TWI715635B - 馬達控制命令的保護方法 - Google Patents

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Abstract

一種馬達控制命令的保護方法，首先輸入位置命令，記錄本時序及前時序的位置命令、速度命令與電流命令，檢查保護機制未啟動，再檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令相同，且前時序速度命令的速度不等於0時，啟動保護機制，並以前時序的電流命令取代本時序的電流命令，輸出控制命令，以抑制異常電流。

Description

馬達控制命令的保護方法
本發明有關一種馬達，尤其關於馬達在控制轉動時，對不連續控制命令所造成不正常電流，提供保護的方法。
機器手臂具有靈活移動、精確定位及連續性作業的特性，已成為產品生產線上製造組裝的最佳利器。而降低機器手臂移動時的震動，提升機器手臂控制的精確性，需要正確控制馬達。
先前技術的馬達主要利用轉動提供動力，馬達的控制系統，藉由控制命令控制馬達轉動。為了精確控制馬達，控制系統利用類比數位轉換器(A/D CONVERTER)取出的馬達A相電流與B相電流，形成數位的電流訊號，作為控制系統中電流控制器的回授訊號，以補償馬達輸出力矩。馬達並設有編碼器偵測馬達的轉動位置，偵測的馬達轉動位置訊號回授至控制系統中速度控制器，以補償馬達的轉動速度，而編碼器另提供馬達的轉動位置訊號回授給控制系統中位置控制器，以補償馬達定位的轉動位置。因此，馬達的控制系統輸入控制命令時，配合回授訊號經由位置控制器、速度控制器及電流控制器，計算補償控制命令，控制馬達以需求的轉動速度至需求的轉動位置，以輸出需求的轉動力矩。
然而，馬達的控制系統，輸入控制命令至位置控制器、速度控制器及電流控制器，須配合回授訊號計算補償調整，才能形成正確的控制命令控制馬達轉動。由於控制命令的計算補償調整需要時間，一旦控制命令的處理時間不足，無法依照正常時序輸出控制命令，將造成馬達轉動操作不連續，不僅導致馬達產生震動，過大的震動使無法馬達準確定位，進而降低性能，不連續的控制命令也會產生異常的控制電流(請參圖5)，過大的異常電流容易損毀電子部件，導致馬達故障。因此，馬達在控制命令的保護上，仍有問題亟待解決。
本發明的目的提供一種馬達控制命令的保護方法，藉由檢查馬達本時序位置命令與前次位置命令相同，且前時序的轉動速度不等於零，即啟動保護機制，以保護控制命令避免異常。
本發明另一目的在提供一種馬達控制命令的保護方法，利用檢查保護旗標設立，確認啟動保護機制，將本時序電流命令以前時序電流命令取代，以避免控制電流異常。
本發明再一目的在提供一種馬達控制命令的保護方法，啟動保護機制，同時計時保護時間，一到預設保護時間，停止保護旗標，正常執行電流命令，以維持控制的精確性。
為了達到前述發明的目的，本發明馬達控制命令的保護方法，首先輸入位置命令，記錄本時序及前時序的位置命令、速度命令與電流命令，檢查保護機制未啟動，再檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令相同，且前時序速度命令的速度不等於0時，啟動保護機制，並以前時 序的電流命令取代本時序的電流命令，輸出控制命令。
本發明馬達控制命令的保護方法，檢查保護機制啟動時，直接進入以前時序的電流命令取代本時序的電流命令的步驟。而在檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令不相同，或前時序速度命令的速度等於0時，則直接進入輸出控制命令的步驟，以本時序的電流命令形成控制命令輸出。
本發明馬達控制命令的保護方法，啟動保護機制時，設立保護旗標，以保護旗標的設立作為辨識保護機制啟動。啟動保護機制時，開始計時保護時間。檢查計時到達保護時間，關閉保護機制及停止保護旗標。計時未到達保護時間時，直接進入輸出控制命令的步驟。
10‧‧‧控制系統
11‧‧‧馬達
12‧‧‧位置控制器
13‧‧‧速度控制器
14‧‧‧電流控制器
15‧‧‧編碼器
16‧‧‧類比數位轉換器
17‧‧‧速度計算器
20‧‧‧時序步驟
21‧‧‧啟動時序
圖1 為本發明機器手臂的馬達的控制系統的功能圖。
圖2 為本發明馬達轉動位置座標圖。
圖3 為本發明馬達控制電流座標圖。
圖4 為本發明馬達控制命令的保護方法的流程圖。
圖5 為先前技術異常的控制電流座標圖。
有關本發明為達成上述目的，所採用之技術手段及其功效，茲舉較佳實施例，並配合圖式加以說明如下。
請同時參閱圖1、圖2及圖3，圖1為本發明機器手臂的馬達的控制系統，圖2為本發明馬達轉動位置圖，圖3為本發明馬達控制電流圖。 圖1中本發明馬達11的控制系統10，包含位置控制器12、速度控制器13及電流控制器14等，控制系統10利用控制命令控制馬達11轉動。其中馬達11為A、B、C相的三相馬達，並設有編碼器15用以偵測馬達11的轉動位置。控制系統10利用類比數位轉換器16，從馬達11取出A相電流與B相電流，形成數位電流訊號，作為電流控制器14的電流回授訊號，補償馬達11輸出的力矩。而馬達11的編碼器15偵測馬達11轉動位置訊號，經速度計算器17計算馬達11的轉動速度，回授至速度控制器13補償馬達11的轉動速度。編碼器15偵測的馬達11轉動位置訊號，另回授至位置控制器12補償馬達11轉動位置的定位。馬達11的控制系統10，將位置命令輸經位置控制器12、速度命令輸經速度控制器13及電流命令輸經電流控制器14，並配合回授訊號計算補償調整形成控制命令，以控制馬達11的轉動位置、轉動速度及轉動力矩。
圖2中，當控制馬達11從轉動位置A轉動至轉動位置B，馬達11的控制系統10會按照事先設定的路徑、速度及力矩，規劃一連串細部的位置命令、速度命令及電流命令，依照時序輸入馬達11的控制系統10，控制馬達11一時序步驟20接一時序步驟20，由轉動位置A平順向轉動位置B轉動。在每一時序步驟20控制馬達11轉動時，當位置命令一輸入馬達11的位置控制器12，馬達11的控制系統10將紀錄本時序的位置命令、速度命令與電流命令，及紀錄前時序的位置命令、速度命令及電流命令。接著檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令是否相同，以及檢查前時序速度命令的速度不等於0的保護條件，如果檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令不相同，或前時序速度命令的速度等於0，即不符保護條件時，表示馬達11正常執行控制命令平順地轉動，因此維持輸入本時序的位置命令、速度 命令與電流命令，正常執行本時序的控制命令。
