TW201711368A - 運用於伺服馬達系統之控制裝置與相關方法 - Google Patents

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Abstract

一種運用於伺服馬達系統之控制裝置。該控制裝置中，區段參數儲存電路連接至速度疊加電路與脈衝比較電路，且速度轉換電路連接於速度疊加電路與脈衝比較電路之間。速度疊加電路根據目標速度數值與增量來更新現在速度數值。速度轉換電路根據該現在速度數值產生一脈衝調變信號。脈衝比較電路將脈衝調變信號轉換為指令脈衝，並且計數脈衝調變信號所產生的脈衝數目是否到達預設脈衝數目。

Description

運用於伺服馬達系統之控制裝置與相關方法
本發明是有關於一種控制裝置與方法，且特別是有關於一種運用於伺服馬達系統(servo motor system)之控制裝置與相關方法。
眾所周知，由於伺服馬達能夠精準的控制其速度(velocity)與位置(position)，因此現今的自動化工業以及精密加工領域中，伺服馬達是不可或缺的元件。舉例來說，在機械手臂或者機械工作平台領域中，利用多個伺服馬達的組合，更可以讓機械手臂或者機械工作平台進行多維度(dimension)的操作。
請參照第1圖，其所繪示為伺服馬達系統示意圖。伺服馬達系統115包括：驅動器(driver)120、伺服馬達130、光電編碼器(optical encoder)140。
控制裝置110係根據使用者的設定，輸出指令脈衝(command pulses)至伺服馬達系統115，用以進行伺服馬達130的速度與轉向控制。再者，伺服馬達系統115係為一閉迴路控制系統(close-loop control system)。其中，驅動器120根據指令脈衝與回授脈衝(feedback pulses)來產生驅動電流(driving current)至伺服馬達130以控制伺服馬達130的速度與轉向。
再者，光電編碼器140係根據伺服馬達130的速度與轉向產生回授脈衝至驅動器120。當然，光電編碼器140僅是 一種回授元件，也可以由其他裝置所取代，例如解角器(resolver)。
基本上，將第1圖所示的伺服馬達系統115安裝於機械手臂或者機械工作平台後，使用者即可利用控制裝置110輸出指令脈衝至伺服馬達系統115，並使得機械手臂或者機械工作平台進行1個維度的操作。
當然，將三組相同於第1圖的伺服馬達系統安裝於機械手臂或者機械工作平台即可進行三個維度的運作。換言之，利用三個控制裝置分別輸出指令脈衝至對應的伺服馬達系統，即可使得機械手臂或者機械工作平台進行3個維度的操作。
因此，如何能夠即時的輸出指令脈衝，並且正確地控制伺服馬達的速度與位置即為本發明所欲達成的目的。
本發明係有關於一種控制裝置，產生一指令脈衝至一伺服馬達系統，該控制裝置包括：一區段參數儲存電路，儲存多個區段參數，且每一該區段參數包括：一目標速度數值、一增量與一預設脈衝數目，其中當該區段儲存電路輸出一第一區段參數之後，接收到一區段結束信號時，該區段儲存電路輸出一第二區段參數；一速度疊加電路，接收該第二區段參數中的該目標速度數值與該增量並產生一現在速度數值，其中該現在速度數值會由該第一區段參數中的該目標速度數值變化至該第二區段參數中的該目標速度數值；一速度轉換電路，接收該現在速度數值並據以產生一脈衝調變信號；以及一脈衝比較電路，將該脈衝調變信號轉換為該指令脈衝中的一第一信號，其中該脈衝比較電路接收該預設脈衝數目並計數該脈衝調變信號所產生的脈衝數目，當該脈衝調變信號產生的脈衝數目到達該預設脈衝數目時，產生該區段結束信號。
本發明係有關於一種控制方法，用於一控制裝置產生一指令脈衝至一伺服馬達系統，該控制方法包括：(a)根據一區 段結束信號，控制該伺服馬達系統結束一第一區段並開始一第二區段，其中於該第一區段時，根據一第一區段參數產生該指令脈衝，且於該第二區段時，根據一第二區段參數產生該指令脈衝；(b)接收該第二區段參數中的一目標速度數值、一增量與一預設脈衝數目；(c)設定一現在速度數值等於該第一區段參數中的該目標速度數值；(d)判斷一脈衝調變信號產生的脈衝數目是否到達該預設脈衝數目；其中於該脈衝調變信號產生的脈衝數目到達該預設脈衝數目時，結束該第二區段；(e)於該脈衝調變信號產生的脈衝數目尚未到達該預設脈衝數目時，判斷更新的該現在速度數值是否到達該目標速度數值；其中，當該現在速度數值到達該目標速度數值時，回到該步驟(d)；以及(f)當該現在速度數值尚未到達該目標速度數值時，更新該現在速度數值等於該現在速度數值加上一修正增量，其中該修正增量等於該增量乘上一權重；其中，該控制裝置根據該現在速度數值來產生該脈衝調變信號並決定該脈衝調變信號的頻率，且該脈衝調變信號為該指令脈衝中的一第一信號。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
