TWI718959B - 馬達負載即時調整系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
一種馬達負載即時調整系統,包含一第一低通濾波模組、一第一增益模組、一第一積分模組、一第二低通濾波模組、一微分模組、一第二積分模組、一倒數運算模組與一乘法運算模組。馬達負載即時調整系統接收一電流命令計算出一第一計算值,接收馬達回授轉速信號計算出一第二計算值與一第三計算值,並利用第一計算值與第三計算值計算出一系統即時負載值,藉以使轉速控制器依據系統即時負載值修改電流命令,進而減少過衝量與降低系統的不穩定性。
Description
本發明係有關於一種系統及方法,尤其是指一種馬達負載即時調整系統及其方法。
一般來說,伺服馬達通常包含一轉速控制迴路。轉速控制迴路包含轉速回授與轉速控制兩部分。請一併參閱第一圖與第二圖,其中,第一圖係顯示先前技術之轉速控制迴路之示意圖;以及,第二圖係顯示先前技術之馬達回授轉速信號與轉速命令之示意圖。如圖所示,一種轉速控制迴路PA100包含一轉速運算模組PA1、一轉速控制器PA2、一電流運算模組PA3、一電流控制器PA4、一逆變器PA5、一馬達PA6與一馬達回授轉速偵測模組PA7。
轉速控制器PA2會接收一轉速命令WC,並據以產生一電流命令IC。電流控制器PA4會接收電流命令IC,並產生一電壓命令VC。逆變器PA5接收電壓命令VC會據以轉換後,傳送至馬達PA6且同時回傳至電流運算模組PA3。馬達回授轉速偵測模組PA7則會偵測馬達
PA6並輸出一馬達回授轉速信號WCF,並解析出一馬達回授轉速。轉速運算模組PA1便會利用轉速命令WC與馬達回授轉速,計算出一轉速差值。
轉速控制器PA2會依據轉速差值與一系統負載值,調整並產生下一次的電流命令IC,其中,系統負載值的影響程度又更甚於轉速差值。一般來說,系統負載值可由使用者自行設定,然而,隨著機械器件的老化或是負載改變,若是使用者沒有及時調整系統負載值,便容易因為控制不匹配而使得轉速控制迴路PA100產生過衝量以及增加不穩定性。如第二圖所示,馬達回授轉速所代表的馬達回授轉速信號WCF明顯會產生過衝,且需要時間震盪之後才會逐漸趨近於轉速命令WC。因此,先前技術中的轉速控制迴路PA100具有改善的空間。
有鑒於在先前技術中,轉速控制迴路存在無法即時調整系統負載值的可能性,進而衍生出的種種問題。本發明之一主要目的係提供一種馬達負載即時調整系統,用以解決先前技術中的至少一個問題。
本發明為解決先前技術之問題,所採用之必要技術手段為提供一種馬達負載即時調整系統,電性連接一轉速控制器與一馬達回授轉速偵測模組,藉以接收一電流命令與一馬達回授轉速信號,並包含一第一低通濾波模組、一第一增益模組、一第一積分模組、一第二低通濾波模組、一微分模組、一第二積分模組、一倒數運算模組與一乘法運算模組。
第一低通濾波模組用以接收並濾波轉速控制器依據一轉速命令所輸出之電流命令。第一增益模組電性連接第一低通濾波模組,並將電流命令乘以一第一增益值。第一積分模組電性連接第一增益模組,並對乘以第一增益值之電流命令在一積分運算時間區間內進行積分,以獲得一第一計算值。
第二低通濾波模組電性連接馬達回授轉速偵測模組,用以接收並濾波馬達回授轉速信號,據以解析出一馬達回授轉速。微分模組電性連接第二低通濾波模組,用以接收並對馬達回授轉速進行微分。第二積分模組電性連接微分模組,用以對進行微分之馬達回授轉速在積分運算時間區間內進行積分,以獲得一第二計算值。倒數運算模組電性連接第二積分模組,用以將第二計算值進行倒數運算,以獲得一第三計算值。
乘法運算模組電性連接第一積分模組與倒數運算模組,藉以接收並將第一計算值與第三計算值相乘,以獲得一系統即時負載值,並將系統即時負載值傳送至轉速控制器,藉以使轉速控制器依據系統即時負載值修改電流命令。其中,轉速控制器依據系統即時負載值修改電流命令後,將使馬達回授轉速趨近於轉速命令。
