TWI602390B - 馬達裝置及馬達控制方法 - Google Patents

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Description

馬達裝置及馬達控制方法
本發明是有關於一種馬達控制技術，且特別是有關於一種具有多種控制模式的馬達裝置及馬達控制方法。
一般來說，伺服馬達通常具有位置(角度)可控、速度可控以及電流(扭力)可控的特性。然而，現行的伺服馬達控制技術通常一次只能針對位置(角度)、速度以及電流(扭力)中的其中一者進行控制，而無法針對位置(角度)、速度以及電流(扭力)中的至少二者同時進行控制。
舉例來說，當伺服馬達在運行中遭遇到障礙物而導致其運行速度下降時，通常會加大伺服馬達的電流(扭力)以使伺服馬達的運行速度維持在使用者所設定的速度上。然而，加大伺服馬達的電流可能會發生過電流的現象，從而導致伺服馬達被停機以避免毀損。於此情況下，伺服馬達必須再次重新啟動。另外，於上述情況中，即使加大伺服馬達的電流並未導致過電流情況的發生，但是在伺服馬達遇到障礙物情況下(例如伺服馬達撞到人的情況)，加大伺服馬達的電流(扭力)極可能導致危險的發生。
有鑑於此，本發明提供一種馬達裝置及馬達控制方法，可針對馬達裝置的馬達模組的位置(角度)、速度以及電流(扭力)中的至少二者同時進行控制，可增加馬達裝置在使用上的安全性。
本發明的馬達控制方法包括以下步驟。透過感測器模組來感測馬達模組的實際速度值與實際角度值。透過速度運算電路根據實際角度值、設定角度值以及設定速度值進行運算以取得速度曲線。透過速度調控電路將調整速度值保持在速度曲線上。當馬達模組反應於一事件而致使實際速度值改變時，透過速度調控電路判斷是否改變調整速度值，以使調整速度值追蹤實際速度值。透過回授控制電路根據調整速度值與實際速度值的速度差值進行運算以提供控制信號。透過電流控制電路將控制信號轉換為電流以驅動馬達模組，以使實際速度值保持在調整速度值。在上述事件結束後，透過速度調控電路將調整速度值與實際速度值重新保持在速度曲線上。
在本發明的一實施例中，上述的控制方法更包括以下步驟。透過感測器模組來感測馬達模組的實際電流值。當馬達模組反應於上述事件而致使實際速度值下降且實際電流值上升至限制電流值時，透過回授控制電路根據限制電流值而改變回授控制電路的至少一設定參數，以使控制信號進入飽和狀態而將實際電流值維持在限制電流值。
本發明的馬達控制方法包括以下步驟。透過感測器模組來感測馬達模組的實際速度值與實際電流值。透過速度調控電路將調整速度值保持在設定速度值或速度曲線上。透過回授控制電路根據調整速度值與實際速度值的速度差值進行運算以提供控制信號。透過電流控制電路將控制信號轉換為電流以驅動馬達模組，以使實際速度值保持在調整速度值。當馬達模組反應於一事件而致使實際速度值下降且實際電流值上升至限制電流值時，透過回授控制電路根據限制電流值而改變回授控制電路的至少一設定參數，以使控制信號進入飽和狀態而將實際電流值維持在限制電流值。
在本發明的一實施例中，上述的控制方法更包括以下步驟。當控制信號進入飽和狀態而將實際電流值維持在限制電流值時，透過速度調控電路改變調整速度值以追蹤實際速度值，以使控制信號脫離飽和狀態而使實際電流值下降。
本發明的馬達裝置包括馬達模組、感測器模組、速度運算電路、速度調控電路、回授控制電路以及電流控制電路。感測器模組用以感測馬達模組的實際速度值與實際角度值。速度運算電路耦接到感測器模組，用以根據實際角度值、設定角度值以及設定速度值進行運算以產生速度曲線。速度調控電路耦接到速度運算電路以接收速度曲線，且用以將調整速度值保持在速度曲線上。回授控制電路耦接到速度調控電路以及感測器模組，用以根據調整速度值與實際速度值的速度差值進行運算以產生控制信號。電流控制電路耦接到回授控制電路以及馬達模組，用以將控制信號轉換為電流以驅動馬達模組，以使實際速度值保持在調整速度值。當馬達模組反應於一事件而致使實際速度值改變時，速度調控電路判斷是否改變調整速度值，以使調整速度值追蹤實際速度值。在上述事件結束後，速度調控電路將調整速度值與實際速度值重新保持在速度曲線上。
在本發明的一實施例中，於上述的馬達裝置中，感測器模組更用以感測馬達模組的實際電流值。當馬達模組反應於上述事件而致使實際速度值下降且實際電流值上升至限制電流值時，回授控制電路根據限制電流值而改變回授控制電路的至少一設定參數，以使控制信號進入飽和狀態而將實際電流值維持在限制電流值。
在本發明的一實施例中，上述的回授控制電路為比例-積分-微分控制電路，且上述至少一設定參數包括比例增益參數、積分增益參數以及微分增益參數。