110‧‧‧控制裝置
115‧‧‧伺服馬達系統
120‧‧‧驅動器
130‧‧‧伺服馬達
140‧‧‧光電編碼器
300‧‧‧控制裝置
310‧‧‧速度疊加電路
312、612‧‧‧速度加法器
314、614‧‧‧速度限制器
320‧‧‧速度轉換電路
322‧‧‧PWM產生器
330‧‧‧區段控制電路
332‧‧‧脈衝比較電路
336、800‧‧‧區段參數儲存電路
360‧‧‧伺服馬達系統
371、377‧‧‧計數器
373‧‧‧除法器
375、379‧‧‧比較器
616‧‧‧運算濾波器
618‧‧‧權重對照表
第1圖所繪示為伺服馬達系統示意圖。
第2A圖之脈衝格式係為單一脈衝方向(One Pulse Direction)指令脈衝。
第2B圖之脈衝格式係為A/B相位(A/B phase)指令脈衝。
第2C圖之脈衝格式係為順逆時鐘轉動(Clockwise Counterclockwise)指令脈衝。
第3圖所繪示為本發明運用於伺服馬達系統之控制裝置。
第4A圖所繪示為區段參數儲存電路示意圖。
第4B圖所繪示為速度疊加電路示意圖。
第4C圖所繪示為速度轉換電路示意圖。
第4D圖與第4E圖所繪示為脈衝調變信號PWM產生器的一實施例及其相關信號示意圖。
第5A圖所繪示為本發明運用於伺服馬達系統之控制方法。
第5B圖所繪示為脈衝調變信號PWM頻率變化示意圖。
第6圖所繪示為本發明另一速度疊加電路示意圖。
第7A圖所繪示為本發明運用於伺服馬達系統之另一控制方法。
第7B圖所繪示為脈衝調變信號PWM頻率變化示意圖。
第8圖所繪示為另一區段參數儲存電路示意圖。
基本上，控制裝置根據伺服馬達系統的格式，可產生多種脈衝格式的指令脈衝。其中，指令脈衝中包括a1信號與a2信號。詳細說明如下：第2A圖之脈衝格式係為單一脈衝方向(One Pulse Direction)指令脈衝示意圖。其中，a1信號的脈衝頻率(frequency)可進一步控制驅動器(driver)來改變驅動電流的頻率，而驅動電流的頻率即可用來控制伺服馬達的速度。舉例來說，當a1信號脈衝頻率越高(脈衝寬度越窄)，伺服馬達230的速度會加快；反之，當a1信號脈衝頻率越低(脈衝寬度越寬)，伺服馬達230的速度會減慢。再者，a2信號係用來指示轉動方向。因此，由a2信號可知，於時間點t1時，伺服馬達被控制往第一方向(例如順時鐘方向)轉動；而於時間點t2時，伺服馬達被控制往第二方向(例如逆時鐘方向)轉動。
第2B圖之脈衝格式係為A/B相位(A/B phase)指令脈衝示意圖。其中，指令脈衝中包括a1信號與a2信號。當a1信號的脈衝相位超前a2信號的脈衝相位90度時，指令脈衝可控制 伺服馬達進行第一方向的轉動；反之，當a1信號的脈衝相位落後a2信號的脈衝相位90度時，代表指令脈衝可控制伺服馬達進行第二方向的轉動。因此，於時間點t1時，伺服馬達被控制往第一方向轉動；而於時間點t2時，伺服馬達被控制往第二方向轉動。同理，a1信號與a2信號的脈衝頻率可以控制伺服馬達的速度。
第2C圖之脈衝格式係為順逆時鐘轉動(Clockwise Counterclockwise)指令脈衝示意圖。其中，當a1信號動作時，伺服馬達往第一方向轉動；當a2信號動作時，伺服馬達往第二方向轉動。因此，於時間點t1時，伺服馬達被控制往第一方向轉動；而於時間點t2時，伺服馬達被控制往第二方向轉動。同理，a1信號與a2信號的脈衝頻率可以控制伺服馬達的速度。
基本上，伺服馬達系統接收到一個脈衝(pulse)時，驅動器可控制伺服馬達轉動一個固定角度。舉例來說，假設單一脈衝方向指令脈衝中，一個脈衝可以控制伺服馬達轉動1度，因此3600個脈衝即可控制伺服馬達轉動3600度，亦即10圈。換言之，控制控制伺服馬達轉動的角度即可控制伺服馬達的位置。