在上述必要技術手段的基礎下,本發明所衍生之一附屬技術手段為使馬達負載即時調整系統中之第一低通濾波模組,係一低通濾波器。
在上述必要技術手段的基礎下,本發明所衍生之一附屬技術手段為使馬達負載即時調整系統中之第二低通濾波模組,係一低通濾波器。
在上述必要技術手段的基礎下,本發明所衍生之一附屬技術手段為使馬達負載即時調整系統中之第一積分模組,係一積分器。
在上述必要技術手段的基礎下,本發明所衍生之一附屬技術手段為使馬達負載即時調整系統中之第二積分模組,係一積分器。
在上述必要技術手段的基礎下,本發明所衍生之一附屬技術手段為使馬達負載即時調整系統中之微分模組,係一微分器。
在上述必要技術手段的基礎下,本發明所衍生之一附屬技術手段為使馬達負載即時調整系統中之乘法運算模組,係一乘法器。
本發明為解決先前技術之問題,所採用之必要技術手段為另外提供一種馬達負載即時調整方法,並包含:(a) 利用該第一低通濾波模組,接收並濾波該電流命令;(b) 利用該第一增益模組,將該電流命令乘以該第一增益值;(c) 利用該第一積分模組,對乘以該第一增益值之該電流命令在該積分運算時間區間內進行積分,以獲得該第一計算值;(d) 利用該第二低通濾波模組,接收並濾波該馬達回授轉速信號,並據以解析出該馬達回授轉速;(e) 利用該微分模組,接收並對該馬達回授轉速進行微分;(f) 利用該第二積分模組,用以對進行微分之該馬達回授轉速在該積分運算時間區間內進行積分,以獲得該第二計算值;(g) 利用該倒數運算模組,將該第二計算值進行倒數運算,以獲得該第三計算值;(h) 利用該乘法運算模組,接收並將該第一計算值與該第三計算值相乘,以獲得該系統即時負載值;以及,(i) 利用該乘法運算模組將該系統即時負載值傳送至該轉速控制器,藉以使該轉速控制器依據該系統即時負載值修改該電流命令。
承上所述,本發明所提供之馬達負載即時調整系統及其方法,利用第一低通濾波模組、第一增益模組、第一積分模組、第二低通濾波模組、微分模組、第二積分模組、倒數運算模組與乘法運算模組,計算出系統即時負載值,藉以使轉速控制器即時地修改電流命令,進而達到減少過衝量以及降低系統不穩定性的功效。
下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍,本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是,圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
請一併參閱第三圖至第五圖,其中,第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之馬達負載即時調整系統之方塊圖;第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之馬達負載即時調整系統外接於轉速控制迴路之示意圖;以及,第五圖係顯示本發明較佳實施例之馬達回授轉速信號與轉速命令之示意圖。如圖所示,一種馬達負載即時調整系統1,包含一第一低通濾波模組11、一第一增益模組12、一第一積分模組13、一第二低通濾波模組14、一微分模組15、一第二積分模組16、一倒數運算模組17與一乘法運算模組18,並電性連接於一轉速控制迴路100。
轉速控制迴路100包含一轉速運算模組2、一轉速控制器3、一電流運算模組4、一電流控制器5、一逆變器6、一馬達7與一馬達回授轉速偵測模組8。需說明的是,轉速控制迴路100與先前技術中的轉速控制迴路PA100相同。轉速控制器3會接收一轉速命令WC,並據以產生一電流命令IC。電流控制器5會接收電流命令IC,並產生一電壓命令VC。逆變器6接收電壓命令VC會據以轉換後,傳送至馬達7且同時回傳至電流運算模組4。馬達回授轉速偵測模組8則會偵測馬達7並輸出一馬達回授轉速信號WCF,並解析出一馬達回授轉速。轉速運算模組2便會利用轉速命令WC與馬達回授轉速,計算出一轉速差值。其中,在本實施例中,命令的本質為一時間函數,舉例來說,電流命令IC為在每個時間點給予多少電流值的命令。
