TWI776344B

TWI776344B - 自動調適作業判斷系統及其方法

Info

Publication number: TWI776344B
Application number: TW110100018A
Authority: TW
Inventors: 解明潔
Original assignee: 東元電機股份有限公司
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2021-01-04
Publication date: 2022-09-01
Also published as: TW202228382A

Abstract

一種自動調適作業判斷系統電性連接一上位控制器與一伺服馬達系統，包含一模式判斷模組、一命令判斷模組、一時間判斷模組、一速度判斷模組、一週期判斷模組與一調適決定模組。自動調適作業判斷系統判斷伺服馬達系統的模式，並對應地定義上位控制器所產生的一轉速命令或一位置命令為參考命令。自動調適作業判斷系統會判斷參考命令的命令值、零值時間與目前週期次數，藉以決定伺服馬達系統是否依照參考命令進行自動調適作業。

Description

自動調適作業判斷系統及其方法

本發明係有關於一種系統及方法，尤其是指一種自動調適作業判斷系統及其方法。

一般來說，伺服馬達包含一位置控制迴路與一速度控制迴路，並電性連接一上位控制器，其中，位置控制迴路與速度控制迴路各自包含回授部分與控制部分。

位置控制迴路主要為使馬達能夠精準定位，主要是由上位控制器產生的位置命令與編碼器的位置回授產生位置誤差，進行位置控制計算獲得轉速命令。速度控制迴路則透過位置控制器產生轉速命令，再由偵測馬達的馬達回授位置經由差分計算獲得轉速回授並與轉速命令產生轉速誤差帶入轉速控制器獲得驅動器電流命令進行驅動。速度控制迴路則透過位置控制器產生速度命令，再偵測馬達的位置回授經由差分計算獲得速度回授並與速度命令產生速度誤差帶入速度控制器獲得驅動器電流命令進行驅動。

請參閱第一圖，第一圖係顯示先前技術之伺服馬達系統之方塊圖。如圖所示，伺服馬達系統PA100電性連接一上位控制器PA200，包含一位置控制器PA1、一轉速控制器PA2、一電流控制器PA3、一逆變器PA4、一馬達PA5、一馬達回授位置接收模組PA6、一電流運算模組PA7、一轉速處理器PA8、一第一計算器PA91與一第二計算器PA92。馬達回授位置接收模組PA6與轉速處理器PA8用以偵測並處理出一馬達回授位置與一馬達回授轉速信號。第二計算器PA92接收馬達回授位置與一由上位控制器PA200所產生的位置命令PAS1，藉以計算出一位置誤差。位置控制器PA1接收位置誤差，用以產生一轉速命令。第一計算器PA91用以接收轉速命令與馬達回授轉速信號，藉以計算出一轉速誤差，且轉速誤差經過轉速控制器PA2後係形成一電流命令。

在先前技術中，伺服馬達系統PA100與上位控制器PA200設置於機台上時，會先調整伺服相關參數，調整的方式包含手動調整與自動調適。手動調整較為費時且效率較差。自動調適通常由伺服馬達系統PA100中的伺服驅動部分自行產生相關命令行程，確保伺服馬達系統PA100可正常進行調整，待調整完成後再搭配上位控制器PA200運作。另外，也可由伺服馬達系統PA100中的伺服驅動部分接收上位控制器PA200所產生的行程命令進行參數的自動調適。然而，部分機台的運行方式會有所限制，例如：只能以一個方式運作、機台的運作方向有所限制、機台的運作速度有所限制等，便不適合進行自動調適。因此，先前技術存在改善的空間。

有鑒於在先前技術中，手動調整與自動調適所存在的種種問題。本發明之一主要目的係提供一種自動調適作業判斷系統及其方法，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自動調適作業判斷系統，電性連接一上位控制器與一伺服馬達系統，伺服馬達系統包含一位置控制器、一轉速控制器、一逆變器、一伺服馬達與一用以偵測一馬達回授位置與一馬達回授轉速信號之馬達回授位置接收模組，自動調適作業判斷系統包含一模式判斷模組、一命令判斷模組、一時間判斷模組、一速度判斷模組、一週期判斷模組與一調適決定模組。

