TWI609568B - 馬達控制系統及其方法 - Google Patents

馬達控制系統及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI609568B
TWI609568B TW104142645A TW104142645A TWI609568B TW I609568 B TWI609568 B TW I609568B TW 104142645 A TW104142645 A TW 104142645A TW 104142645 A TW104142645 A TW 104142645A TW I609568 B TWI609568 B TW I609568B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
motor
cycle
rotor
motor control
module
Prior art date
Application number
TW104142645A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201724723A (zh
Inventor
林昭慶
祝林
沈宗毅
Original Assignee
陞達科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 陞達科技股份有限公司 filed Critical 陞達科技股份有限公司
Priority to TW104142645A priority Critical patent/TWI609568B/zh
Priority to CN201611103836.XA priority patent/CN106936343A/zh
Priority to US15/375,175 priority patent/US20170179860A1/en
Publication of TW201724723A publication Critical patent/TW201724723A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI609568B publication Critical patent/TWI609568B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/11—Sinusoidal waveform

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

馬達控制系統及其方法
本發明是關於一種控制方法，特別的是一種能降低馬達運轉噪音的控制系統及其方法。
一般來說，當驅動無刷直流馬達轉動時，必須偵測轉子的位置並透過換相開關的切換進行相位轉換；然而，在馬達驅動時容易因為切換過程造成電流的不穩定，引起馬達共振而導致產生擾人的噪音，進而影響使用上的舒適度。
為此，美國專利US7,009,351號專利便公開一種控制方法，讓馬達在換相時，停止輸出電流，利用慣性讓馬達轉過換相的臨界點。然而，於換相點產生一整段零電流之狀態，會造成單相馬達於換相點附近突然失去驅動能力，雖然可以用剩餘慣性跨越過磁極換相區域，但潛在有馬達速度不穩的的缺點，且需要有一組偵測預先換相的電路。
另外，還有一個美國專利US7,915,843號專利公開一種控制方法在於，讓馬達於換相時輸出較平滑的電流，相同地，這類的控制方法仍是著重於換相點的電流突波的調變，以避免電 流突波所造成的運轉噪音，一樣需要有另一組偵測預先換相的電路。
以上兩種方式僅在解決換相時所產生的電流突波，並無法於運轉時提供更平順的輸出。因此，是否有一種方法可以在不採用上述急速關閉電流的方式下，能夠，進而在運轉全週期具有更平順的電流波形，來降低馬達運轉的噪音問題。
有鑒於上述之缺失與動機，本發明人亟盡思量終於開發出本發明。本發明的一範疇在於提供一種馬達控制系統與方法，其透過運轉全週期脈衝寬度調變(Pulse-Width Modulation,PWM)驅動的方式，利用電感效應來輸出更平順更接近的正弦(Sine)電流波形，以降低馬達運轉的噪音。
根據本發明所揭露之一實施例，一種馬達控制系統包括一感測模組、一控制模組與一脈衝調變訊號模組。感測模組用以偵測一馬達之一轉子的一週期資訊，並輸出一感測訊號。控制模組連結感測模組，透過感測訊號接收轉子的週期資訊，並包括一預設規則。控制模組控制PWM模組(亦即設定duty cycle)，讓PWM輸出對應duty clycle的PWM訊號來驅動馬達。
根據本發明所揭露之另一實施例，一種馬達控制方法包括：偵測一馬達之一轉子的位置訊號，用以取得該轉子之一運轉週期；將該運轉週期切分為多個時序區段(timing segment)；計算該轉子於該運轉週期一個或多個轉速變化量；根據一預設規則，於各該時序區段設定一 脈衝調變訊號(PWM)的佔空比(DUTY CYCLE)；及以該脈衝調變訊號驅動該馬達。
因此，根據上述所揭露之內容，本發明馬達控制系統與方法，透過根據一預設規則與該些轉速變化量，對應各該時序區段以不同的脈衝調變寬度驅動馬達，透過電感效應可以讓馬達輸出更平順更接近的正弦(Sine)電流波形，進而有效地降低馬達運作的噪音。
10‧‧‧感測模組
12‧‧‧控制模組