馬達負載即時調整系統1電性連接於轉速控制迴路100,其中,第一低通濾波模組11電性連接於轉速控制器3,第二低通濾波模組14電性連接於馬達回授轉速偵測模組8,而乘法運算模組18也電性連接於轉速控制器3。
第一低通濾波模組11會接收並濾波電流命令IC,可為一低通濾波器。第一增益模組12電性連接第一低通濾波模組11,用以接收電流命令IC,並將電流命令IC乘以一第一增益值。第一積分模組13電性連接第一增益模組12,用以接收乘以第一增益值後的電流命令IC,並在一積分運算時間區間內對上述乘以第一增益值後的電流命令IC進行積分,藉以獲得一第一計算值。第一積分模組13可為一積分器。因為電流命令IC本質為時間函數,故第一積分模組13可以在積分運算時間區間內對電流命令IC進行積分。更詳細的說明,第一積分模組13是執行拉普拉斯積分轉換運算。
第二低通濾波模組14接收並濾波馬達回授轉速信號WCF,據以解析出一馬達回授轉速。第二低通濾波模組14可為一低通濾波器。微分模組15電性連接第二低通濾波模組14,用以接收並對馬達回授轉速進行微分。第二積分模組16電性連接微分模組15,用以對上述進行微分的馬達回授轉速在積分運算時間區間內進行積分,以獲得一第二計算值,其中,第二積分模組16與第一積分模組13相同,是執行拉普拉斯積分轉換運算。倒數運算模組17電性連接第二積分模組16,用以將第二計算值進行倒數運算,以獲得一第三計算值。
乘法運算模組18電性連接第一積分模組13與倒數運算模組17,藉以接收並將第一計算值與第三計算值相乘,以獲得一系統即時負載值,並將系統即時負載值傳送至轉速控制器3,藉以使轉速控制器3依據系統即時負載值修改電流命令IC。乘法運算模組18可為一乘法器。
更詳細的說明,轉速控制器3會依據轉速差值與系統即時負載值產生電流命令IC,且系統即時負載值的影響更甚於轉速差值。因為馬達負載即時調整系統1可以即時獲得系統即時負載值,故當系統的負載值改變時,馬達負載即時調整系統1可以即時藉由系統即時負載值得知。因此,轉速控制器3便可以接收到即時的系統即時負載值,進而利用系統即時負載值去修改電流命令IC,藉以避免系統的負載值改變所衍生出的過衝量以及增加不穩定性問題。
本發明較佳實施例所提供的馬達負載即時調整系統1電性連接於轉速控制迴路100後,因為馬達負載即時調整系統1可以獲得系統即時負載值,並傳送至轉速控制器3。因此,轉速控制器3可以即時得知系統即時負載值,並據以修改調整電流命令IC,進而使得實際的馬達回授轉速所代表的馬達回授轉速信號WCF趨近於轉速命令WC。如第五圖所示,本發明的馬達回授轉速所代表的馬達回授轉速信號WCF相較於先前技術,過衝量明顯減少且也更趨近於轉速命令WC。
從轉矩方程式來看,不同的系統負載值(Lsystem)會對應不同的轉矩(T)。在先前技術中,系統負載值可以由使用者設定,當機械老化或是磨耗後,造成實際的系統負載值與使用者設定的系統負載值不同時,使用者設定的系統負載值所產生的轉矩便不適合實際的系統負載值,進而導致先前技術中的過衝量、不穩定性等問題。
在本發明所提供的馬達負載即時調整系統1,便會計算出系統即時負載值。原則上,系統即時負載值就是實際的系統負載值。因此,馬達負載即時調整系統1可以即時地計算出系統即時負載值。
而本發明中系統即時負載值的計算方程式如下,其中,Lsystem即為本發明的系統即時負載值,LPF(i*)為第一低通濾波模組11濾波電流命令IC後所得到的濾波電流命令,K1為第一增益模組12中的第一增益值,
為第一積分模組13所執行的拉普拉斯積分轉換,LPF(ω)為第二低通濾波模組14濾波馬達回授轉速信號WCF所解析出的馬達回授轉速,
為微分模組15所進行的微分,
為第二積分模組16所執行的拉普拉斯積分轉換,Inverse則為倒數運算模組17所進行的倒數運算。
而乘法運算模組18會將第一計算值
與第三計算值Inverse