本發明的馬達裝置包括馬達模組、感測器模組、速度調控電路、回授控制電路以及電流控制電路。感測器模組用以感測馬達模組的實際速度值與實際電流值。速度調控電路用以將調整速度值保持在設定速度值或速度曲線上。回授控制電路耦接到速度調控電路以及感測器模組，用以根據調整速度值與實際速度值的速度差值進行運算以產生控制信號。電流控制電路耦接到回授控制電路以及馬達模組，用以將控制信號轉換為電流以驅動馬達模組，以使實際速度值保持在調整速度值。當馬達模組反應於一事件而致使實際速度值下降且實際電流值上升至限制電流值時，回授控制電路根據限制電流值而改變回授控制電路的至少一設定參數，以使控制信號進入飽和狀態而將實際電流值維持在限制電流值。
在本發明的一實施例中，當上述的控制信號進入飽和狀態而將實際電流值維持在限制電流值時，速度調控電路改變調整速度值以追蹤實際速度值，以使控制信號脫離飽和狀態而使實際電流值下降。
基於上述，在本發明的馬達裝置及馬達控制方法，可針對馬達模組的位置(角度)、速度以及電流(扭力)中的至少二者同時進行控制。如此一來，可在馬達裝置受到外力作用或遇到障礙物的情況下(例如馬達撞到人)，避免馬達模組的電流(扭力)過高而損毀或是發生危險，故可確保馬達裝置在使用上的安全性。一旦上述外力作用或障礙物狀況解除之後，馬達模組的實際速度值將可回復至設定速度值，以進行正常的運作。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
以下請參照圖1，圖1是依照本發明一實施例所繪示的馬達裝置100的電路方塊示意圖。馬達裝置100可包括馬達模組110、感測器模組120以及處理電路10。在本發明的一實施例中，感測器模組120可包括速度感測器、位置感測器或是電流感測器，而馬達模組110可為伺服馬達模組，但本發明並不限於此。
在本發明的一實施例中，處理電路10可以是硬體、韌體或是儲存在記憶體而由微處理器(micro-processor)、微控制器(micro-controller)或是數位信號處理器(DSP)所載入執行的軟體或機器可執行程式碼。若是採用硬體來實現，則處理電路10可以是由單一整合電路晶片所達成，也可以由多個電路晶片所完成，但本發明並不以此為限制。上述多個電路晶片或單一整合電路晶片可採用特殊功能積體電路(ASIC)或可程式化邏輯閘陣列(FPGA)來實現。而上述記憶體可以是例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快閃記憶體、硬碟或是光碟等等。
在本發明的一實施例中，如圖1所示，處理電路10可包括速度運算電路130、速度調控電路140、回授控制電路150以及電流控制電路160，但本發明並不以此為限。速度運算電路130、速度調控電路140、回授控制電路150以及電流控制電路160可分別以電路晶片、韌體或是軟體的方式來實現。在本發明的實施例中，處理電路10可用以對馬達模組110的角度(位置)、速度以及電流(扭力)中的至少二者同時進行控制，以下將針對馬達裝置100的各種控制方法(控制模式)進行說明。
在本發明的一實施例中，可針對馬達模組110的角度以及速度同時進行控制。以下請同時參照圖1與圖2，圖2是依照本發明一實施例所繪示的馬達控制方法的步驟流程示意圖，其中圖2的馬達控制方法可針對圖1的馬達模組110的角度以及速度同時進行控制。首先，在步驟S200中，可透過感測器模組120來感測馬達模組110的實際速度值RS與實際角度值RA。
接著，於步驟S210中，可透過速度運算電路130(處理電路10)根據實際角度值RA、設定角度值SA以及設定速度值SS進行運算以取得速度曲線SCU，其中設定角度值SA以及設定速度值SS可分別為使用者所輸入的角度指令以及速度指令，但本發明不限於此。詳細來說，設定速度值SS可包括用以設定馬達模組110的加速度值SS1以及速度限制值SS2，如圖3所示，速度曲線SCU可為座標軸(例如速度-時間坐標軸)上的梯形曲線，其中速度曲線SCU的最大速度值為速度限制值SS2，速度曲線SCU的上升斜率值或下降斜率值即為加速度值SS1，且速度曲線SCU與座標軸所圍繞的面積值則為設定角度值SA。
更進一步來說，在本發明的一實施例中，可根據式(1)來取得速度曲線SCU，其中a為加速度值SS1，S為設定角度值SA與實際角度值RA的角度差值。
式(1)