如果檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令相同，且前時序速度命令的速度不等於0，即符合保護條件時，表示馬達11靜止並未依照控制命令轉動位置(參圖2中啟動時序21)，因此判斷控制命令不連續，立即啟動保護機制，設立保護旗標作為辨識保護機制啟動，並以前時序的電流命令取代本時序的電流命令，限制馬達11的控制電流維持在原來的狀況，以避免出現異常電流。由於控制命令不連續，是因處理控制命令的時間不足所引起，不連續的控制命令通常延續數個時序，因此必須適當預設保護機制的保護時間，讓保護時間涵蓋數個時序，藉保護機制抑制異常電流。圖3中，顯示本發明在啟動保護機制的保護時間，可將馬達11的控制電流維持在執行控制命令的電流水準。
保護機制的保護時間，在啟動保護機制的同時開始計時，一旦計時至預設的保護時間，就關閉保護機制，停止保護旗標，並利用本時序的電流命令直接輸出控制命令，以避免影響馬達11的控制系統10後續正常執行控制命令。因執行控制命令的時序，每一時序都具有固定的間隔時間，因此保護時間的計時，也可以記數控制命令的時序數目取代。
如圖4所示，為本發明馬達控制命令的保護方法的流程。本發明馬達控制命令的保護方法的詳細步驟說明如下：在步驟P1，馬達的控制系統輸入位置命令時；步驟P2，記錄本時序的位置命令、速度命令與電流命令，及記錄前時序的位置命令、速度命令及電流命令；接著步驟P3，檢查保護機制是否在啟動中？假如保護機制未啟動，則進入步驟P4，檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令是否相同，以及檢查前時序速度命令的速度 不等於0的保護條件，假如檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令相同，且前時序速度命令的速度不等於0，符合保護條件則再進入步驟P5，啟動保護機制；在步驟P6，同時開始計時保護時間；步驟P7，以前時序的電流命令取代本時序的電流命令。前述步驟P3，假如檢查保護機制在啟動中，則直接進入步驟P7，以前時序的電流命令取代本時序的電流命令；在步驟P8，檢查步驟P6的計時是否到達保護時間？假如到達保護時間，則進入步驟P9關閉保護機制；接著在步驟P10，輸出控制命令。前述步驟P8，假如檢查計時未到達保護時間，則直接進入步驟P10，輸出控制命令。前述步驟P4，假如檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令不相同，或前時序速度命令的速度等於0，則可直接進入步驟P10，輸出控制命令。
因此，本發明馬達控制命令的保護方法，就可藉由檢查馬達本次位置命令與前次位置命令相同，且前次的轉動速度不等於零，立即啟動保護機制，設立保護旗標，作為確認啟動保護機制，同時計時預設的保護時間，並將本時序電流命令利用前時序電流命令取代，以達到避免控制電流異常的目的。一到保護時間，立即關閉保護機制，停止保護旗標，正常執行電流命令，以維持馬達控制的精確性。
以上所述者，僅為用以方便說明本發明之較佳實施例，本發明之範圍不限於該等較佳實施例，凡依本發明所做的任何變更，於不脫離本發明之精神下，皆屬本發明申請專利之範圍。
20:時序步驟
21:啟動時序

Claims (9)

  1. 一種馬達控制命令的保護方法，其步驟包含：輸入位置命令；記錄本時序及前時序的位置命令、速度命令與電流命令；檢查保護機制未啟動；再檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令相同，且前時序速度命令的速度不等於0；啟動保護機制；以前時序的電流命令取代本時序的電流命令；輸出控制命令。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制命令的保護方法，其中檢查保護機制啟動時，直接進入以前時序的電流命令取代本時序的電流命令的步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制命令的保護方法，其中檢查本時序的位置命令與前時序的位置命令不相同，或前時序速度命令的速度等於0時，則直接進入輸出控制命令的步驟。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制命令的保護方法，其中直接進入輸出控制命令步驟，以本時序的電流命令形成控制命令輸出。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制命令的保護方法，其中啟動保護機制時，設立保護旗標，以保護旗標的設立作為辨識保護機制的啟動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制命令的保護方法，其中啟動保護機制時，開始計時保護時間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之馬達控制命令的保護方法，其中檢查計時到達保護時間，關閉保護機制。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之馬達控制命令的保護方法，其中檢查計時未到達保護時間時直接進入輸出控制命令的步驟。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之馬達控制命令的保護方法，其中關閉保護機制時停止保護旗標。
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