相乘,以獲得系統即時負載值Lsystem。接著,藉由轉速控制器3依據系統即時負載值修改形成適合的電流命令IC,以減少過衝量與降低系統的不穩定性。
最後,請一併參閱第三圖至第六圖,其中,第六圖係顯示本發明較佳實施例所提供之馬達負載即時調整方法之流程圖。如圖所示,一種馬達負載即時調整方法,利用如第三圖中之馬達負載即時調整系統1加以實施,並包含以下步驟S101至S109。
步驟S101:利用第一低通濾波模組,接收並濾波電流命令。
步驟S101利用如第三圖中的第一低通濾波模組11,用以接收並濾波如第四圖中的轉速控制器3所產生的電流命令IC。
步驟S102:利用第一增益模組,將電流命令乘以第一增益值。
步驟S102利用如第三圖中的第一增益模組12,將電流命令乘以第一增益值。
步驟S103:利用第一積分模組,對乘以第一增益值之電流命令在積分運算時間區間內進行積分,以獲得第一計算值。
步驟S103利用如第三圖中的第一積分模組13,對上述乘以第一增益值的電流命令IC在積分運算時間區間內進行積分。
步驟S104:利用第二低通濾波模組,接收並濾波馬達回授轉速信號,並據以解析出馬達回授轉速。
步驟S104利用如第三圖中的第二低通濾波模組14,接收並濾波如第四圖中的馬達回授轉速偵測模組8所偵測到的馬達回授轉速信號WCF,並解析出馬達回授轉速。
步驟S105:利用微分模組,接收並對馬達回授轉速進行微分。
步驟S105利用如第三圖中的微分模組15,接收並對馬達回授轉速進行微分。
步驟S106:利用第二積分模組,用以對進行微分之馬達回授轉速在積分運算時間區間內進行積分,以獲得第二計算值。
步驟S106利用如第三圖中的第二積分模組16,對上述進行微分的馬達回授轉速在積分運算時間區間內進行積分,以獲得第二計算值。
步驟S107:利用倒數運算模組,將第二計算值進行倒數運算,以獲得第三計算值。
步驟S108:利用乘法運算模組,接收並將第一計算值與第三計算值相乘,以獲得系統即時負載值。
步驟S107與S108是利用如第三圖中的倒數運算模組17與乘法運算模組18加以實施。
步驟S109:利用乘法運算模組將系統即時負載值傳送至轉速控制器,藉以使轉速控制器依據系統即時負載值修改電流命令。
步驟S109是利用乘法運算模組18將系統即時負載值傳送至轉速控制器3,藉以使得轉速控制器3可以依照即時的系統即時負載值修改調整電流命令IC,使得電流命令IC可以即時的隨著系統即時負載值的改變而調整。
綜上所述,本發明所提供之馬達負載即時調整系統及其方法,相較於先前技術,可以即時的獲得系統即時負載值,進而達到減少系統過衝量以及降低系統的不穩定性的有利功效。
藉由以上較佳具體實施例之詳述,係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神,而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地,其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
PA100:轉速控制迴路
PA1:轉速運算模組
PA2:轉速控制器
PA3:電流運算模組
PA4:電流控制器
PA5:逆變器
PA6:馬達
PA7:馬達回授轉速偵測模組
100:轉速控制迴路
1:馬達負載即時調整系統
11:第一低通濾波模組
12:第一增益模組
13:第一積分模組
14:第二低通濾波模組
15:微分模組
16:第二積分模組
17:倒數運算模組
18:乘法運算模組
2:轉速運算模組
3:轉速控制器
4:電流運算模組
5:電流控制器
6:逆變器
7:馬達
8:馬達回授轉速偵測模組
IC:電流命令
VC:電壓命令
WC:轉速命令
WCF:馬達回授轉速信號
第一圖係顯示先前技術之轉速控制迴路之示意圖;
第二圖係顯示先前技術之馬達回授轉速信號與轉速命令之示意圖;
第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之馬達負載即時調整系統之方塊圖;