再者，當脈衝的頻率越高，亦即脈衝寬度(pulse width)越窄時，可加快伺服馬達的速度；而當脈衝的頻率越低，亦即脈衝寬度越寬時，可降低伺服馬達的速度。換句話說，控制單一脈衝方向指令脈衝中的脈衝頻率即可控制伺服馬達的速度。當然，相同的原理也可以運用於A/B相位指令脈衝或者順逆時鐘轉動指令脈衝，此處不再贅述。
請參照第3圖，其所繪示為本發明運用於伺服馬達系統之控制裝置。其中，控制裝置300連接至伺服馬達系統360，且控制裝置300包括：速度疊加電路(velocity superposing circuit)310、速度轉換電路(velocity transferring circuit)320、區段控制電路330。其中，區段控制電路330更包括：區段參數儲存電路(segment parameter storage circuit)336與脈衝比較電路(pulse comparison circuit)332。再者，伺服馬達系統360接收指令脈衝(a1 信號與a2信號)用以控制伺服馬達的運作。另外，第3圖中的伺服馬達系統360相同於第1圖中的伺服馬達系統115，此處不再贅述。
基本上，使用者可將多組區段參數設定於區段參數儲存電路336中。而多組區段參數可以控制伺服馬達在不同區段中的速度與位置。再者，每一個區段參數中包括一目標速度數值(target velocity，Vt)、一增量(increment，△V)、一預設脈衝數目(predetermined pulse number，Nd)與一方向信號(direction signal，Dir)。其中，目標速度數值Vt可對應至一目標頻率(target frequency)，增量△V對應至一頻率增量(frequency increment)。
速度疊加電路310接收目標速度數值Vt與增量△V並計算出現在速度數值(current velocity，Vc)至速度轉換電路320。而速度轉換電路320根據現在速度數值Vc產生脈衝調變信號PWM。
脈衝比較電路332將脈衝調變信號PWM作為指令脈衝中的一個信號，例如指令脈衝中的a1信號。另外，脈衝比較電路332根據方向信號Dir來產生指令脈衝中的另一個信號，例如a2信號。而由a1信號與a2信號所組成的單一脈衝方向的指令脈衝即可傳遞至伺服馬達系統360。
另外，脈衝比較電路332接收預設脈衝數目Nd，並且根據預設脈衝數目Nd來計數(count)指令脈衝(例如a1信號)的脈衝數目。當指令脈衝(例如a1信號)的脈衝數目到達預設脈衝數目Nd時，代表伺服馬達到達該區段所預設的位置。因此，脈衝比較電路332產生區段結束信號Nx至區段參數儲存電路356，而區段參數儲存電路356提供下一區段的區段參數至速度疊加電路310與脈衝比較電路332。
由以上知說明可知，控制裝置300中的區段控制電路330可以控制伺服馬達360在特定區段中的速度與位置。而以下詳細介紹本發明控制裝置300中的細部電路區塊與運作方式。
請參照第4A圖，其所繪示為區段參數儲存電路示意圖。區段參數儲存電路336中包括一記憶體用以儲存多組區段參數。如第4A圖所示，區段(i-1)的區段參數為：目標速度數值Vti-1、增量△Vi-1、預設脈衝數目Ndi-1、方向信號Diri-1；區段i的區段參數為：目標速度數值Vti、增量△Vi、預設脈衝數目Ndi、方向信號Diri；區段(I+1)的區段參數為：目標速度數值Vti+1、增量△Vi+1、預設脈衝數目Ndi+1、方向信號Diri+1。
舉例來說，假設區段參數儲存電路336已經將區段(i-1)的區段參數(Vti-1、△Vi-1、Ndi-1、Diri-1)輸出。之後，接收到區段結束信號Nx時，區段參數儲存電路336即輸出區段i的區段參數(Vti、△Vi、Ndi、Diri)，用以根據增量△Vi與目標速度Vti產生脈衝調變信號PWM以控制伺服馬達的速度，並且根據預設脈衝數目Ndi來計數脈衝調變信號PWM中的脈衝數目以控制伺服馬達的位置。同理，當段參數儲存電路336再次接收到區段結束信號Nx時，區段參數儲存電路336即再輸出區段(i+1)的區段參數(Vti+1、△VI+1、Ndi+1、Diri+1)。
請參照第4B圖，其所繪示為速度疊加電路示意圖。速度疊加電路310包括：速度加法器312與速度限制器314。當速度加法器312接收到增量△V時，將現在速度數值Vc與△V疊加之後成為疊加速度數值Va並傳送至速度限制器314。基本上，當增量△V為正值時，疊加速度數值Va會遞增，用以加快伺服馬達的速度；反之，當增量△V為負值時，疊加速度數值Va會遞減，用以降低伺服馬達的速度。
