TWI593228B - 馬達操作系統以及其方法 - Google Patents

Description

馬達操作系統以及其方法

本發明係有關於一種馬達操作系統以及馬達操作方法，特別係有關於一種分別設定對應於馬達之各個運轉階段之參數設定以及於馬達之各個運轉階段套用不同參數設定之馬達操作系統以及馬達操作方法。

對於現今自動化科技中，馬達技術係扮演著舉足輕重的腳色。每顆馬達係具有不同之電機參數設定以及應用於不同之場合。而於習知技術中，使用者可透過調整外部之電阻以及電容以完成不同之運作狀態，例如透過調整電阻以及電容以產生不同之啟動時間、鎖相時間(lock-on time)、或者死區時間(dead-time)等。然而，由於馬達係具有不同之運轉階段，因此於馬達運作期間僅藉由對應於電阻以及電容之一組馬達參數設定來控制馬達之運轉將無法有效地發揮馬達之效能。因此，如何提高馬達各個階段之運轉效率為目前所需解決之問題。

為解決上述問題，本發明提供一種馬達操作系統，包括一參數設定模組以及一控制電路。參數設定模組透過一使用者介面產生對應於一第一運轉階段之一第一參數設定，以及判斷 對應於第一參數設定之一第一運作狀態是否符合一第一閥值設定。控制電路耦接至參數設定模組以及一馬達，包括一暫存器、一控制器、一驅動器、一監測器以及一記憶體。暫存器接收對應於第一運轉階段之第一參數設定。控制器自暫存器讀取第一參數設定，並根據第一參數設定產生一第一驅動訊號。驅動器根據第一驅動訊號驅動馬達。監測器監測馬達對應於第一驅動訊號之第一運作狀態，並輸出第一運作狀態。記憶體儲存一第一最佳化參數設定。當第一運作狀態不符合第一閥值設定時，參數設定模組透過使用者介面產生一修改後第一參數設定。當第一運作狀態符合第一閥值設定時，參數設定模組將第一參數設定設定為第一最佳化參數設定。

本發明另一實施例提供一種馬達操作方法，步驟包括：透過一參數設定模組之一使用者介面產生對應於一第一運轉階段之一第一參數設定；透過一控制電路之一暫存器接收第一參數設定；透過控制電路之一控制器自暫存器讀取第一參數設定，並根據第一參數設定產生一第一驅動訊號；透過控制電路之一驅動器根據第一驅動訊號驅動馬達；透過控制電路之一監測器監測馬達對應於第一驅動訊號之一第一運作狀態，並輸出第一運作狀態；以及透過參數設定模組判斷第一運作狀態是否符合一第一閥值設定。當第一運作狀態不符合第一閥值設定時，透過參數設定模組之使用者介面產生一修改後第一參數設定。以及，當第一運作狀態符合第一閥值設定時，透過參數設定模組將第一參數設定設定為一第一最佳化參數設定，並將第一最佳化參數設定儲存至控制電路之一記憶體。

100‧‧‧馬達操作系統

110‧‧‧參數設定模組

120‧‧‧控制電路

121‧‧‧暫存器

122‧‧‧控制器

123‧‧‧驅動器

124‧‧‧監測器

125‧‧‧記憶體

126‧‧‧匯流排

130‧‧‧馬達

S201~S207、S301~S303‧‧‧步驟流程

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之馬達操作系統之示意圖；第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之馬達各階段之參數設定之流程圖；第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之馬達操作方法之流程圖。

有關本發明之系統以及方法適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚易見。必須了解的是下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關馬達操作系統以及馬達操作方法之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之馬達操作系統之示意圖。如第1圖所示馬達操作系統100包括參數設定模組110、控制電路120、以及馬達130。參數設定模組110可為桌上型電腦、筆記型電腦或者平板電腦等可透過處理器執行程式執行緒之電子裝置，透過一匯流排126與控制電路120耦接，並透過一使用者介面執行對應於馬達130之參數設定。其中，匯流排126可為積體電路匯流排(Inter-Integrated Circuit,I2C)或者串行外設介面(Serial Peripheral Interface Bus,SPI)等，但不以此為限。控制電路120耦接介於參數設定模組110以及馬達130之間，可包括暫存器121、控制器122、驅動器123、監測器124、記憶體125、以及匯流排126。暫存器121透過匯流排126自參數設定模組110接收參 數設定。控制器122自暫存器121載入參數設定，並根據參數設定執行邏輯運算以產生驅動訊號。驅動器123根據驅動訊號驅動馬達。監測器124監測馬達之各種狀態，並根據狀態輸出運作狀態。記憶體125儲存複數最佳化參數設定。