第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之馬達負載即時調整系統外接於轉速控制迴路之示意圖;
第五圖係顯示本發明較佳實施例之馬達回授轉速信號與轉速命令之示意圖;以及
第六圖係顯示本發明較佳實施例所提供之馬達負載即時調整方法之流程圖。
100:轉速控制迴路
1:馬達負載即時調整系統
11:第一低通濾波模組
12:第一增益模組
13:第一積分模組
14:第二低通濾波模組
15:微分模組
16:第二積分模組
17:倒數運算模組
18:乘法運算模組
2:轉速運算模組
3:轉速控制器
4:電流運算模組
5:電流控制器
6:逆變器
7:馬達
8:馬達回授轉速偵測模組
IC:電流命令
VC:電壓命令
WC:轉速命令
WCF:馬達回授轉速信號
Claims (8)
- 一種馬達負載即時調整系統,係電性連接一轉速控制器與一馬達回授轉速偵測模組,藉以接收一電流命令與一馬達回授轉速信號,並包含: 一第一低通濾波模組,係用以接收並濾波該轉速控制器依據一轉速命令所輸出之該電流命令; 一第一增益模組,係電性連接該第一低通濾波模組,並將該電流命令乘以一第一增益值; 一第一積分模組,係電性連接該第一增益模組,並對乘以該第一增益值之該電流命令在一積分運算時間區間內進行積分,以獲得一第一計算值; 一第二低通濾波模組,係電性連接該馬達回授轉速偵測模組,用以接收並濾波該馬達回授轉速信號,據以解析出一馬達回授轉速; 一微分模組,係電性連接該第二低通濾波模組,用以接收並對該馬達回授轉速進行微分; 一第二積分模組,係電性連接該微分模組,用以對進行微分之該馬達回授轉速在該積分運算時間區間內進行積分,以獲得一第二計算值; 一倒數運算模組,係電性連接該第二積分模組,用以將該第二計算值進行倒數運算,以獲得一第三計算值;以及 一乘法運算模組,係電性連接該第一積分模組與該倒數運算模組,藉以接收並將該第一計算值與該第三計算值相乘,以獲得一系統即時負載值,並將該系統即時負載值傳送至該轉速控制器,藉以使該轉速控制器依據該系統即時負載值修改該電流命令; 其中,該轉速控制器依據該系統即時負載值修改該電流命令後,將使該馬達回授轉速趨近於該轉速命令。
- 如請求項1所述之馬達負載即時調整系統,其中,該第一低通濾波模組係一低通濾波器。
- 如請求項1所述之馬達負載即時調整系統,其中,該第二低通濾波模組係一低通濾波器。
- 如請求項1所述之馬達負載即時調整系統,其中,該第一積分模組係一積分器。
- 如請求項1所述之馬達負載即時調整系統,其中,該第二積分模組係一積分器。
- 如請求項1所述之馬達負載即時調整系統,其中,該微分模組係一微分器。
- 如請求項1所述之馬達負載即時調整系統,其中,該乘法運算模組係一乘法器。
- 一種馬達負載即時調整方法,係利用如請求項1所述之馬達負載即時調整系統加以實施,並包含: (a) 利用該第一低通濾波模組,接收並濾波該電流命令; (b) 利用該第一增益模組,將該電流命令乘以該第一增益值; (c) 利用該第一積分模組,對乘以該第一增益值之該電流命令在該積分運算時間區間內進行積分,以獲得該第一計算值; (d) 利用該第二低通濾波模組,接收並濾波該馬達回授轉速信號,並據以解析出該馬達回授轉速; (e) 利用該微分模組,接收並對該馬達回授轉速進行微分; (f) 利用該第二積分模組,用以對進行微分之該馬達回授轉速在該積分運算時間區間內進行積分,以獲得該第二計算值; (g) 利用該倒數運算模組,將該第二計算值進行倒數運算,以獲得該第三計算值; (h) 利用該乘法運算模組,接收並將該第一計算值與該第三計算值相乘,以獲得該系統即時負載值;以及 (i) 利用該乘法運算模組將該系統即時負載值傳送至該轉速控制器,藉以使該轉速控制器依據該系統即時負載值修改該電流命令。
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