再者，每經過一插補周期(interpolation period，τ)後，速度限制器314判斷目標速度數值Vt與疊加速度數值Va之間的關係。當疊加速度數值Va尚未到達目標速度數值Vt時，速度限制器314會將疊加速度數值Va作為現在速度數值Vc並輸出。當疊加速度數值Va到達目標速度數值Vt時，速度限制器314會將疊加速度數值Va作為現在速度數值Vc並且不再改變現在速 度數值Vc。
再者，當速度加法器312再次接收到更新的增量△V與目標速度數值Vt用以啟動下一區段時，現在速度數值Vc即為前一區段的目標速度數值Vt，並且再次重複上述的流程。
由以上之說明可知，當速度疊加電路310每次接收到增量△V與目標速度數值Vt時，速度疊加電路310會逐漸地改變現在速度數值Vc直到現在速度數值Vc等於目標速度數值Vt為止。再者，上述的插補週期並非為一個定值，使用者可以根據實際的情況適當地修改變插補週期的時間長短。
請參照第4C圖，其所繪示為速度轉換電路示意圖。速度轉換電路320中包括一脈衝調變信號PWM產生器322。基本上，PWM產生器322接收系統時脈CLKs、現在速度數值Vc與責任周期數值Duty。再者，速度轉換電路320會根據現在速度數值Vc來對系統時脈CLKs進行除頻動作，並根據周期數值Duty來產生脈衝調變信號PWM。
舉例來說，假設系統時脈CLKs為100MHz、現在速度數值Vc為100KHz、責任周期數值(duty cycle，Duty)為0.5，則脈衝調變信號PWM產生器322可產生責任周期為50%且100KHz的脈衝調變信號PWM。
根據以上的說明，速度轉換電路320係將現在速度數值Vc所代表的頻率數值作為脈衝調變信號PWM的頻率。當然，本發明並不限定於此。在此領域的技術人員可以設計脈衝調變信號PWM的頻率與現在速度數值Vc之間具有一固定比例關係即可。舉例來說，現在速度數值Vc所代表的頻率數值五倍於脈衝調變信號PWM的頻率。
請參照第4D圖與第4E圖，其所繪示為脈衝調變信號PWM產生器的一實施例及其相關信號示意圖。在此時施例中，係以系統時脈CLKs為100MHz(周期為10ns)、現在速度數值Vc為100KHz、周期數值為0.4(亦即，高準位與低準位之間的比 例為2：3)為例來進行說明。再者，第4D圖僅是實現PWM產生器322的一種實施例而已，並非用來限定本發明。
PWM產生器322包括第一計數器371、第二計數器377、第一比較器375、第二比較器379與除法器373。
第一計數器371計數系統時脈CLKs的脈衝並輸出第一計數值Cnt1。而除法器373將除頻常數(frequency divided constant，Cf)除以現在速度數值Vc，並產生一參考數值Nref。假設，除頻常數Cf為108，則參考數值Nref即為(108/100K=103)。
第一比較器375接收第一計數值Cnt1與參考數值Nref，並且於第一計數值Cnt1到達參考數值Nref時，改變參考時脈CLKref的準位。同時，第一比較器375重置(reset)第一計數器371，使得第一計數值Cnt1歸零，並且再次根據系統時脈CLKs來計數。因此，由第4E圖可知，第一比較器375產生的參考時脈CLKref的周期Tref即為10μs。
再者，第二計數器377計數參考時脈CLKref的脈衝並輸出第二計數值Cnt2至第二比較器379。第二比較器379根據責任周期數值為0.4來比較第二計數值Cnt2，並產生脈衝調變信號PWM。
舉例來說，第二比較器379比較第二計數值Cnt2的變化次數。當第二計數值Cnt2變化2次後，第二比較器379將脈衝調變信號PWM改變為低準位；並且，當第二計數值Cnt2變化3次後，第二比較器將脈衝調變信號PWM改變為高準位。如此周而復始，即可產生第4E圖之脈衝調變信號PWM，且其周期Tpwm為50μs。
請參照第5A圖，其所繪示為本發明運用於伺服馬達系統之控制方法。其中，此控制方法運用於第3圖所示之控制裝置300，且控制裝置300中會持續地根據現在速度數值Vc來產生脈衝調變信號PWM並決定脈衝調變信號PWM的頻率，而產生的脈衝調變信號PWM會傳遞至伺服馬達系統360。
首先，當一個區段開始(步驟S501)時，接收目標速度數值Vt、增量△V、預設脈衝數目Nd(步驟S502)。接著，設定現在速度數值Vc等於前一區段的目標速度數值(步驟S503)。