模式判斷模組接收上位控制器所產生之一轉速命令或一位置命令，並判斷伺服馬達系統處於一對應於轉速命令之速度模式或一對應於位置命令之位置模式。命令判斷模組電性連接模式判斷模組，在速度模式下將轉速命令定義為一參考命令，並在位置模式下將位置命令定義為參考命令，且用以判斷參考命令之命令值是否為0。時間判斷模組電性連接命令判斷模組，用以在參考命令之命令值為0時，判斷參考命令之命令值為0時所持續之一零值時間是否大於一時間門檻值，並在零值時間大於時間門檻值時產生一第一判斷信號。速度判斷模組電性連接命令判斷模組，用以在參考命令之命令值不為0時，判斷參考命令之命令值是否大於一轉速門檻值，並在參考命令之命令值大於轉速門檻值時產生一第二判斷信號。週期判斷模組電性連接時間判斷模組與速度判斷模組，用以在依序接收到第一判斷信號與第二判斷信號時，將一先前週期次數值加1定義為一目前週期次數值，並判斷目前週期次數值是否大於一週期門檻值。

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自動調適作業判斷系統中之命令判斷模組，係包含一絕對值單元，且絕對值單元用以將參考命令取絕對值。

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自動調適作業判斷系統中之命令判斷模組，更包含一停止判斷單元，停止判斷單元電性連接絕對值單元，並進一步判斷取絕對值後之參考命令之命令值是否為0。

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自動調適作業判斷系統中之速度判斷模組，更包含一速度判斷單元，速度判斷單元進一步判斷取絕對值後之參考命令之命令值是否大於轉速門檻值。

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自動調適作業判斷系統中之調適決定模組，係包含一時間限制單元，時間限制單元預設一限制時間區間，且調適決定模組進一步在限制時間區間內判斷目前週期次數值大於週期門檻值或小於週期門檻值。

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自動調適作業判斷方法，係利用上述之之自動調適作業判斷系統加以實施，並包含以下步驟：判斷伺服馬達系統處於速度模式或位置模式；將速度模式所對應之轉速命令或位置模式所對應之位置命令定義為參考命令；判斷參考命令的命令值是否為0；若判斷為是時，判斷零值時間是否大於時間門檻值，並在零值時間大於時間門檻值時產生該第一判斷信號；若判斷為否時，判斷參考命令的命令值是否大於轉速門檻值，並在大於轉速門檻值時產生第二判斷信號；依序接收第一判斷信號與第二判斷信號時，將先前週期次數值加1定義為目前週期次數值；在目前週期次數值大於週期門檻值時，使伺服馬達系統執行自動調適作業；在目前週期次數值小於週期門檻值時，禁止伺服馬達系統執行自動調適作業。

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自動調適作業判斷方法，更包含以下步驟：將參考命令取絕對值。

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自動調適作業判斷方法，更包含以下步驟：在一限制時間區間內，判斷目前週期次數值大於週期門檻值或小於週期門檻值。

承上所述，本發明所提供之自動調適作業判斷系統及其方法，利用模式判斷模組、命令判斷模組、時間判斷模組、速度判斷模組、週期判斷模組與調適決定模組，針對參考命令進行判斷，相較於先前技術，本發明可以利用參考命令的命令值，藉以控制伺服馬達系統是否可以進行自動調適作業，進而避免伺服馬達系統直接進行自動調適作業所衍生出的種種問題。

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。

請參閱第二圖至第五圖，其中，第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之自動調適作業判斷系統之方塊圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之自動調適作業判斷系統電性連接伺服馬達系統與上位控制器之示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之自動調適作業判斷方法之流程圖；以及，第五圖係顯示參考命令之示意圖。如圖所示，一種自動調適作業判斷系統1係電性連接一上位控制器2與一伺服馬達系統300，並包含一模式判斷模組11、一命令判斷模組12、一時間判斷模組13、一速度判斷模組14、一週期判斷模組15與一調適決定模組16。而且，一種自動調適作業判斷方法係利用如上述的自動調適作業判斷系統1加以實施，並包含步驟S101至S111。

伺服馬達系統300則是包含一位置控制器3、一轉速控制器4、一電流控制器5、一逆變器6、一馬達7、一馬達回授位置接收模組8、一轉速處理器9、一第一計算器91、一第二計算器92與一電流運算模組93。馬達回授位置接收模組8與轉速處理器9用以偵測並處理出一馬達回授位置與一馬達回授轉速信號。第二計算器92接收馬達回授位置與一位置命令，藉以計算出一位置誤差，其中，位置命令常是由上位控制器2所產生。位置控制器3接收位置誤差，用以產生一轉速命令。第一計算器91用以接收轉速命令與馬達回授轉速信號，藉以計算出一轉速誤差，且轉速誤差經過轉速控制器4後係形成一電流命令。另外，上位控制器2也可以直接產生轉速命令並傳送至轉速控制器4。

