORDIC算法的可程序化电路单元。在一实施例中，所述转速控制器210亦可不设置所述三角函数电路2102，经由查表的方式来获得所述实际转子角度θe的正弦函数sinθe与所述实际转子角度的余弦函数cosθe。
在本实施例中，输入至定子绕组的电流的向量可以用“d,q”轴的坐标***来定义，其中场磁链的电流分量对正d轴(direct)(亦称，D轴)，而转矩的电流分量对正q轴(quadrature)(亦称，Q轴)。电动机的“d,q”轴坐标可以对应“a,b,c”三相的弦波***。而“d,q”轴的电流向量一般可以个别用PI控制器进行控制，也就是没有微分(D)单元的PID控制器。
所述克拉克变换单元2108与所述克拉克反变换单元2107为分别用以进行克拉克变换运算与克拉克反变换运算的计算电路单元。所述克拉克变换运算用以将对应“a,b,c”三相的坐标系的向量转换至对应“α,β”二相的坐标系的向量。所述克拉克反变换运算用以将对应“α,β”二相的坐标系的向量转换至对应“a,b,c”三相的坐标系的向量。
所述派克变换单元2109与所述派克反变换单元2106为分别用以进行派克变换运算与派克反变换运算的计算电路单元。所述派克变换运算用以将对应“α,β”二相的坐标系的向量转换至对应“d,q”二相的坐标系的向量。所述派克反变换运算用以将对应“d,q”二相的坐标系的向量转换至对应“α,β”二相的坐标系的向量。
上述克拉克变换运算、克拉克反变化运算、派克变换运算与派克反变换运算为本领域人员常用的技术手段，细节不赘述于此。
所述第一比例积分(Proportional Integral,PI)控制器2103用以根据被输入的所述期望转子速度ωr*与所计算的所述转子速度ωr来输出Q轴电流控制信号iqs*。所述第二PI控制器2104，用以根据所述Q轴电流控制信号iqs*与Q轴电流反馈信号iqs来计算Q轴电压控制信号vqs*。所述第三PI控制器2105用以根据预设D轴电流控制信号ids*与D轴反馈信号ids来计算D轴电压控制信号vds*。厂商可根据需求自行设定预设D轴电流控制信号ids*。
所述转速控制器210(派克反变换单元2106)根据所述实际转子角度的所述正弦函数sinθe与所述余弦函数cosθe、所述Q轴电压控制信号vqs*以及所述D轴电压控制信号vds*来进行派克反变换(Park inverse transform)运算，以获得第一电压控制信号vα*与第二电压控制信号vβ*。
所述转速控制器210(克拉克反变换单元2107)根据所述第一电压控制信号vα*与所述第二电压控制信号vβ*来进行克拉克反变换运算，以获得第三电压控制信号va*、第四电压控制信号vb*与第五电压控制信号vc*，其中所述第三电压控制信号va*、所述第四电压控制信号vb*与所述第五电压控制信号vc*传送给所述PWM电路单元220。
所述转速控制器(克拉克变换单元2108)根据三相电流值Iu、Iv、Iw来进行克拉克变换运算(Clark Transform)，以获得第一电流反馈信号iα与第二电流反馈信号iβ。
所述转速控制器(派克变换单元2109)根据第一电流反馈信号iα与第二电流反馈信号iβ来进行派克变换运算(Park transform)，以获得所述D轴电流反馈信号ids与所述Q轴电流反馈信号iqs。
请再回到图2，在步骤S22中，经由所述电动机控制器20的逆变器230，接收所述多个PWM信号PWM1～PWM6，以输出三相电流U、V、W至所述三相交流电动机的三个定子绕组10(1)～10(3)，以使所述三相交流电动机1转动。
在步骤S23中，经由所述电动机控制器20的电流感测电路240，感测被输出至所述三个定子绕组10(1)～10(3)的所述三相电流U、V、W的三相电流值Iu、Iv、Iw，其中所述电流感测电路240电性连接至所述逆变器230。所述电流感测电路240例如是包含单电阻电流反馈电路、双电阻电流反馈电路或是三电阻电流反馈电路的电路单元。
值得一提的是，关于所述脉冲宽度调变(PWM)电路单元220、逆变器230、电流感测电路240的详细电路架构非本发明的重点，亦为本领域人员的常用技术手段，相关细节不再赘述于此。
在步骤S24中，经由所述电动机控制器20的转子角度计算电路250，根据所述三相电流值Iu、Iv、Iw中的二者来直接计算所述三相交流电动机1的所述实际转子角度θe。
具体来说，在本实施例中，转子角度计算电路250例如是用以实施转子角度计算算法的特殊应用集成电路、可程序化处理器或微处理器。在第一实施例中的转子角度计算算法经由下列公式(1-1)、(1-2)、(1-3)来定义所述三相电流值Iu、Iv、Iw与所述实际转子角度θe的关系。
Iu＝sinθe (1-1)
Figure BDA0002388843950000051
Figure BDA0002388843950000052
θe为所述实际转子角度，单位为度(degree)；Iu为所述U相电流值、Iv为所述V相电流值、Iw为所述W相电流值，单位为安培(A)。
图5是依照本发明的第一实施例所示出的三相电流的向量示意图。请参照图5，假设U相电流以sinθe呈现，则V相电流落后U相电流120度，并且W相电流落后U相电流240度。
接着，通过上述所定义的关系，可利用所述三相电流值Iu、Iv、Iw中的其中两个电流值来推导出用以计算实际转子角度θe的公式。应注意的是，详细推导过程非本发明的重点，不赘述于此。
例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述V相电流值Iv经由下列公式(1-4)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000053
图6A～图6C是依照本发明的第一实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图。请参照图6A，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(1-4)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)，反向单元(INV)与反正切单元(arctan)来被实作。具体来说，所述V相电流值Iv乘以2后再加上所述U相电流值Iu得到2Iv+Iu；2Iv+Iu除以U相电流值Iu得到