請再參照圖1與圖2，於步驟S220中，可透過速度調控電路140(處理電路10)將調整速度值ADJ_S保持在速度曲線SCU上。之後，在步驟S230中，當馬達模組110反應於一事件而致使實際速度值RS改變時，可透過速度調控電路140判斷是否改變調整速度值ADJ_S，以使調整速度值ADJ_S追蹤實際速度值RS。然後，於步驟S240中，可透過回授控制電路150(處理電路10)根據調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度差值進行運算以提供控制信號CTR。接著，在步驟S250中，可透過電流控制電路160(處理電路10)將控制信號CTR轉換為電流以驅動馬達模組110，以使馬達模組110的實際速度值RS保持在調整速度值ADJ_S。特別是，在上述事件結束後，可透過速度調控電路140將調整速度值ADJ_S與實際速度值RS重新保持在速度曲線SCU上。
更進一步來說，以下請同時參照圖1、圖4與圖5，圖4是依照本發明一實施例所繪示的速度調控電路140的內部運作示意圖，而圖5是在對圖1的馬達模組110的角度以及速度同時進行控制時，調整速度值ADJ_S、實際速度值RS與速度曲線SCU之間的關係示意圖。如圖5所示，於時間t0之前，速度調控電路140尚未取得速度曲線SCU(或是使用者尚未輸入角度指令以及速度指令)，因此調整速度值ADJ_S、實際速度值RS與速度曲線SCU處於未知的狀態。於時間t0時，速度調控電路140取得速度曲線SCU。由於此時的調整速度值ADJ_S小於速度曲線SCU所對應的速度值，因此速度調控電路140可根據加速度值SS1(例如圖3所示)對調整速度值ADJ_S進行遞增(即加速，如圖4的步驟S400與步驟S410)，以使調整速度值ADJ_S於時間t0至時間t1之間趨近速度曲線SCU，並使調整速度值ADJ_S於時間t1至時間t2之間保持在速度曲線SCU上。
值得一提的是，於時間t0至時間t2(不含)之間，由於調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度誤差值小於設定誤差值ES(可由設計者依實際應用或設計需求來設定)，因此可直接將調整速度值ADJ_S輸出至回授控制電路150(如圖4的步驟S430、步驟S440與步驟S460)，以接著執行圖2的步驟S240以及步驟S250，從而使實際速度值RS可隨著調整速度值ADJ_S而趨近並保持在速度曲線SCU上。可以理解的是，當馬達模組110的實際速度值RS保持在速度曲線SCU上時，表示馬達模組110正依據設定速度值SS進行運動。
於時間t2時，馬達模組110因受到外力的作用而致使實際速度值RS上升，由於調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度誤差值大於設定誤差值ES(可由設計者依實際應用或設計需求來設定)，因此可將實際速度值RS與設定誤差值ES進行加法或減法運算以得到更新速度值，且將此更新速度值作為調整速度值ADJ_S(如圖4的步驟S450)，以使調整速度值ADJ_S追蹤實際速度值RS。接著，可將改變後的調整速度值ADJ_S輸出並提供給回授控制電路150(如圖4的步驟S460)。在本發明的一實施例中，設計者可透過調整設定誤差值ES的大小，以避免調整速度值ADJ_S與實際速度值RS的速度差異過大而導致過電流的情況發生。
在時間t2至時間t3之間，由於調整速度值ADJ_S大於速度曲線SCU所對應的速度值，因此速度調控電路140可根據加速度值SS1(例如圖3所示)對調整速度值ADJ_S進行遞減(即減速，如圖4的步驟S400與步驟S420)，以使調整速度值ADJ_S於時間t2至時間t3之間趨近速度曲線SCU，並於時間t3至時間t4之間保持在速度曲線SCU上。
值得一提的是，於時間t2(不含)至時間t4(不含)之間，由於調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度誤差值小於設定誤差值ES，因此可直接將調整速度值ADJ_S輸出至回授控制電路150(如圖4的步驟S430、步驟S440與步驟S460)，以接著執行圖2的步驟S240以及步驟S250，從而使實際速度值RS可隨著調整速度值ADJ_S而趨近並保持在速度曲線SCU上。
於時間t4至時間t5之間，馬達模組110反應於一事件(例如受到外力的作用或是遭遇到障礙物)而致使實際速度值RS大幅下降，由於調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度誤差值大於設定誤差值ES，因此可將實際速度值RS與設定誤差值ES進行加法或減法運算以得到更新速度值，且將此更新速度值作為調整速度值ADJ_S(如圖4的步驟S450)，以使調整速度值ADJ_S持續地追蹤實際速度值RS。