模式判斷模組11，係接收上位控制器2所產生的轉速命令或位置命令，藉以判斷伺服馬達系統300處於一對應於轉速命令的速度模式或一對應於位置命令的位置模式（步驟S101與步驟S102）。更詳細的說明，模式判斷模組11會接收並判斷上位控制器2所產生的是轉速命令或位置命令，當判斷出為轉速命令時，則進一步判斷出伺服馬達系統300處於速度模式；當判斷出為位置命令時，則進一步判斷出伺服馬達系統300處於位置模式。因為伺服馬達系統300還包含一對應一於轉矩命令的轉矩模式，但是轉矩模式並不適合以下將提及的自動調適作業，因此，模式判斷模組11需要先判斷伺服馬達系統300的模式。

命令判斷模組12電性連接模式判斷模組11。在伺服馬達系統300處於速度模式時，命令判斷模組12會將轉速命令定義為一參考命令（步驟S103）；並在在伺服馬達系統300處於位置模式時，命令判斷模組12則會將位置命令定義為參考命令（步驟S104）。

接著，命令判斷模組12會進一步判斷參考命令的命令值是否為0（步驟S105）。

較佳者，命令判斷模組12更包含一絕對值單元121與一停止判斷單元122，如第二圖所示。絕對值單元121會將參考命令取絕對值，以便於後續判斷。因為實務上參考命令的命令值有正有負，故將參考命令取絕對值後，參考命令的命令值會一律為正或是零值，將便於後續的判斷行為。絕對值單元121將參考命令取絕對值主要是進行後續的判斷行為，但是並不會對伺服馬達系統300實際的運作行為造成影響。實際上，伺服馬達系統300與機台的運作行為仍然是使用上位控制器2所產生的參考命令(轉速命令或位置命令)。

停止判斷單元122電性連接絕對值單元121，並進一步判斷取絕對值後的參考命令的命令值是否為0。因為絕對值單元121已經將參考命令取絕對值，故停止判斷單元122只需要針對正值或是零值的參考命令的命令值進行單方向判斷。

時間判斷模組13電性連接命令判斷模組12，用以在參考命令的命令值為0時，判斷參考命令的命令值為0時所持續的一零值時間是否大於一時間門檻值，並在零值時間大於時間門檻值時產生一第一判斷信號(步驟S107)。如圖所示，時間點零點與t1形成零值時間T1，時間點t2與t3形成零值時間T2，時間點t4為圖式的截止時間點。

速度判斷模組14電性連接命令判斷模組12，用以在參考命令的命令值不為0時，判斷參考命令的命令值是否大於一轉速門檻值V(步驟S106)，並在參考命令的命令值大於轉速門檻值V時產生一第二判斷信號(步驟S108)。

較佳者，速度判斷模組14更包含一速度判斷單元141。速度判斷單元141係進一步判斷取絕對值後的參考命令的命令值是否大於轉速門檻值V。因為參考命令的命令值已經取絕對值，故速度判斷單元141只需要針對正值或是零值的參考命令的命令值進行單方向判斷。

週期判斷模組15電性連接時間判斷模組13與速度判斷模組14，用以在依序接收到第一判斷信號與第二判斷信號時，將一先前週期次數值加1定義為一目前週期次數值，並判斷目前週期次數值是否大於一週期門檻值（步驟S109）。如第五圖所示，目前週期次數值為2。

週期判斷模組15依序接收到第一判斷信號與第二判斷信號時，才會將先前週期次數值0加1，也就是從0變1，並將1定義為目前週期次數值。然後，週期判斷模組15會判斷目前週期次數值是否大於週期門檻值。當週期判斷模組15再依序接收到第一判斷信號與第二判斷信號時，此時的先前週期次數值為1，便會再將先前週期次數值加1，也就是從1變2，並將2定義為目前週期次數值，以此類推。實務上來說，第一判斷信號與第二判斷信號可以利用旗標實施。

更詳細的說明，週期判斷模組15接收到第一判斷信號與第二判斷信號的順序可以任意排列，但是將先前週期次數加1的順序需一致。舉例來說，若週期判斷模組15先接收到第一判斷信號後接收到第二判斷信號，而將先前週期次數加1的話，週期判斷模組15則需要再接收到第一判斷信號後接收到第二判斷信號，才會再將先前週期次數加1。反之，若週期判斷模組15先接收到第二判斷信號後接收到第一判斷信號，而將先前週期次數加1的話，週期判斷模組15則需要再接收到第二判斷信號後接收到第一判斷信號，才會再將先前週期次數加1。