Figure BDA0002388843950000054
Figure BDA0002388843950000055
乘以
Figure BDA0002388843950000056
得到
Figure BDA0002388843950000057
Figure BDA0002388843950000058
经反向后得到
Figure BDA0002388843950000059
Figure BDA0002388843950000061
经反正切后得到实际转子角度θe。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述V相电流值IV与所述W相电流值Iw经由下列公式(1-5)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000062
请参照图6B，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(1-5)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，减法单元(SUB)，除法单元(DIV)与反正切单元(arctan)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述W相电流值Iw经由下列公式(1-6)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000063
请参照图6C，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(1-6)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)与反正切单元(arctan)来被实作。
请再回到图2，在获得所述实际转子角度后，接着，在步骤S25，经由所述电动机控制器20的所述转速控制器210，根据所述期望转子速度ωr*与所计算的所述实际转子角度θe来调整所输出的所述多个电压控制信号va*～vc*，以使所述三相交流电动机的实际转子速度ωr到达所述期望转子速度ωr*。
具体来说，在获得所述实际转子角度θe，所述转子速度计算电路2101可根据依据时间先后所连续得到的多个所述实际转子角度θe来进行微分运算，以求出实际转子速度ωr。如此一来，所述实际转子速度ωr被视为反馈的转子速度，以让所述转速控制器210来调整所输出的多个电压控制信号va*～vc*，进而让所述实际转子速度ωr逐渐接近所述期望转子速度ωr*。
[第二实施例]
第二实施例与第一实施例不同之处在于转子角度计算电路250的实作方式。其他硬件元件与第一实施例相同，不再赘述于此。
具体来说，在第二实施例中的实作于转子角度计算电路250的转子角度计算算法经由下列公式(2-1)、(2-2)、(2-3)来定义所述三相电流值Iu、Iv、Iw与所述实际转子角度θe的关系。
Iu＝sinθe (2-1)
Figure BDA0002388843950000064
Figure BDA0002388843950000065
θe为所述实际转子角度，单位为度(degree)；Iu为所述U相电流值、Iv为所述V相电流值、Iw为所述W相电流值，单位为安培(A)。
相似地，通过上述所定义的关系，可利用所述三相电流值Iu、Iv、Iw中的其中两个电流值来推导出用以计算实际转子角度θe的公式。
例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述V相电流值Iv经由下列公式(2-4)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000066
图7A～图7C是依照本发明的第二实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图。请参照图7A，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(2-4)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述V相电流值IV与所述W相电流值Iw经由下列公式(2-5)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000071
请参照图7B，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(2-5)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，减法单元(SUB)，除法单元(DIV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述W相电流值Iw经由下列公式(2-6)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000072
请参照图7C，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(2-6)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)，反向单元(INV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
[第三实施例]
第三实施例与第一实施例不同之处在于转子角度计算电路250的实作方式。其他硬件元件与第一实施例相同，不再赘述于此。
具体来说，在第三实施例中的实作于转子角度计算电路250的转子角度计算算法经由下列公式(3-1)、(3-2)、(3-3)来定义所述三相电流值Iu、Iv、Iw与所述实际转子角度θe的关系。
Iu＝cosθe (3-1)
Figure BDA0002388843950000073
Figure BDA0002388843950000074