於時間t5至時間t6之間，由於馬達模組110的實際速度值RS已降至零，因此可將調整速度值ADJ_S維持在設定誤差值ES，其中設定誤差值ES不為零。而在時間t6之後，馬達模組110所遭遇的上述事件(例如受到外力的作用或是遭遇到障礙物的狀況)解除，由於此時的調整速度值ADJ_S小於速度曲線SCU所對應的速度值，因此速度調控電路140可根據加速度值SS1(例如圖3所示)對調整速度值ADJ_S進行遞增(即加速，如圖4的步驟S400與S410)，以使調整速度值ADJ_S於時間t6之後開始趨近速度曲線SCU，並最終保持在速度曲線SCU上。調整速度值ADJ_S於時間t6之後開始趨近速度曲線SCU的運作類似於時間t0至時間t1之間的運作，故可參考時間t0至時間t1之間的運作說明，在此不再贅述。
在此值得一提的是，當圖5的實際速度值RS的曲線與速度-時間坐標軸所圍繞的面積值等於速度曲線SCU與速度-時間座標軸所圍繞的面積值時，表示馬達模組110的實際角度值RA已達到設定角度值SA。換句話說，此時的馬達裝置100已運動到使用者所設定的位置。
上述的實施例乃是針對馬達模組110的角度以及速度同時進行控制，但本發明並不限於此。在本發明的另一實施例中，在針對馬達模組110的角度及速度進行控制的同時，還可對馬達模組110的電流進行控制。以下請同時參照圖1與圖6，圖6是依照本發明另一實施例所繪示的馬達控制方法的步驟流程示意圖，其中圖6的馬達控制方法是針對圖1的馬達模組110的角度、速度以及電流同時進行控制。
首先，在步驟S600中，可透過感測器模組120來感測馬達模組110的實際速度值RS、實際角度值RA以及實際電流值RC。接著，於步驟S610中，可透過速度運算電路130(處理電路10)根據實際角度值RA、設定角度值SA以及設定速度值SS進行運算以取得速度曲線SCU。然後，於步驟S620中，可透過速度調控電路140(處理電路10)將調整速度值ADJ_S保持在速度曲線SCU上。之後，在步驟S630中，當馬達模組110反應於一事件而致使實際速度值RS改變時，可透過速度調控電路140判斷是否改變調整速度值ADJ_S，以使調整速度值ADJ_S追蹤實際速度值RS。然後，於步驟S640中，可透過回授控制電路150(處理電路10)根據調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度差值進行運算以提供控制信號CTR。接著，在步驟S650中，可透過電流控制電路160(處理電路10)將控制信號CTR轉換為電流以驅動馬達模組110，以使馬達模組110的實際速度值RS保持在調整速度值ADJ_S。在圖6所示的控制方法中，步驟S610、S620、S630、S640以及S650分別類似於圖2的步驟S210、S220、S230、S240以及S250，故其實施細節可參酌上述圖2~圖5的相關說明，在此不再贅述。
而在步驟S660中，當馬達模組110反應於一事件(例如遭遇到礙障物，但不限於此)而致使實際速度值RS下降且實際電流值RC上升至限制電流值SC時，可透過回授控制電路150根據限制電流值SC而改變回授控制電路150的至少一設定參數，以使控制信號CTR進入飽和狀態而將實際電流值RC維持在限制電流值SC，其中限制電流值SC可為使用者所輸入的電流指令，用以限制馬達模組110的最大輸出扭力，但本發明不限於此。在本發明的一實施例中，回授控制電路150可為比例-積分-微分控制電路(PID controller)，且上述至少一設定參數可包括比例增益參數(Kp)、積分增益參數(Ki)以及微分增益參數(Kd)，但本發明並不以此為限。在本發明的另一實施例中，回授控制電路150也可以是比例-積分控制電路(PI controller)、比例-微分控制電路(PD controller)、比例控制電路(P controller)或是積分控制電路(I controller)，其可依據實際應用或設計需求而定。在本發明的又一實施例中，回授控制電路150也可採用領先-落後控制器(Lead-Lag controller)等其他類型的自動控制器來實現。
在上述事件結束後，可透過回授控制電路150改變上述至少一設定參數，以使控制信號CTR離開飽和狀態且使實際電流值RC下降，並使實際速度值RS上升並保持在調整速度值ADJ_S。