接著，判斷脈衝調變信號PWM是否已經產生Nd個脈衝(步驟504)。當脈衝調變信號PWM已經產生Nd個脈衝時，產生區段結束信號Nx(步驟507)；反之，當脈衝調變信號PWM尚未產生Nd個脈衝時，再繼續判斷現在速度數值Vc是否到達目標速度數值Vt(步驟505)。
當現在速度數值Vc已經到達目標速度數值Vt時，繼續執行步驟S504；反之，現在速度數值Vc尚未到達目標速度數值Vt時，於插補周期(τ)後，更新現在速度數值Vc為現在速度數值Vc加上增量△V(步驟S506)後，繼續執行步驟S504。
再者，當區段參數儲存電路336接收到區段結束信號Nx後，代表該區段已經結束，並且可繼續開始下一區段，並且再次執行一次第5A圖所示的步驟。
請參照第5B圖，其所繪示為脈衝調變信號PWM頻率變化示意圖。假設前一區段的目標速度數值為10KHz，則設定現在速度數值Vc為10KHz。再者，由於增量△V為10KHz，所以每經過一次插捕周期τ(100μs)後，現在速度數值Vc會增加10KHz。並且，於1ms時，現在速度數值Vc會到達目標速度數值Vt，亦即100KHz。
再者，由於第5B圖中，所有方形的面積加總即為脈衝調變信號PWM的脈衝數。因此，於10.5ms附近時，脈衝調變信號PWM產生Nd個(1000個)脈衝，代表伺服馬達已經到達該區段所設定的位置，所以可以產生區段結束信號Nx至區段參數儲存電路336用以啟動下一區段。
由於第5B圖中的現在速度數值Vc每次皆以固定值的增量△V變化，因此伺服馬達在運作的過程會受到慣性的影響而呈現較不穩定的狀態。本發明可以修正速度疊加電路310而改 善此缺陷。
請參照第6圖，其所繪示為本發明另一速度疊加電路示意圖。速度疊加電路310包括：權重對照表(weighting look-up table)618、運算濾波器(operation filter)616、速度加法器612與速度限制器614。其中，權重對照表618中記錄多個權重(weighting，W1~Wi)。而每經過一插捕周期(τ)後，運算濾波器616會依序的將增量△V乘以對應的權重成為修正增量(modified increment，△V’)。
之後，當速度加法器612接收到修正增量△V’時，將現在速度數值Vc與修正增量△V’疊加之後成為疊加速度數值Va並傳送至速度限制器614。
再者，每經過一插捕周期(τ)後，速度限制器614判斷目標速度數值Vt與疊加速度數值Va之間的關係。當疊加速度數值Va尚未到達目標速度數值Vt時，速度限制器614會將疊加速度數值Va作為現在速度數值Vc並輸出。當疊加速度數值Va到達目標速度數值Vt時，速度限制器614會將疊加速度數值Va作為現在速度數值Vc並且不再改變現在速度數值Vc。
再者，當速度加法器612再次接收到更新的增量△V與目標速度數值Vt用以啟動下一區段時，現在速度數值Vc即為前一區段的目標速度數值Vt，並且再次重複上述的流程。
由以上之說明可知，當速度疊加電路310每次接收到修正增量△V’與目標速度數值Vt時，速度疊加電路310會逐漸地改變現在速度數值Vc直到現在速度數值Vc等於目標速度數值Vt為止。換言之，由於權重對照表提供的權重為一個時變(time variant)的數值，所以使得現在速度數值Vc並以非以固定的增量在改變。
當然，如果將權重對照表618中的多個權重設定為完全相同的一個定值(例如W1~Wi皆設定為1)，則第6圖的速度疊加電路310與第4B圖的速度疊加電路310會產生完全相同的 結果。
請參照第7A圖，其所繪示為本發明運用於伺服馬達系統之另一控制方法。其中，此控制方法運用於第3圖所示之控制裝置300，且控制裝置300中會持續地根據現在速度數值Vc來產生脈衝調變信號PWM並決定脈衝調變信號PWM的頻率，而產生的脈衝調變信號PWM會傳遞至伺服馬達系統360。
首先，當一個區段開始(步驟S701)時，接收目標速度數值Vt、增量△V、預設脈衝數目Nd(步驟S702)。接著，設定現在速度數值Vc等於前一區段的目標速度數值(步驟S703)。
接著，判斷脈衝調變信號PWM是否已經產生Nd個脈衝(步驟704)。當脈衝調變信號PWM已經產生Nd個脈衝時，產生區段結束信號Nx(步驟707)；反之，當脈衝調變信號PWM尚未產生Nd個脈衝時，再繼續判斷現在速度數值Vc是否到達目標速度數值Vt(步驟705)。