θe为所述实际转子角度，单位为度(degree)；Iu为所述U相电流值、Iv为所述V相电流值、Iw为所述W相电流值，单位为安培(A)。
相似地，通过上述所定义的关系，可利用所述三相电流值Iu、Iv、Iw中的其中两个电流值来推导出用以计算实际转子角度θe的公式。
例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述V相电流值Iv经由下列公式(3-4)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000075
图8A～图8C是依照本发明的第三实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图。请参照图8A，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(3-4)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述V相电流值IV与所述W相电流值Iw经由下列公式(3-5)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000076
请参照图8B，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(3-5)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，减法单元(SUB)，除法单元(DIV)，反向单元(INV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述W相电流值Iw经由下列公式(3-6)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000077
请参照图8C，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(3-6)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)，反向单元(INV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
[第四实施例]
第四实施例与第一实施例不同之处在于转子角度计算电路250的实作方式。其他硬件元件与第一实施例相同，不再赘述于此。
具体来说，在第四实施例中的实作于转子角度计算电路250的转子角度计算算法经由下列公式(4-1)、(4-2)、(4-3)来定义所述三相电流值Iu、Iv、Iw与所述实际转子角度θe的关系。
Iu＝cosθe (4-1)
Figure BDA0002388843950000081
Figure BDA0002388843950000082
θe为所述实际转子角度，单位为度(degree)；Iu为所述U相电流值、Iv为所述V相电流值、Iw为所述W相电流值，单位为安培(A)。
相似地，通过上述所定义的关系，可利用所述三相电流值Iu、Iv、Iw中的其中两个电流值来推导出用以计算实际转子角度θe的公式。
例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述V相电流值Iv经由下列公式(4-4)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000083
图9A～图9C是依照本发明的第四实施例所示出的一种转子角度计算电路的方块示意图。请参照图9A，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(4-4)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)，反向单元(INV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述V相电流值IV与所述W相电流值Iw经由下列公式(4-5)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000084
请参照图9B，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(4-5)经由使用加法单元(ADD)，减法单元(SUB)，除法单元(DIV)，反向单元(INV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
又例如，所述转子角度计算电路250可直接根据所述U相电流值Iu与所述W相电流值Iw经由下列公式(4-6)来计算所述实际转子角度θe：
Figure BDA0002388843950000085
请参照图9C，所述转子角度计算电路250可根据上述公式(4-6)经由使用乘法单元(Multi)，加法单元(ADD)，除法单元(DIV)与反正切单元(arctan，tan-1)来被实作。
综上所述，本发明的实施例的电动机控制器与电动机控制方法，可在不利用转子角度传感器来直接感测三相交流电动机的实际转子角度的情况下，直接使用所述三相交流电动机的三相电流值来计算所述三相交流电动机的实际转子角度，以根据所述期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，进而使所述三相交流电动机的实际转子速度到达所述期望转子速度。如此一来，可在减少转子角度传感器的硬件成本的情况下，依然可以有效地通过所计算的实际转子角度来控制所述三相交流电动机的实际转子速度，进而增强了所述三相交流电动机的效能。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种电动机控制器，适用于控制三相交流电动机，其中所述电动机控制器与所述三相交流电动机皆不具有用以感测所述三相交流电动机的实际转子角度的转子角度传感器，所述电动机控制器包括：
转速控制器；
脉冲宽度调变电路PWM单元，用以从所述电动机控制器所述转速控制器接收多个电压控制信号，以输出多个PWM信号，
逆变器，用以接收所述多个PWM信号，以输出三相电流至所述三相交流电动机的三个定子绕组，以使所述三相交流电动机转动，