更進一步來說，以下請同時參照圖1與圖7，圖7是在對圖1的馬達模組110的角度、速度以及電流同時進行控制時，調整速度值ADJ_S、實際速度值RS、控制信號CTR、實際電流值RC以及限制電流值SC之間的關係示意圖。如圖7所示，在時間t11之前，實際速度值RS實質上等於調整速度值ADJ_S，此時，馬達裝置100處於穩定狀態且依照速度曲線SCU的速度進行運動。
而在時間t11時，馬達模組110反應於一事件(例如受到外力的作用或是遭遇到障礙物)而致使實際速度值RS下降。在此假設調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度誤差值小於設定誤差值ES，因此可不改變調整速度值ADJ_S。此時，反應於調整速度值ADJ_S與實際速度值RS的速度差異，回授控制電路150所產生的控制信號CTR開始上升，致使實際電流值RC變大。
於時間t12時，馬達模組110的實際電流值RC達到限制電流值SC。此時，回授控制電路150可根據限制電流值SC而改變回授控制電路150的至少一設定參數，以使控制信號CTR進入飽和狀態而使馬達模組110的實際電流值RC維持在限制電流值SC，如此可避免實際電流值RC過高而導致過電流的情況發生，也可避免馬達模組110的扭力過大而發生危險。
於時間t13時，馬達模組110所遭遇的上述事件(例如受到外力的作用或是遭遇到障礙物)解除，可透過回授控制電路150改變上述至少一設定參數，以使控制信號CTR離開飽和狀態且使實際電流值RC下降，並使實際速度值RS上升(如時間t13至時間t14的時間區間所示)並保持在調整速度值ADJ_S(如時間t14至時間t15的時間區間所示)。
在時間t15時，馬達模組110再度反應於一事件(例如受到外力的作用或是遭遇到障礙物)而致使實際速度值RS再度下降。同樣假設調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度誤差值小於設定誤差值ES，因此可不改變調整速度值ADJ_S。此時，反應於調整速度值ADJ_S與實際速度值RS的速度差異，回授控制電路150所產生的控制信號CTR開始上升，致使實際電流值RC變大。
於時間t16時，馬達模組110的實際電流值RC達到限制電流值SC。同樣地，此時回授控制電路150可根據限制電流值SC而改變回授控制電路150的至少一設定參數，以使控制信號CTR進入飽和狀態而使馬達模組110的實際電流值RC維持在限制電流值SC，但本發明不限於此。在本發明的一實施例中，如時間t16所示，當控制信號CTR進入飽和狀態而使實際電流值RC維持在限制電流值SC時，可透過速度調控電路140改變(降低)調整速度值ADJ_S，以使調整速度值ADJ_S追蹤實際速度值RS，致使控制信號CTR脫離飽和狀態而使實際電流值RC下降(即降低馬達模組110的扭力)，如時間t16至時間t17的時間區間所示。
由上可知，當馬達模組110在受到外力的作用或是遭遇到障礙物而致使實際速度值RS下降且實際電流值RC達到限制電流值SC時，馬達模組110的實際電流值RC將被維持在限制電流值SC或是在達到限制電流值SC時開始下降。也就是說，馬達模組110在受到外力的作用或是遭遇到障礙物時，其輸出扭力將會降低或維持在一固定值，如此一來，除了可避免過電流情況的發生，還可避免馬達模組110的輸出扭力過大而發生危險。另一方面，一旦上述外力或是障礙物解除時，馬達模組110的實際速度值RS將可逐漸回升並保持在設定速度值SS或是速度曲線SCU上，以依據設定速度值SS或是速度曲線SCU的速度進行運動。
上述的實施例乃是針對馬達模組110的角度、速度以及電流同時進行控制，但本發明並不限於此。在本發明的又一實施例中，也可僅針對馬達裝置100的速度以及電流同時進行控制。以下請同時參照圖1與圖8，圖8是依照本發明又一實施例所繪示的馬達控制方法的步驟流程示意圖，其中圖8的馬達控制方法是針對圖1的馬達裝置100的速度以及電流同時進行控制。
首先，在步驟S800中，可透過感測器模組120來感測馬達模組110的實際速度值RS以及實際電流值RC。接著，於步驟S810中，可透過速度調控電路140(處理電路10)將調整速度值ADJ_S保持在設定速度值SS。然後，於步驟S820中，可透過回授控制電路150(處理電路10)根據調整速度值ADJ_S與實際速度值RS之間的速度差值進行運算以提供控制信號CTR。接著，在步驟S830中，可透過電流控制電路160(處理電路10)將控制信號CTR轉換為電流以驅動馬達模組110，以使馬達模組110的實際速度值RS保持在調整速度值ADJ_S。之後，在步驟S840中，當馬達模組110反應於一事件而致使實際速度值RS下降且實際電流值RC上升至限制電流值SC時，可透過回授控制電路150根據限制電流值SC而改變回授控制電路150的至少一設定參數，以使控制信號SC進入飽和狀態而將實際電流值RC維持在限制電流值SC。