當現在速度數值Vc已經到達目標速度數值Vt時，繼續執行步驟S704；反之，現在速度數值Vc尚未到達目標速度數值Vt時，於插補周期(τ)後，更新現在速度數值Vc為現在速度數值Vc加上增量△V乘以對應權重(步驟S704)後，繼續執行步驟S704。
當區段參數儲存電路336接收到區段結束信號Nx後，即可繼續開始下一區段，並且再次執行一次第7A圖所示的步驟。
請參照第7B圖，其所繪示為脈衝調變信號PWM頻率變化示意圖。假設前一區段的目標速度數值為1KHz，則設定現在速度數值Vc為1KHz，並且現在速度數值Vc會變化至目標速度數值Vt(30KHz)。再者，權重對照表618中的多個權重會依序由小變大並由大變小。換言之，修正增量△V’也會由小變大並由大變小。
明顯地，由第7B圖可知，由於現在速度數值Vc每 次的變化並非為一個固定值的增量△V，將使得伺服馬達在運作的過程中更穩定。
同理，由於第7B圖中，所有方形的面積加總即為脈衝調變信號PWM的脈衝數。因此，於10.5ms附近時，脈衝調變信號PWM產生Nd個(1000個)脈衝，代表伺服馬達已經到達該區段所設定的位置，所以可以產生區段結束信號Nx至區段參數儲存電路336用以啟動下一區段。
由以上的說明可知，本發明提出一種運用於伺服馬達系統之控制裝置與相關方法。其利用多個區段參數來產生脈衝調變信號PWM作為a1信號，而根據區段參數中的方向信號Dir即可產生正反轉的a2信號，並成為單一脈衝方向指令脈衝，用以控制伺服馬達系統的運作。當然，利用第3圖之概念，也可以製造出一對脈衝調變信號PWM，作為A/B相位指令脈衝或者順逆時鐘轉動指令脈衝來控制伺服馬達系統的運作。
再者，根據第4A圖之說明，區段參數儲存電路336係由低區段往高區段來逐次輸出區段參數。然而，本發明並不限定於此，在此領域的技術人員也可以提供更多欄位用以編程(program)區段參數儲存電路輸出區段參數的次序。以下以一個實際的範例來詳細說明之：請參照第8圖，其所繪示為另一區段參數儲存電路示意圖。區段參數儲存電路800中包括一記憶體用以儲存多組區段參數。每個區段的欄位包括：區段索引欄位(index)、區段切換管理欄位(SSM)、區段跳越指示欄位(Jump ptr)、目標速度數值欄位(Vt)、增量欄位(△V)、預設脈衝數目欄位(Nd)、方向信號欄位(Dir)。區段切換管理欄位(SSM)係用來控制區段指標(segment point、seg_ptr)的動作。其中，“0”代表區段數目加1(increase)、“1”代表區段數目減1(decrease)、“2”代表區段跳越(jump)、“3”代表區段結束(stop)。
如第8圖所示，於初始狀態(initial state)時，初始速 度為零，並且區段指標seg_ptr指向(point to)區段0。此時，區段參數儲存電路800輸出區段0的目標速度Vt(100Hz)、增量△V(+10Hz)、預設脈衝數目Nd(100)、與方向信號Dir(0)。亦即，脈衝調變信號PWM由0Hz開始，每經過一個插補週期τ後，頻率會增加一個增量(△V=+10Hz)直到到達目標速度(Vt=100Hz)為止。並且，方向信號為0，代表控制伺服馬達往第一方向旋轉。當脈衝調變信號PWM產生100個脈衝數目時，區段參數儲存電路800會接收到區段結束信號Nx。
再者，由於區段0中，區段切換管理欄位(SSM)的設定為“0”代表區段數目加1。因此，如S1所示，當區段參數儲存電路800接收到區段結束信號Nx時，區段指標seg_ptr會指向區段1。此時，區段參數儲存電路800輸出區段1的目標速度Vt(120Hz)、增量△V(+5Hz)、預設脈衝數目Nd(300)、與方向信號Dir(0)。亦即，脈衝調變信號PWM由100Hz開始，每經過一個插補週期τ後，頻率會增加一個增量(△V=+5Hz)直到到達目標速度(Vt=120Hz)為止。並且，方向信號為0，代表控制伺服馬達往第一方向旋轉。當脈衝調變信號PWM產生300個脈衝數目時，區段參數儲存電路800會接收到區段結束信號Nx。
再者，由於區段1中，區段切換管理欄位(SSM)的設定為“2”代表區段數跳越，且區段跳越指示欄位(Jump ptr)指示區段5。因此，如S2所示，當區段參數儲存電路800接收到區段結束信號Nx時，區段指標seg_ptr會指向區段5。此時，區段參數儲存電路800輸出區段5的目標速度Vt(10Hz)、增量△V(-5Hz)、預設脈衝數目Nd(300)、與方向信號Dir(1)。亦即，脈衝調變信號PWM由120Hz開始，每經過一個插補週期τ後，頻率會減少一個增量(△V=-5Hz)直到到達目標速度(Vt=10Hz)為止。並且，方向信號為1，代表控制伺服馬達往第二方向旋轉。當脈衝調變信號PWM產生300個脈衝數目時，區段參數儲存電路800會接收到區段結束信號Nx。