14‧‧‧脈衝調變訊號模組
16‧‧‧馬達
Vs‧‧‧感測訊號
Vdrive‧‧‧驅動訊號
Icoil‧‧‧線圈電流
Iideal‧‧‧理想電流波形
Vs1‧‧‧第一感測正弦波
Vs2‧‧‧第二感測正弦波
I‧‧‧第一區段
II‧‧‧第二區段
III‧‧‧第三區段
IV‧‧‧第四區段
圖1為本發明馬達控制系統的示意圖。
圖2為根據圖1各訊號相對電流的波形示意圖。
圖3為本發明馬達控制方法的流程圖。
以下僅以實施例來詳細說明本創作。惟以下所述者，僅為本次揭露內容之較佳實施例，當不能用以限定本發明可實施之範圍，凡知悉本案領域具有通常技藝人士所明顯可作的變化與修飾，皆應視為不悖離本發明之實質內容。
請參考圖1及2，圖1為本發明馬達控制系統的示意圖，圖2為根據圖1各訊號相對電流的波形示意圖。於此實施例，馬達控制系統包括一感測模組10、一控制模組12與一脈衝調變訊號模組14。感測模組10用以偵測一馬達16之一轉子的一週期資訊，並輸出一感測訊號Vs。控制模組12連結感測模組10，接收感測訊號Vs的週期資訊，計算該轉子於該轉子一個或多個轉速變化量，並包括一預設規則。控制模組12計算各時間區段應輸出的工作責任區 間Duty，控制該脈衝調變訊號模組14。脈衝調變訊號模組14連結控制模組12，並根據該控制模組計算之結果產生一驅動訊號Vdrive來驅動馬達16，驅動訊號Vdrive經過馬達線圈的電感效應，可產生較為平滑之電流(Icoil)。
於本實施例，預設規則可為一預設目標功率；馬達16可為但不限於一種單相全波型的馬達，此類型的馬達可應用於風扇等負載(圖中未示)，馬達16的線圈電流(Icoil)波形是由驅動訊號Vdrive所控制。
週期資訊，有三種方式：一可用霍爾感測器感測磁場變化；二、感測電流之變化；三、感測反向電動勢等方式，以取得轉子於一運轉週期的的一相位資訊。
其中，霍爾感測器可為藉由磁場轉換效應或無磁場轉換效應的霍爾感測器。
感測模組可用偵測電流之變化偵測換極。
感測模組也可用偵測反向電動勢方式偵測換極。
搭配參考圖2。如圖2所示，當感測模組10取得轉子的週期資訊時，其可取得轉子的運轉週期。當本實施例的馬達16為一單相全波型的馬達時，感測模組10的霍爾感測器會對應轉子先輸出一第一感測正弦波Vs1與一第二感測正弦波Vs2，再透過比較器(或轉換器)對應輸出感測訊號Vs方波，然而，此部份為本案技術領域人士所知悉，於此不加以累述。
控制模組12可根據感測訊號Vs方波取得運轉週期，並藉 由轉子的週期資訊，計算轉子於運轉週期的多個轉速變化量。控制模組12依設計者的需求將一運轉週期切分為多個時序區段(tming segment)。
控制模組12再根據預設的目標功率值(亦即預設規則)與轉速變化量，用以調整驅動訊號Vdrive的佔空比(亦稱工作責任週期，Duty Cycle)。本案技術領域人士所知悉，馬達的輸出功率為轉矩與轉速的乘積，轉矩與轉速的值可以透過轉速變化量得知。因此，簡單的來說，當控制模組12取得轉子週期資訊的感測訊號Vs後，便可以依據轉速變化量給予對應的驅動訊號Vdrive占空比。目標功率值的設定可決定線圈電流Icoil波形的振幅。
以本實施例來說，如圖2所示，一個運轉週期被切分為8個等分的時序區段(各時序區段為45度)，在0~180度的半週相位時序區段(另一半週181~360度為對稱區段)切分了一第一區段I、一第二區段II、一第三區段III與一第四區段IV。當目標功率值為最大輸出功率的60%時，脈衝調變訊號模組14依序給予35%、75%、75%及35%佔空比的脈衝寬度調變訊號(PWM)。
如圖2所示，為了輸出如同正弦(Sine)般的波形(如虛線所示)，當控制模組12計算為了達目標功率值所需的脈衝寬度(佔空比)，依所對應的時序區段令脈衝調變訊號模組14輸出對應的驅動訊號Vdrive，經過線圈之電感效應，線圈電流Icoil波形的輸出波型顯得相當平順與接近正弦波的理想電流波形(Iideal)，有效地達到降低馬達運轉噪音的功效。
然而，上述的實施例並非用以限定一運轉週期僅能切分為8等份的時序區段；舉例來說，半運轉周期可切分為5個時序區段， 脈衝調變訊號模組14依序給予20%、20%、40%、40%及80%佔空比的脈衝寬度調變訊號，另一個對稱的半運轉周期則依序給予80%、40%、40%、20%及20%佔空比的脈衝寬度調變訊號，且各時序區段也可以非等分切割。
請參考圖1至圖3，圖3為本發明馬達控制方法的流程圖。於此實施例，其控制方法應用於圖1所述的馬達控制系統，該控制方法包括：步驟S10偵測一馬達之一轉子的週期資訊，用以取得該轉子之一運轉週期；S12將該運轉週期切分為多個時序區段(timing segment)；S14計算該轉子於該運轉週期一轉速變化量；S16根據估算之運轉週期與一目標功率值與該些轉速變化量，對應各該時序區段設定一脈衝調變訊號的佔空比；及S18以該脈衝調變訊號驅動該馬達。
其中，步驟S10所述之轉子週期資訊的偵測，是透過一霍爾感測器(Hall Sensor)，利用馬達16的電效應，同前面描述。
因此，本發明的馬達控制系統及其方法，其主要透過感測模組偵測出馬達轉子的週期資訊，進一步的估算轉速的變化量，再達成目標輸出功率值的要求下，設定於各時序所需的工作週期(Duty Cycle)，對應輸出脈衝調變訊號來驅動馬達，使得輸出的電流波形顯得相當平順與接近正弦波形，有效地達到降低馬達運轉噪音的功效。