根據本發明一實施例，當馬達操作系統100操作於一參數設定模式下時，使用者係可針對馬達每個運作階段分別進行不同之參數設定。舉例來說，一般而言馬達基本上可分為三個階段：啟動階段(start-up stage)、運轉階段(operation stage)、以及停止階段(stop stage)。其中，上述三個階段可透過一既定時間內馬達之轉速狀況來區分，例如當一馬達於連續數秒內其轉速皆為上升狀態但仍未超過一既定門檻值(例如2500rpm)時，則判斷馬達位於啟動階段；而當馬達於連續數秒內其轉速皆位於既定門檻值前後一既定範圍內時，則判斷該馬達已進入穩定運轉階段；以及，當馬達於連續數秒內其轉速逐漸降低時，則判斷馬達進入停止階段。值得注意的是，前述有關馬達之各個階段僅為示範實施例，實際上使用者可根據需求定義更多對應於馬達不同狀況之各種階段，本發明並不以此為限。

於設定參數前，使用者可先於參數設定模組110中建立一查找表，用以儲存使用者自定義之馬達位於各個階段中較佳之運作狀態。舉例來說，當馬達於啟動階段時，較佳狀態為其突波電流(surge current)低於一既定值或者位於一既定範圍內(例如使突波電流之大小不超過運轉電流之20~30%)，其中突波電流之大小係與馬達之功率有關。根據本發明一實施例，對24V/30W之馬達而言，當運轉電流為1.2A時，突波電流之大小最大可超過 運轉電流之一倍(即2.4A)，而較佳狀態為將突波電流控制為不超過1.44A~1.56A。而當馬達位於運轉階段時，較佳狀態為使馬達之轉速變化介於一既定範圍內且使其轉流(commutation)之聲音小於一既定分貝或者比原先之轉流聲音低一既定分貝(例如將馬達之轉流聲音調整為比調整前之轉流聲音小10~20分貝)。以及，當馬達進入停止階段時，較佳狀態為使馬達停止運轉之時間小於一既定值等，例如使馬達停止運轉之時間降低為調整前之20~30%。值得注意的是，前述之較佳狀態之定義僅為本發明之示範實施例，但不以此為限。接著，使用者於參數設定模組110之使用者介面中輸入對應於待測階段之參數設定，例如工作週期(duty cycle)、霍爾效應感測器之相對位置以及相角補償、馬達線圈之電流以及馬達位於不同轉速下之相角差、反向電動勢、相電流、轉子轉速以及相電感之相對關係、馬達啟動停止之平滑係數、過電流、過電壓以及過溫保護臨界點、起轉以及堵轉保護臨界點與反應時間、順逆風啟動反應行為等。於輸入參數設定後，參數設定模組110係將參數設定透過匯流排126儲存於暫存器121中。控制器122自暫存器121載入參數設定，以及根據參數設定執行邏輯運算以產生驅動訊號，並將驅動訊號輸出至驅動器123。驅動器123接著根據接收到之驅動訊號驅動馬達130。於驅動馬達130後，監測器124開始監測馬達130之各種參數，例如前述之轉速、突波電流、轉數變化、轉流之聲音等，並將上述參數回傳至參數設定模組110。參數設定模組110將回傳之參數與使用者自定義之馬達之最佳運作狀態作比較，以判斷是否符合使用者之需求。若回傳之參數符合馬達之最佳運作狀態，則參數設定模組110將對應之回傳 參數設定為對應於待測階段之最佳參數，並將該組最佳參數設定儲存至記憶體124中。反之，若回傳之參數未符合馬達之最佳運作狀態，則使用者可透過使用者介面重新調整參數設定，使得參數設定模組110、控制電路120、以及馬達130不斷地重複上述之流程，直到回傳之參數符合馬達之最佳運作狀態為止。

於完成前述之參數設定後，使用者即可對馬達之另一階段執行參數設定之動作。而另一階段之參數設定之流程如前所述，在此即不加以敘述以精簡說明。值得注意的是，除了各個階段外，馬達操作系統100亦可針對不同類型之馬達進行各個階段之參數設定，並不以本發明之實施例為限。