調適決定模組16電性連接週期判斷模組15。當目前週期次數值大於週期門檻值時，調適決定模組16將參考命令傳送至伺服馬達系統300，並使伺服馬達系統300依據參考命令執行一自動調適作業（步驟S110）。當目前週期次數值小於週期門檻值時，調適決定模組16也會將參考命令傳送至伺服馬達系統300，但此時會禁止伺服馬達系統300執行自動調適作業（步驟S111）。因此，調適決定模組16也會電性連接位置控制器3與轉速控制器4。實務上，週期門檻值可為10次。

較佳者，調適決定模組16更包含一時間限制單元161，時間限制單元161會預設一限制時間區間。調適決定模組16會在限制時間區間內判斷目前週期次數值與週期門檻值大小。若在限制時間區間內，調適決定模組16判斷目前週期次數值大於週期門檻值，便會使伺服馬達系統300依據參考命令執行自動調適作業；若在限制時間區間內，調適決定模組16判斷目前週期次數值小於週期門檻值，則會禁止伺服馬達系統300執行自動調適作業。實務上，限制時間區間可為30秒。

一般來說，參考命令的命令值超過轉速門檻值代表轉速高，零值時間超過時間門檻值表示零值時間夠，此種參考命令較適合進行自動調適作業。更詳細的說明，參考命令的命令值超過轉速門檻值，表示系統有一定的加速度產生，因此適合進行自動調適作業；零值時間即為停止時間，基本上停止時間表示系統的穩定狀態，因此，適合進行自動調適作業以改變系統的增益值與增益狀態。

自動調適作業判斷方法利用如上述的自動調適作業判斷系統1加以實施，並包含以下步驟S101至步驟S111。

步驟S101：判斷伺服馬達系統是否處於速度模式。步驟S102：判斷伺服馬達系統是否處於位置模式。步驟S103：將轉速命令定義為參考命令。步驟S104：將位置命令定義為參考命令。步驟S105：判斷參考命令的命令值是否為0。步驟S106：判斷參考命令的命令值是否大於轉速門檻值。步驟S107：在判斷出停止時間大於時間門檻值時，產生第一判斷信號。步驟S108：產生第二判斷信號。步驟S109：判斷目前週期次數值是否大於週期門檻值。步驟S110：執行自動調適作業。步驟S111：不執行自動調適作業。

關於各步驟的內容已於前述段落內進行描述，故不多加贅述。

綜上所述，本發明所提供之自動調適作業判斷系統及其方法，利用模式判斷模組、命令判斷模組、時間判斷模組、速度判斷模組、週期判斷模組與調適決定模組，針對參考命令進行判斷，相較於先前技術，本發明可以利用參考命令的命令值，藉以控制伺服馬達系統是否可以進行自動調適作業，進而避免伺服馬達系統直接進行自動調適作業所衍生出的種種問題。

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。

PA100,300:伺服馬達系統 PA1,3:位置控制器 PA2,4:轉速控制器 PA3,5:電流控制器 PA4,6:逆變器 PA5,7:馬達 PA6,8:馬達回授位置接收模組 PA7,93:電流運算模組 PA8,9:轉速處理器 PA91,91:第一計算器 PA92,92:第二計算器 PA200,2:上位控制器 PAS1:位置命令 1:自動調適作業判斷系統 11:模式判斷模組 12:命令判斷模組 121:絕對值單元 122:停止判斷單元 13:時間判斷模組 14:速度判斷模組 141:速度判斷單元 15:週期判斷模組 16:調適決定模組 161:時間限制單元 t1,t2,t3,t4:時間點 T1,T2:零值時間 V:轉速門檻值

第一圖係顯示先前技術之伺服馬達系統之方塊圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之自動調適作業判斷系統之方塊圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之自動調適作業判斷系統電性連接伺服馬達系統與上位控制器之示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之自動調適作業判斷方法之流程圖；以及第五圖係顯示參考命令之示意圖。

1:自動調適作業判斷系統 11:模式判斷模組 12:命令判斷模組 121:絕對值單元 122:停止判斷單元 13:時間判斷模組 14:速度判斷模組 141:速度判斷單元 15:週期判斷模組 16:調適決定模組 161:時間限制單元 2:上位控制器 300:伺服馬達系統 3:位置控制器 4:轉速控制器 5:電流控制器 6:逆變器 7:馬達 8:馬達回授位置接收模組 9:轉速處理器 91:第一計算器 92:第二計算器 93:電流運算模組