在圖8所示的控制方法中，步驟S810、S820、S830以及S840分別類似於圖6的步驟S620、S640、S650以及S660，故其實施細節可參酌上述圖6~圖7的相關說明，在此不再贅述。值得一提的是，在圖8所示的控制方法中，並未對馬達裝置100的角度進行控制，故可省略圖6所示的步驟S610(亦即取得速度曲線SCU的步驟)。如此一來，圖1所示的速度運算電路130可省略，而圖8的步驟S810則可將調整速度值ADJ_S保持在設定速度值SS，其中設定速度值SS可為使用者所輸入的速度指令，但本發明不限於此。除此之外，在圖8所示的控制方法中，還省略了圖6的步驟S630(亦即省略了讓調整速度值ADJ_S追蹤實際速度值RS的步驟)，但本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中，圖8所示的控制方法也可以不省略圖6的步驟S630(亦即讓調整速度值ADJ_S追蹤實際速度值RS的步驟)。
綜上所述，在本發明實施例的馬達裝置及馬達控制方法中，可針對馬達模組的位置(角度)、速度以及電流(扭力)中的至少二者同時進行控制。如此一來，可在馬達裝置受到外力作用或遇到障礙物的情況下(例如馬達撞到人)，避免馬達模組的電流(扭力)過高而損毀或是發生危險，故可確保馬達裝置在使用上的安全性。一旦上述外力作用或障礙物狀況解除之後，馬達模組的實際速度值將可回復至設定速度值或速度曲線上，以進行使用者所設定的運作。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧處理電路
100‧‧‧馬達裝置
110‧‧‧馬達模組
120‧‧‧感測器模組
130‧‧‧速度運算電路
140‧‧‧速度調控電路
150‧‧‧回授控制電路
160‧‧‧電流控制電路
ADJ_S‧‧‧調整速度值
CTR‧‧‧控制信號
ES‧‧‧設定誤差值
RA‧‧‧實際角度值
RC‧‧‧實際電流值
RS‧‧‧實際速度值
S200、S210、S220、S230、S240、S250、S400、S410、S420、S430、S440、S450、S460、S600、S610、S620、S630、S640、S650、S660、S800、S810、S820、S830、S840‧‧‧馬達控制方法的步驟
SA‧‧‧設定角度值
SC‧‧‧限制電流值
SCU‧‧‧速度曲線
SS‧‧‧設定速度值
SS1‧‧‧加速度值
SS2‧‧‧速度限制值
t0~t6、t11~t17‧‧‧時間
圖1是依照本發明一實施例所繪示的馬達裝置的電路方塊示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的馬達控制方法的步驟流程示意圖。 圖3是依照本發明一實施例所繪示的速度曲線示意圖。 圖4是依照本發明一實施例所繪示的速度調控電路的內部運作示意圖。 圖5是在對圖1的馬達模組的角度以及速度同時進行控制時，調整速度值、實際速度值與速度曲線之間的關係示意圖。 圖6是依照本發明另一實施例所繪示的馬達控制方法的步驟流程示意圖。 圖7是在對圖1的馬達模組的角度、速度以及電流同時進行控制時，調整速度值、實際速度值、控制信號、實際電流值以及限制電流值之間的關係示意圖。 圖8是依照本發明又一實施例所繪示的馬達控制方法的步驟流程示意圖。
S200、S210、S220、S230、S240、S250‧‧‧馬達控制方法的步驟

Claims (22)

  1. 一種馬達控制方法，包括： 透過一感測器模組來感測一馬達模組的實際速度值與實際角度值； 透過一速度運算電路根據該實際角度值、一設定角度值以及一設定速度值進行運算以取得一速度曲線； 透過一速度調控電路將一調整速度值保持在該速度曲線上； 當該馬達模組反應於一事件而致使該實際速度值改變時，透過該速度調控電路判斷是否改變該調整速度值，以使該調整速度值追蹤該實際速度值； 透過一回授控制電路根據該調整速度值與該實際速度值的一速度差值進行運算以提供一控制信號；以及 透過一電流控制電路將該控制信號轉換為一電流以驅動該馬達模組，以使該實際速度值保持在該調整速度值， 