再者，由於區段5中，區段切換管理欄位(SSM)的設定為“1”代表區段數目減1。因此，如S3所示，當區段參數儲存電路800接收到區段結束信號Nx時，區段指標seg_ptr會指向區段4。此時，區段參數儲存電路800輸出區段4的目標速度Vt(0Hz)、增量△V(-2Hz)、預設脈衝數目Nd(100)、與方向信號Dir(1)。亦即，脈衝調變信號PWM由10Hz開始，每經過一個插補週期τ後，頻率會減少一個增量(△V=-2Hz)直到到達目標速度(Vt=0Hz)為止。並且，方向信號為1，代表控制伺服馬達往第二方向旋轉。當脈衝調變信號PWM產生100個脈衝數目時，區段參數儲存電路800會接收到區段結束信號Nx。
再者，由於區段4中，區段切換管理欄位(SSM)的設定為“3”代表區段結束。因此，當區段參數儲存電路800接收到區段結束信號Nx時，即結束整個控制流程。
由第8圖的的說明可知，區段參數儲存電路800可以由使用者來設定，並根據任意的區段輸出次序來輸出區段參數。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
300‧‧‧控制裝置
310‧‧‧速度疊加電路
320‧‧‧速度轉換電路
330‧‧‧區段控制電路
332‧‧‧脈衝比較電路
336‧‧‧區段參數儲存電路
360‧‧‧伺服馬達系統

Claims (19)

  1. 一種控制裝置，產生一指令脈衝至一伺服馬達系統，該控制裝置包括：一區段參數儲存電路，儲存多個區段參數，且每一該區段參數包括：一目標速度數值、一增量與一預設脈衝數目，其中當該區段儲存電路輸出一第一區段參數之後，接收到一區段結束信號時，該區段儲存電路輸出一第二區段參數；一速度疊加電路，接收該第二區段參數中的該目標速度數值與該增量並產生一現在速度數值，其中該現在速度數值會由該第一區段參數中的該目標速度數值變化至該第二區段參數中的該目標速度數值；一速度轉換電路，接收該現在速度數值並據以產生一脈衝調變信號；以及一脈衝比較電路，將該脈衝調變信號轉換為該指令脈衝中的一第一信號，其中該脈衝比較電路接收該預設脈衝數目並計數該脈衝調變信號所產生的脈衝數目，當該脈衝調變信號產生的脈衝數目到達該預設脈衝數目時，產生該區段結束信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中，該指令脈衝係為一A/B相位的指令脈衝、一單一脈衝方向的指令脈衝、或者一順逆時鐘轉動的指令脈衝。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中，每一該區段參數更包括：一方向信號，且該脈衝比較電路根據該方向信號產生該指令脈衝中的一第二信號。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之控制裝置，其中該區段參數儲存電路中包括一記憶體用以儲存該些區段參數。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該速度疊加 電路包括：一速度加法器，將該現在速度數值加上該增量成為一疊加速度數值；以及一速度限制器，將該疊加速度數值轉換為該現在速度速值，其中，當該疊加速度數值到達該第二區段參數的該目標速度數值時，將該疊加速度數值轉換為該現在速度速值並且停止變化該現在速度速值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之控制裝置，其中該速度加法器係經過一插補週期後，將該現在速度數值加上該增量成為該疊加速度數值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之控制裝置，其中該插補週期為可修改的一時間週期。