Claims (10)

  1. 一種馬達控制系統，包括：一感測模組，偵測一馬達之一轉子的一週期資訊，並輸出一感測訊號；一控制模組，連結該感測模組，接收該感測訊號的該週期資訊，計算該轉子於一運轉週期的一個或多個轉速變化量，並包括一預設規則；及一脈衝調變訊號模組，連結該控制模組，根據該控制模組的計算結果與該預設規則以輸出一驅動訊號來驅動該馬達，其中該控制模組將該運轉週期切分為複數個時序區段，並依據該預設規則與該轉速變化量，調整該脈衝調變訊號模組輸出之該驅動訊號的佔空比。
  2. 如請求項1所述之馬達控制系統，其中，該馬達的一線圈電流是由該驅動訊號所控制。
  3. 如請求項1所述之馬達控制系統，其中，該感測模組透過該馬達的電感效應，偵測該馬達的一電流或一反向電動勢，以取得該轉子於一運轉週期的的一相位資訊。
  4. 如請求項1所述之馬達控制系統，其中，該感測模組至少包括一霍爾感測器。
  5. 如請求項4所述之馬達控制系統，其中，該霍爾感測器為磁場轉換效應或無磁場轉換效應的霍爾感測器。
  6. 如請求項1所述之馬達控制系統，其中，該預設規則為一目標功率值。
  7. 一種馬達控制方法，包括：偵測一馬達之一轉子的週期資訊，用以取得該轉子之一運轉週期；計算該轉子於該運轉週期一個或多個轉速變化量，得到一估算運轉週期；將該估算運轉週期切分為多個時序區段(timing segment)；根據一預設規則與該些轉速變化量，對應各該時序區段設定一脈衝調變訊號的佔空比；及以該脈衝調變訊號驅動該馬達。
  8. 如請求項7所述之馬達控制方法，其中，該轉子週期資訊的偵測，是透過一霍爾感測器所感測。
  9. 如請求項7所述之馬達控制方法，其中，該轉子週期資訊的偵測，是利用馬達的電桿效應，感測馬達的電流或是反向電動勢，以取得該轉子於一運轉週期的的一相位資訊。
  10. 如請求項7所述之馬達控制方法，其中，該預設規則為一目標功率值。
TW104142645A 2015-12-18 2015-12-18 馬達控制系統及其方法 TWI609568B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104142645A TWI609568B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 馬達控制系統及其方法
CN201611103836.XA CN106936343A (zh) 2015-12-18 2016-12-05 马达控制***及其方法
US15/375,175 US20170179860A1 (en) 2015-12-18 2016-12-12 System and method for controlling motor stability

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW104142645A TWI609568B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 馬達控制系統及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201724723A TW201724723A (zh) 2017-07-01
TWI609568B true TWI609568B (zh) 2017-12-21