根據本發明另一實施例，當馬達操作系統100操作於一運作模式下時，控制器122係可根據馬達之運作狀態自記憶體125中載入先前儲存之最佳參數設定。舉例來說，當監測器124偵測到馬達開始運作(即轉速從0rpm開始往上升)或者接收到一啟動訊號時，控制器122係由記憶體125載入對應於啟動階段之最佳參數設定。接著，當監測器124偵測到既定期間內馬達之轉速皆位於既定門檻值前後一既定範圍內(例如轉速介於2300rpm~2700rpm之間)時，控制器122判斷馬達已自啟動階段進入運轉階段，並自記憶體125載入對應於運轉階段之最佳參數設定。以及，當監測器124偵測到既定期間內馬達之轉速逐漸下降或者接收到一停止訊號時，控制器122判斷馬達進入停止階段，則自記憶體125載入對應於停止階段之最佳參數設定。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之馬達各階段之參數設定之流程圖。於步驟S201，使用者於參數設定模組110 之使用者介面上輸入對應於待測階段之參數設定。於步驟S202，暫存器121透過匯流排126自參數設定模組110接收參數設定。於步驟S203，控制器122自暫存器121載入參數設定，並根據參數設定產生驅動訊號。於步驟S204，驅動器123根據驅動訊號驅動馬達130。於步驟S205，於驅動馬達130後，監測器124監測馬達130對應於上述參數設定之運作狀態，並將運作狀態透過匯流排輸出至參數設定模組110。於步驟S206，參數設定模組110判斷運作狀態是否符合查找表中之最佳運作狀態。當運作狀態符合最佳運作狀態時，則進入步驟S207，參數設定模組110將該組參數設定設定為對應於待測階段之最佳參數設定，並將該組最佳參數設定儲存至記憶體124中。反之，當運作狀態不符合最佳運作狀態時，則回到步驟S201，使用者於參數設定模組110之使用者介面上重新輸入另一組參數設定，並重複上述之步驟直到馬達之運作狀態符合最佳運作狀態為止。

第3圖係顯示根據本發明另一實施例所述之馬達操作方法之流程圖。首先，於步驟S301，監測器124每隔一既定時間監測馬達目前之運作狀態，並將運作狀態輸出回控制器122。於步驟S302，控制器122判斷馬達之運作狀態是否改變。當馬達之運作狀態未改變時，則回到步驟S301，監測器124每隔一既定時間監測馬達目前之運作狀態。反之，當馬達之運作狀態改變時，則進入步驟S303，控制器122根據判斷結果自記憶體125載入對應於當前運作階段之最佳參數設定。接著，回到步驟S301，監測器124持續每隔一既定時間監測馬達目前之運作狀態。

綜上所述，根據本發明實施例所提出之馬達操作系 統以及馬達操作方法，使用者可事先設定對應於馬達各種階段之最佳化參數設定，以於馬達之運轉階段切換時，可即時地將套用對應於該運轉階段之最佳化參數設定，以提高馬達之運轉效率。

值得注意的是，前述之各種模組或者電路之功能可由硬體、軟體、韌體、或其任意組合所實現。若由軟體所實現，該功能可被儲存或以在一非暫態性(non-transitory)之電腦可讀取媒體上之一或多個指令或者程式碼進行傳送。指令或程式碼可為，例如二進制代碼、中介格式指令(例如組合語言)、韌體、或者原始程式碼等。該指令或者程式碼可透過一處理器進行存取以及執行，並可於一顯示螢幕上透過一使用者介面顯示執行後之結果。

以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。

100‧‧‧馬達操作系統

110‧‧‧參數設定模組

120‧‧‧控制電路

121‧‧‧暫存器

122‧‧‧控制器

123‧‧‧驅動器

124‧‧‧監測器

125‧‧‧記憶體

126‧‧‧匯流排

130‧‧‧馬達

Claims (6)