其中，在該事件結束後，透過該速度調控電路將該調整速度值與該實際速度值重新保持在該速度曲線上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的馬達控制方法，其中該設定速度值包括用以設定該馬達模組的一加速度值以及一速度限制值，其中該速度曲線為一座標軸上的一梯形曲線，該速度曲線的最大速度值為該速度限制值，該速度曲線的上升斜率值或下降斜率值為該加速度值，且該速度曲線與該座標軸所圍繞的面積值為該設定角度值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的馬達控制方法，其中透過該速度調控電路將該調整速度值保持在該速度曲線上的步驟包括： 根據該加速度值對該調整速度值進行遞增或遞減，以使該調整速度值趨近並保持在該速度曲線上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的馬達控制方法，其中當該馬達反應於該事件而致使該實際速度值改變時，透過該速度調控電路判斷是否改變該調整速度值，以使該調整速度值追蹤該實際速度值的步驟包括： 當該馬達模組反應於該事件而致使該實際速度值改變時，將該調整速度值與該實際速度值進行比較以得到一速度誤差值； 判斷該速度誤差值是否大於一設定誤差值； 若判斷結果為是，將該實際速度值與該設定誤差值進行加法或減法運算以得到一更新速度值，且將該更新速度值作為該調整速度值；以及 若判斷結果為否，則不改變該調整速度值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的馬達控制方法，其中當該馬達模組反應於該事件而致使該實際速度值降為零時，將該調整速度值維持在該設定誤差值，其中該設定誤差值不為零。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的馬達控制方法，更包括： 透過該感測器模組來感測該馬達模組的實際電流值； 當該馬達模組反應於該事件而致使該實際速度值下降且該實際電流值上升至一限制電流值時，透過該回授控制電路根據該限制電流值而改變該回授控制電路的至少一設定參數，以使該控制信號進入一飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的馬達控制方法，其中該回授控制電路為比例-積分-微分控制電路，且該至少一設定參數包括比例增益參數、積分增益參數以及微分增益參數。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的馬達控制方法，更包括： 當該事件結束後，透過該回授控制電路改變該至少一設定參數，以使該實際電流值下降，並使該實際速度值上升並保持在該調整速度值。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的馬達控制方法，更包括： 當該控制信號進入該飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值時，透過該速度調控電路改變該調整速度值以追蹤該實際速度值，以使該控制信號脫離該飽和狀態而使該實際電流值下降。
  10. 一種馬達控制方法，包括： 透過一感測器模組來感測一馬達模組的實際速度值與實際電流值； 透過一速度調控電路將一調整速度值保持在一設定速度值或一速度曲線上； 透過一回授控制電路根據該調整速度值與該實際速度值的一速度差值進行運算以提供一控制信號； 透過一電流控制電路將該控制信號轉換為一電流以驅動該馬達模組，以使該實際速度值保持在該調整速度值；以及 當該馬達模組反應於一事件而致使該實際速度值下降且該實際電流值上升至一限制電流值時，透過該回授控制電路根據該限制電流值而改變該回授控制電路的至少一設定參數，以使該控制信號進入一飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的馬達控制方法，其中該回授控制電路為比例-積分-微分控制電路，且該至少一設定參數包括比例增益參數、積分增益參數以及微分增益參數。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的馬達控制方法，更包括： 當該事件結束後，透過該回授控制電路改變該至少一設定參數，以使該實際電流值下降，並使該實際速度值上升並保持在該調整速度值。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的馬達控制方法，更包括： 當該控制信號進入該飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值時，透過該速度調控電路改變該調整速度值以追蹤該實際速度值，以使該控制信號脫離該飽和狀態而使該實際電流值下降。