电流感测电路，其中所述电流感测电路电性连接至所述逆变器，其中所述电流感测电路用以感测被输出至所述三个定子绕组的所述三相电流的三相电流值，其中所述三相电流彼此具有120度的相位差，其中所述三相电流值包括U相电流值、V相电流值与W相电流值；以及
转子角度计算电路，用以根据所述三相电流值中的二者来直接计算所述三相交流电动机的所述实际转子角度，
其中所述转速控制器用以根据期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，以使所述三相交流电动机的实际转子速度到达所述期望转子速度，其中所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值
根据下列公式(1)、(2)、(3)定义：
Iu＝sinθe (1)
Figure FDA0003617826670000011
Figure FDA0003617826670000012
根据下列公式(7)、(8)、(9)定义：
Iu＝sinθe (7)
Figure FDA0003617826670000013
Figure FDA0003617826670000014
根据下列公式(13)、(14)、(15)定义：
Iu＝cosθe (13)
Figure FDA0003617826670000015
Figure FDA0003617826670000016
或根据下列公式(19)、(20)、(21)定义：
Iu＝cosθe (19)
Figure FDA0003617826670000017
Figure FDA0003617826670000018
其中θe为所述实际转子角度，单位为度；Iu为所述U相电流值、Iv为所述V相电流值、Iw为所述W相电流值，单位为安培，其中
在所述转子角度计算电路根据所述三相电流值计算所述三相交流电动机的所述实际转子角度的运作中，
若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(1)、(2)、(3)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述V相电流值经由下列公式(4)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000021
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(13)、(14)、(15)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述V相电流值经由下列公式(16)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000022
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(19)、(20)、(21)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述V相电流值经由下列公式(22)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000023
2.根据权利要求1所述的电动机控制器，其中所述电动机控制器还包括：
转子速度计算电路，用以对所述实际转子角度来执行微分运算以获得所述三相交流电动机的所述实际转子速度；以及
三角函数电路，用以根据所述实际转子角度来计算所述实际转子角度的正弦函数与所述实际转子角度的余弦函数。
3.根据权利要求2所述的电动机控制器，其中所述转速控制器还包括：
第一比例积分(Proportional Integral,PI)控制器，用以根据被输入的所述期望转子速度与所计算的所述转子速度来输出Q轴电流控制信号；
第二PI控制器，用以根据所述Q轴电流控制信号与Q轴电流反馈信号来计算Q轴电压控制信号；
第三PI控制器，用以根据预设D轴电流控制信号与D轴电流反馈信号来计算D轴电压控制信号。
4.根据权利要求3所述的电动机控制器，其中
所述转速控制器根据所述实际转子角度的所述正弦函数与所述余弦函数、所述Q轴电压控制信号以及所述D轴电压控制信号来进行派克反变换运算，以获得第一电压控制信号与第二电压控制信号，
其中所述转速控制器根据所述第一电压控制信号与所述第二电压控制信号来进行克拉克反变换运算，以获得第三电压控制信号、第四电压控制信号与第五电压控制信号，其中所述第三电压控制信号、所述第四电压控制信号与所述第五电压控制信号传送给所述PWM电路单元。
5.根据权利要求3所述的电动机控制器，其中
所述转速控制器根据所述三相电流值来进行克拉克变换运算，以获得第一电流反馈信号与第二电流反馈信号，
其中所述转速控制器根据所述第一电流反馈信号与所述第二电流反馈信号来进行派克变换运算，以获得所述D轴电流反馈信号与所述Q轴电流反馈信号。
6.根据权利要求1所述的电动机控制器，其中在所述转子角度计算电路直接根据所述三相电流值中的所述二者来计算所述三相交流电动机的实际转子角度的运作中，
若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(1)、(2)、(3)被定义，所述转子角度计算电路还直接根据所述V相电流值与所述W相电流值经由下列公式(5)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000031
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(7)、(8)、(9)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述V相电流值与所述W相电流值经由下列公式(11)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000032