Family

ID=59066506

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104142645A TWI609568B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 馬達控制系統及其方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20170179860A1 (zh)
CN (1) CN106936343A (zh)
TW (1) TWI609568B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109004882A (zh) * 2017-11-09 2018-12-14 苏州工业园区艾思科技有限公司 一种提高异步电机驱动效率的控制方法
TWI738573B (zh) * 2020-11-24 2021-09-01 致新科技股份有限公司 馬達控制器
US11658591B2 (en) * 2020-11-26 2023-05-23 Global Mixed-Mode Technology Inc. Motor controller

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201448448A (zh) * 2013-02-20 2014-12-16 Microchip Tech Inc 判定同步馬達轉子之位置的系統及方法
TW201517501A (zh) * 2013-07-22 2015-05-01 Rohm Co Ltd 馬達之驅動裝置、驅動方法及冷卻裝置、電子機器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6392372B1 (en) * 2000-03-31 2002-05-21 Ljm Products, Inc. Brushless DC fan module incorporating integral fan control circuit with a communication port for receiving digital commands to control fan
JP3711102B2 (ja) * 2002-10-30 2005-10-26 三洋電機株式会社 単相モータ駆動装置、単相モータ駆動方法、および集積回路
US7262570B2 (en) * 2005-03-15 2007-08-28 Andigilog, Inc. Motor controller with enhanced noise immunity unbuffered hall sensors
JP5015437B2 (ja) * 2005-08-26 2012-08-29 ローム株式会社 モータ駆動装置、方法およびそれを用いた冷却装置
JP5566044B2 (ja) * 2008-05-22 2014-08-06 ローム株式会社 モータ駆動回路および駆動方法、および波形データの生成方法、それらを利用したハードディスク装置
US8791664B2 (en) * 2010-01-28 2014-07-29 Marvell World Trade Ltd. Systems and methods for adaptive torque adjustment and motor control
TWI488423B (zh) * 2010-03-02 2015-06-11 Agave Semiconductor Llc 利用位置校正脈寬調變之無刷式直流馬達控制方法及其所用之積體電路
TWI473415B (zh) * 2012-04-10 2015-02-11 Padauk Technology Co Ltd 可提高馬達驅動運轉效率之控制器與方法
JP6099148B2 (ja) * 2013-09-04 2017-03-22 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 モータ制御装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201448448A (zh) * 2013-02-20 2014-12-16 Microchip Tech Inc 判定同步馬達轉子之位置的系統及方法
TW201517501A (zh) * 2013-07-22 2015-05-01 Rohm Co Ltd 馬達之驅動裝置、驅動方法及冷卻裝置、電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20170179860A1 (en) 2017-06-22
CN106936343A (zh) 2017-07-07
TW201724723A (zh) 2017-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100791814B1 (ko) 센서리스 비엘디씨 전동기의 제어방법
JP5697745B2 (ja) 同期電動機の駆動システム
US9071172B2 (en) Sine modified trapezoidal drive for brushless DC motors
TWI535187B (zh) 用於改良無感測器無刷直流馬達中的零交叉偵測之方法及配置
US20070001636A1 (en) Torque controller in an electric motor
TWI495253B (zh) 控制無刷直流馬達之低速操作之方法及配置
JP5051226B2 (ja) 擬似電流形１２０度通流インバータ
US8378606B2 (en) Synchronized minimum frequency pulse width modulation drive for sensorless brushless direct current motor
KR102070983B1 (ko) 집적 회로
TWI683528B (zh) 馬達驅動電路及方法
TWI609568B (zh) 馬達控制系統及其方法
JP5278723B2 (ja) モータの制御装置及びモータの制御方法
TWI516015B (zh) 直流馬達控制方法及直流馬達控制電路
JP5790390B2 (ja) 交流モータの制御装置および制御方法
TWI811849B (zh) 用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置
JP6914787B2 (ja) モータ制御用集積回路
US20130307451A1 (en) System and method for sensor-less hysteresis current control of permanent magnet synchronous generators without rotor position information
JP5972545B2 (ja) モータ制御装置
JP2019009964A (ja) モータ制御装置
Wang et al. A commutation optimization strategy for high-speed brushless DC drives with voltage source inverter
KR20150031356A (ko) Bldc 모터 제어 시스템에서 역기전력의 제로 크로싱 지점 판단 기준전압 보상 장치 및 방법
US20220014125A1 (en) Method of controlling a brushless permanent magnet motor
KR100308005B1 (ko) 센서가 없는 비엘디씨(bldc) 모터의 위치감지장치
Bhosale et al. Performance comparison of Two PWM techniques applied to BLDC motor control
KR20190104875A (ko) 모터 제어용 집적 회로