Claims

一種自動調適作業判斷系統，係電性連接一上位控制器與一伺服馬達系統，該伺服馬達系統包含一位置控制器、一轉速控制器、一逆變器、一伺服馬達與一用以偵測一馬達回授位置與一馬達回授轉速信號之馬達回授位置接收模組，該自動調適作業判斷系統包含：一模式判斷模組，係接收該上位控制器所產生之一轉速命令或一位置命令，並判斷該伺服馬達系統處於一對應於該轉速命令之速度模式或一對應於該位置命令之位置模式；一命令判斷模組，係電性連接該模式判斷模組，在該速度模式下將該轉速命令定義為一參考命令，並在該位置模式下將該位置命令定義為該參考命令，且用以判斷該參考命令之命令值是否為0；一時間判斷模組，係電性連接該命令判斷模組，用以在該參考命令之命令值為0時，判斷該參考命令之命令值為0時所持續之一零值時間是否大於一時間門檻值，並在該零值時間大於該時間門檻值時產生一第一判斷信號；一速度判斷模組，係電性連接該命令判斷模組，用以在該參考命令之命令值不為0時，判斷該參考命令之命令值是否大於一轉速門檻值，並在該參考命令之命令值大於該轉速門檻值時產生一第二判斷信號；一週期判斷模組，係電性連接該時間判斷模組與該速度判斷模組，用以在依序接收到該第一判斷信號與該第二判斷信號時，將一先前週期次數值加1定義為一目前週期次數值，並判斷該目前週期次數值是否大於一週期門檻值；以及一調適決定模組，係電性連接該週期判斷模組，用以在該目前週期次數值大於該週期門檻值時，將該參考命令傳送至該伺服馬達系統，並使該伺服馬達系統依據該參考命令執行一自動調適作業；用以在該目前週期次數值小於該週期門檻值時，將該參考命令傳送至該伺服馬達系統，並禁止該伺服馬達系統執行該自動調適作業。
如請求項1所述之自動調適作業判斷系統，其中，該命令判斷模組包含一絕對值單元，且該絕對值單元係用以將該參考命令取絕對值。
如請求項2所述之自動調適作業判斷系統，其中，該命令判斷模組更包含一停止判斷單元，該停止判斷單元係電性連接該絕對值單元，並進一步判斷取絕對值後之該參考命令之命令值是否為0。
如請求項2所述之自動調適作業判斷系統，其中，該速度判斷模組更包含一速度判斷單元，該速度判斷單元係進一步判斷取絕對值後之該參考命令之命令值是否大於該轉速門檻值。
如請求項1所述之自動調適作業判斷系統，其中，該調適決定模組包含一時間限制單元，該時間限制單元係預設一限制時間區間，且該調適決定模組係進一步在該限制時間區間內判斷該目前週期次數值大於該週期門檻值或小於該週期門檻值。
一種自動調適作業判斷方法，係利用如請求項1所述之自動調適作業判斷系統，加以實施，並包含以下步驟：(a)判斷該伺服馬達系統處於該速度模式或該位置模式；(b)將該速度模式所對應之該轉速命令或該位置模式所對應之該位置命令定義為該參考命令；(c)判斷該參考命令之命令值是否為0；(d)若步驟(c)判斷為是時，判斷該零值時間是否大於該時間門檻值，並在該零值時間大於該時間門檻值時產生該第一判斷信號；(e)若步驟(c)判斷為否時，判斷該參考命令之命令值是否大於該轉速門檻值，並在該參考命令之命令值大於該轉速門檻值時產生該第二判斷信號；(f)依序接收該第一判斷信號與該第二判斷信號時，將該先前週期次數值加1定義為該目前週期次數值；(g)在該目前週期次數值大於該週期門檻值時，使該伺服馬達系統執行該自動調適作業；在該目前週期次數值小於該週期門檻值時，禁止該伺服馬達系統執行該自動調適作業。
如請求項6所述之自動調適作業判斷方法，其中，該步驟(c)更包含以下步驟： (c1) 將該參考命令取絕對值。
如請求項6所述之自動調適作業判斷方法，其中，該步驟(g)更包含以下步驟： (g1) 在一限制時間區間內，判斷該目前週期次數值大於該週期門檻值或小於該週期門檻值。