1. 一種馬達操作系統，包括：一參數設定模組，透過一使用者介面產生對應於一第一運轉階段之一第一參數設定，以及判斷對應於上述第一參數設定之一第一運作狀態是否符合一第一閥值設定；一控制電路，耦接至上述參數設定模組以及一馬達，包括：一暫存器，接收上述第一參數設定；一控制器，自上述暫存器讀取上述第一參數設定，並根據上述第一參數設定產生一第一驅動訊號；一驅動器，根據上述第一驅動訊號驅動上述馬達；一監測器，監測上述馬達對應於上述第一驅動訊號之上述第一運作狀態，並輸出上述第一運作狀態；以及一記憶體，儲存一第一最佳化參數設定；其中，當上述第一運作狀態不符合上述第一閥值設定時，上述參數設定模組透過上述使用者介面產生一修改後第一參數設定；以及其中，當上述第一運作狀態符合上述第一閥值設定時，上述參數設定模組將上述第一參數設定設定為上述第一最佳化參數設定，並將上述第一最佳化參數設定儲存至上述記憶體；其中，上述控制電路更根據上述修改後第一參數設定產生一修改後第一運作狀態，上述參數設定模組更判斷對應於上述修改後第一參數設定之上述修改後第一運作狀態是否符合上述第一閥 值設定，當上述修改後第一運作狀態不符合上述第一閥值設定時，上述參數設定模組透過上述使用者介面重新產生上述修改後第一參數設定，以及當上述修改後第一運作狀態符合上述第一閥值設定時，上述參數設定模組將上述修改後第一參數設定設定為上述第一最佳化參數設定；其中，上述參數設定模組更透過上述使用者介面產生對應於一第二運轉階段之一第二參數設定，上述控制電路更根據上述第二參數設定產生一第二運作狀態，以及上述參數設定模組更判斷上述第二運作狀態是否符合一第二閥值設定，當上述第二運作狀態不符合上述第二閥值設定時，上述參數設定模組透過上述使用者介面重新產生一修改後第二參數設定，以及當上述第二運作狀態符合上述第二閥值設定時，上述參數設定模組將上述第二參數設定設定為上述第二最佳化參數設定，並將上述第二參數設定設定儲存至上述記憶體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達操作系統，其中上述控制器每隔一既定時間判斷上述馬達之一當前狀態為上述第一運轉階段或者上述第二運轉階段，當上述當前狀態為上述第一運轉階段時，根據上述第一最佳化參數設定產生上述第一驅動訊號，以及當上述當前狀態為上述第二運轉階段時，根據上述第二最佳化參數設定產生一第二驅動訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達操作系統，其中上述控制電路更包括一匯流排，以及上述參數設定模組係透過上述匯流 排與上述控制電路耦接。
4. 一種馬達操作方法，步驟包括：透過一參數設定模組之一使用者介面產生對應於一第一運轉階段之一第一參數設定；透過一控制電路之一暫存器接收上述第一參數設定；透過上述控制電路之一控制器自上述暫存器讀取上述第一參數設定，並根據上述第一參數設定產生一第一驅動訊號；透過上述控制電路之一驅動器根據上述第一驅動訊號驅動上述馬達；透過上述控制電路之一監測器監測上述馬達對應於上述第一驅動訊號之一第一運作狀態，並輸出上述第一運作狀態；以及透過上述參數設定模組判斷上述第一運作狀態是否符合一第一閥值設定；當上述第一運作狀態不符合上述第一閥值設定時，透過上述參數設定模組之上述使用者介面產生一修改後第一參數設定；當上述第一運作狀態符合上述第一閥值設定時，透過上述參數設定模組將上述第一參數設定設定為一第一最佳化參數設定，並將上述第一最佳化參數設定儲存至上述控制電路之一記憶體；透過上述控制電路根據上述修改後第一參數設定產生一修改後第一運作狀態；透過上述參數設定模組判斷對應於上述修改後第一參數設定之上述修改後第一運作狀態是否符合上述第一閥值設定； 當上述修改後第一運作狀態不符合上述第一閥值設定時，上述參數設定模組透過上述使用者介面重新產生上述修改後第一參數設定；當上述修改後第一運作狀態符合上述第一閥值設定時，上述參數設定模組將上述修改後第一參數設定設定為上述第一最佳化參數設定；透過上述參數設定模組之上述使用者介面產生對應於一第二運轉階段之一第二參數設定；透過上述控制電路根據上述第二參數設定產生一第二運作狀態；透過上述參數設定模組判斷上述第二運作狀態是否符合一第二閥值設定；當上述第二運作狀態不符合上述第二閥值設定時，透過上述參數設定模組之上述使用者介面重新產生一修改後第二參數設定；以及當上述第二運作狀態符合上述第二閥值設定時，透過上述參數設定模組將上述第二參數設定設定為上述第二最佳化參數設定，並將上述第二最佳化參數設定儲存至上述控制電路之上述記憶體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達操作方法，步驟更包括：透過上述控制器每隔一既定時間判斷上述馬達之一當前狀態為上述第一運轉階段或者上述第二運轉階段； 其中，當上述當前狀態為上述第一運轉階段時，透過上述控制器根據上述第一最佳化參數設定產生上述第一驅動訊號；以及其中，當上述當前狀態為上述第二運轉階段時，透過上述控制器根據上述第二最佳化參數設定產生一第二驅動訊號。
6. 如申請專利範圍第4項所述之馬達操作方法，其中上述參數設定模組係透過一匯流排與上述控制電路耦接。