  14. 一種馬達裝置，包括： 一馬達模組； 一感測器模組，用以感測該馬達模組的實際速度值與實際角度值； 一速度運算電路，耦接到該感測器模組，用以根據該實際角度值、一設定角度值以及一設定速度值進行運算以產生一速度曲線； 一速度調控電路，耦接到該速度運算電路以接收該速度曲線，且用以將一調整速度值保持在該速度曲線上； 一回授控制電路，耦接到該速度調控電路以及該感測器模組，用以根據該調整速度值與該實際速度值的一速度差值進行運算以產生一控制信號；以及 一電流控制電路，耦接到該回授控制電路以及該馬達模組，用以將該控制信號轉換為一電流以驅動該馬達模組，以使該實際速度值保持在該調整速度值， 其中當該馬達模組反應於一事件而致使該實際速度值改變時，該速度調控電路判斷是否改變該調整速度值，以使該調整速度值追蹤該實際速度值， 其中在該事件結束後，該速度調控電路將該調整速度值與該實際速度值重新保持在該速度曲線上。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的馬達裝置，其中該設定速度值包括用以設定該馬達模組的一加速度值以及一速度限制值，其中該速度曲線為一座標軸上的一梯形曲線，該速度曲線的最大速度值為該速度限制值，該速度曲線的上升斜率值或下降斜率值為該加速度值，且該速度曲線與該座標軸所圍繞的面積值為該設定角度值。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的馬達裝置，其中該速度調控電路根據該加速度值對該調整速度值進行遞增或遞減，以使該調整速度值趨近並保持在該速度曲線上。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的馬達裝置，其中： 當該馬達模組反應於該事件而致使該實際速度值改變時，該速度調控電路將該調整速度值與該實際速度值進行比較以得到一速度誤差值；以及 該速度調控電路判斷該速度誤差值是否大於一設定誤差值，若判斷結果為是，將該實際速度值與該設定誤差值進行加法或減法運算以得到一更新速度值，且將該更新速度值作為該調整速度值，以及若判斷結果為否，則不改變該調整速度值。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的馬達裝置，其中： 該感測器模組更用以感測該馬達模組的實際電流值， 當該馬達模組反應於該事件而致使該實際速度值下降且該實際電流值上升至一限制電流值時，該回授控制電路根據該限制電流值而改變該回授控制電路的至少一設定參數，以使該控制信號進入一飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值。
  19. 一種馬達裝置，包括： 一馬達模組； 一感測器模組，用以感測該馬達模組的實際速度值與實際電流值； 一速度調控電路，用以將一調整速度值保持在一設定速度值或一速度曲線上； 一回授控制電路，耦接到該速度調控電路以及該感測器模組，用以根據該調整速度值與該實際速度值的一速度差值進行運算以產生一控制信號；以及 一電流控制電路，耦接到該回授控制電路以及該馬達模組，用以將該控制信號轉換為一電流以驅動該馬達模組，以使該實際速度值保持在該調整速度值， 其中當該馬達模組反應於一事件而致使該實際速度值下降且該實際電流值上升至一限制電流值時，該回授控制電路根據該限制電流值而改變該回授控制電路的至少一設定參數，以使該控制信號進入一飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的馬達裝置，其中該回授控制電路為比例-積分-微分控制電路，且該至少一設定參數包括比例增益參數、積分增益參數以及微分增益參數。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的馬達裝置，其中當該事件結束後，該回授控制電路改變該至少一設定參數，以使該實際電流值下降，並使該實際速度值上升並保持在該調整速度值。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的馬達裝置，其中當該控制信號進入該飽和狀態而將該實際電流值維持在該限制電流值時，該速度調控電路改變該調整速度值以追蹤該實際速度值，以使該控制信號脫離該飽和狀態而使該實際電流值下降。
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