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(13)、(14)、(15)被定义，所述转子角度计算电路还直接根据所述V相电流值与所述W相电流值经由下列公式(17)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000033
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(19)、(20)、(21)被定义，所述转子角度计算电路还直接根据所述V相电流值与所述W相电流值经由下列公式(23)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000034
7.根据权利要求1所述的电动机控制器，其中在所述转子角度计算电路直接根据所述三相电流值中的所述二者来计算所述三相交流电动机的实际转子角度的运作中，
若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(1)、(2)、(3)被定义，所述转子角度计算电路还直接根据所述U相电流值与所述W相电流值经由下列公式(6)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000035
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(7)、(8)、(9)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述W相电流值经由下列公式(12)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000036
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(13)、(14)、(15)被定义，所述转子角度计算电路还直接根据所述U相电流值与所述W相电流值经由下列公式(17)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000037
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(19)、(20)、(21)被定义，所述转子角度计算电路还直接根据所述U相电流值与所述W相电流值经由下列公式(24)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000038
8.一种电动机控制方法，适用于电动机控制器控制三相交流电动机，其中所述电动机控制器与所述三相交流电动机皆不具有用以感测所述三相交流电动机的实际转子角度的转子角度传感器，所述方法包括：
经由所述电动机控制器的脉冲宽度调变电路PWM单元，从所述电动机控制器的转速控制器接收多个电压控制信号，以输出多个PWM信号；
经由所述电动机控制器的逆变器，接收所述多个PWM信号，以输出三相电流至所述三相交流电动机的三个定子绕组，以使所述三相交流电动机转动；
经由所述电动机控制器的电流感测电路，感测被输出至所述三个定子绕组的所述三相电流的三相电流值，其中所述三相电流彼此具有120度的相位差，其中所述三相电流值包括U相电流值、V相电流值与W相电流值，其中所述电流感测电路电性连接至所述逆变器；
经由所述电动机控制器的转子角度计算电路，根据所述三相电流值中的二者来直接计算所述三相交流电动机的所述实际转子角度；以及
经由所述电动机控制器的所述转速控制器，根据期望转子速度与所计算的所述实际转子角度来调整所输出的所述多个电压控制信号，以使所述三相交流电动机的实际转子速度到达所述期望转子速度，其中所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值
根据下列公式(1)、(2)、(3)定义：
Iu＝sinθe (1)
Figure FDA0003617826670000041
Figure FDA0003617826670000042
根据下列公式(7)、(8)、(9)定义：
Iu＝sinθe (7)
Figure FDA0003617826670000043
Figure FDA0003617826670000044
根据下列公式(13)、(14)、(15)定义：
Iu＝cosθe (13)
Figure FDA0003617826670000045
Figure FDA0003617826670000046
或根据下列公式(19)、(20)、(21)定义：
Iu＝cosθe (19)
Figure FDA0003617826670000047
Figure FDA0003617826670000048
其中θe为所述实际转子角度，单位为度；Iu为所述U相电流值、Iv为所述V相电流值、Iw为所述W相电流值，单位为安培，其中
在所述转子角度计算电路根据所述三相电流值计算所述三相交流电动机的所述实际转子角度的运作中，
若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(1)、(2)、(3)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述V相电流值经由下列公式(4)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000051
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(13)、(14)、(15)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述V相电流值经由下列公式(16)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000052
其中若所述U相电流值、所述V相电流值与所述W相电流值根据公式(19)、(20)、(21)被定义，所述转子角度计算电路直接根据所述U相电流值与所述V相电流值经由下列公式(22)来计算所述实际转子角度：
Figure FDA0003617826670000053
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