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該速度疊加電路包括：一權重對照表，記錄複數個權重；一運算濾波器，連接至該權重對照表並接收該增量，其中該運算濾波器根據該些權重將該增量修改為一修正增量；一速度加法器，將該現在速度數值加上該修改增量成為一疊加速度數值；以及一速度限制器，將該疊加速度數值轉換為該現在速度速值，其中，當該疊加速度數值到達該第二區段參數的該目標速度數值時，將該疊加速度數值轉換為該現在速度速值並且停止變化該現在速度速值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該速度轉換電路中包括一脈衝調變信號產生器，接收一系統時脈、該現在速度數值與一責任周期數值，並且據以產生該脈衝調變信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之控制裝置，其中該脈衝調變信號的頻率比例於該現在速度數值，並且該脈衝調變信號的一責任周期相同於該責任周期數值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之控制裝置，其中該脈衝調變信號產生器包括：一第一計數器，計數該系統時脈並產生一第一計數值；一除法器，將一除頻常數除以該現在速度數值，並產生一參考數值；一第一比較器，接收該第一計數值與該參考數值，並且於該第一計數值到達該參考數值時，改變一參考時脈的準位，且重置該第一計數器；以及一第二計數器，計數該參考時脈並輸出一第二計數值；一第二比較器，根據該責任周期數值來比較該第二計數值，並產生該脈衝調變信號。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中該區段參數儲存電路中，每一該區段參數更包括：一區段切換管理欄位與一區段跳越指示欄位；其中，當該區段參數儲存電路接收到該區段結束信號時，由該第一區段參數內的該區段切換管理欄位與該區段跳越指示欄位之設定來決定該第二區段參數。
  13. 一種控制方法，用於一控制裝置產生一指令脈衝至一伺服馬達系統，該控制方法包括：(a)根據一區段結束信號，控制該伺服馬達系統結束一第一區段並開始一第二區段，其中於該第一區段時，根據一第一區段參數產生該指令脈衝，且於該第二區段時，根據一第二區段參數產生該指令脈衝；(b)接收該第二區段參數中的一目標速度數值、一增量與一預 設脈衝數目；(c)設定一現在速度數值等於該第一區段參數中的該目標速度數值；(d)判斷一脈衝調變信號產生的脈衝數目是否到達該預設脈衝數目；其中於該脈衝調變信號產生的脈衝數目到達該預設脈衝數目時，結束該第二區段；(e)於該脈衝調變信號產生的脈衝數目尚未到達該預設脈衝數目時，判斷更新的該現在速度數值是否到達該目標速度數值；其中，當該現在速度數值到達該目標速度數值時，回到該步驟(d)；以及(f)當該現在速度數值尚未到達該目標速度數值時，更新該現在速度數值等於該現在速度數值加上一修正增量，其中該修正增量等於該增量乘上一權重；其中，該控制裝置根據該現在速度數值來產生該脈衝調變信號並決定該脈衝調變信號的頻率，且該脈衝調變信號為該指令脈衝中的一第一信號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之控制方法，其中，該指令脈衝係為一A/B相位的指令脈衝、一單一脈衝方向的指令脈衝、或者一順逆時鐘轉動的指令脈衝。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之控制裝置，其中，該第二區段參數更包括：一方向信號，且該該控制裝置根據該方向信號產生該指令脈衝中的一第二信號。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之控制方法，其中該一權重為一時變的數值，或者該權重為一定值。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之控制方法，其中更包括接收一責任周期數值，使得該脈衝調變信號的一責任周期相同於該 責任周期數值。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之控制方法，其中步驟(f)更包括：當該現在速度數值尚未到達該目標速度數值時，於一插補週期後，更新該現在速度數值等於該現在速度數值加上該修正增量。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之控制方法，其中該插補週期為可修改的一時間週期。
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