TWI839091B - 馬達轉速控制方法與馬達轉速控制電路 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種馬達轉速控制方法與馬達轉速控制電路，其中該馬達受一脈寬調變(PWM)訊號驅動，且該PWM訊號具有一工作比。該馬達轉速控制方法包含：接收對馬達轉速的控速命令，該控速命令對應於一目標轉速；查表得知與控速命令對應的目標工作比；以開迴路方式調整PWM訊號的工作比，直到到達目標工作比；以及在開迴路調整後，以閉迴路方式根據感測所得的馬達轉速，修正PWM訊號的工作比，直到到達目標轉速。。

Description

馬達轉速控制方法與馬達轉速控制電路

本發明係有關一種馬達轉速控制方法與馬達轉速控制電路，能有效加速馬達轉速變化的過程，使馬達快速到達目標轉速。

請參閱第1圖，常見的一種馬達模組20為具有四條對外線路的馬達模組，其中四條對外線路分別是電源正負極VDD與GND、PWM (Pulse Width Modulation，脈寬調變)轉速控制輸入線路PWM_IN(此為單向輸入線路)、轉速偵測輸出線路FG(此為單向輸出線路)。主控終端10由外部給予轉速指令，透過PWM轉速控制輸入線路PWM_IN，以PWM數位訊號的方式，指示所需的馬達轉速。

請參閱第2圖，在先前技術中，馬達模組20內包含控制單元21、PWM脈波產生器22、驅動器23、馬達24、霍爾感測器25。當外部傳來控速命令時，控制單元21根據控速命令控制PWM脈波產生器22產生對應的PWM訊號，經驅動器23控制馬達24，在控速命令所指示的轉速下轉動。馬達24的轉動由霍爾感測器25感測，並回授給控制單元21，以進行閉迴路回授控制。在閉迴路回授控制的過程中，先前技術根據感測所得的轉速和目標轉速之間的差距，調整PWM脈波產生器22所產生的PWM訊號，以將馬達24的轉速維持於控速命令所指示的轉速。

請參閱第3圖，當控速命令指示改變馬達24的轉速時，舉例而言，從20000 RPM(Rotation Per Minute，每分鐘轉動次數)降到2000 RPM，則此時在先前技術的控制過程中，由於是根據感測所得的轉速和目標轉速之間的差距進行閉迴路回授控制，因此，降速的過程會較為緩慢，且可能會出現降幅超過目標轉速的過衝現象(overshoot)。升速的情況也是如此，升速的過程同樣會較為緩慢，且同樣可能會出現升幅超過目標轉速的過衝現象。

針對上述問題，提出解決方案，可以在馬達需要改變轉速時，比先前技術更快地達到目標轉速。

就其中一觀點言，本發明提供了一種馬達轉速控制方法，其中該馬達受一PWM訊號驅動，且該PWM訊號具有一工作比，該方法包含：接收對馬達轉速的控速命令，該控速命令對應於一目標轉速；查表得知與該控速命令對應的目標工作比；以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比，直到到達目標工作比；以及在開迴路調整後，以閉迴路方式根據感測所得的馬達轉速，修正該PWM訊號的工作比，直到到達該目標轉速。

在其中一種較佳的實施型態中，於接收對馬達轉速的控速命令之前，事先實測取得馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的多組對應關係，並存入該所查表中。

在其中一種較佳的實施型態中，所述之馬達轉速控制方法更包含：將到達該目標轉速時的PWM訊號的工作比與查表所得的PWM訊號的工作比比較，產生一修正因子；以及根據該修正因子修正該所查表中所有或至少一部份馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的對應關係。

在其中一種較佳的實施型態中，所述以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比，係遞增或遞減該PWM訊號的工作比，其中該遞增或遞減的方式為連續線性變化、或連續非線性變化，或一階以上的步階式變化。

在其中一種較佳的實施型態中，在開迴路調整後，等待馬達轉速穩定後，才進行以閉迴路方式修正該PWM訊號的工作比之步驟，其中該等待馬達轉速穩定之步驟係為等待一段預設等待時間，或是藉由感測馬達轉速來判斷馬達轉速是否穩定。

在其中一種較佳的實施型態中，在以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比的步驟中，不根據感測到的馬達轉速來進行回授控制。

就另一觀點言，本發明提供了一種馬達轉速控制電路，用以產生一脈寬調變(PWM)訊號以控制一馬達的轉速，其中該PWM訊號具有一工作比，該馬達轉速控制電路包含：一控制單元，其接收對馬達轉速的控速命令，該控速命令對應於一目標轉速；一PWM脈波產生器，受控於該控制單元而產生該PWM訊號的工作比；一驅動器，根據該PWM脈波產生器的輸出，產生該控制馬達轉速之PWM訊號；以及一查表電路，儲存馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的多組對應關係，其中，該控制單元查表得知與該控速命令對應的目標工作比，之後以開迴路方式控制該PWM脈波產生器調整該PWM訊號的工作比，直到到達目標工作比後，以閉迴路方式根據感測所得的馬達轉速，修正該PWM訊號的工作比，直到到達該目標轉速。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路組成部分與方法步驟間之相互關係，至於形狀與尺寸則並未依照比例繪製。

第4圖顯示本發明的馬達轉速控制電路的一個實施例。本實施例中，馬達模組100內包含馬達轉速控制電路110、馬達120、霍爾感測器130，其中馬達轉速控制電路110內包含控制單元111、PWM脈波產生器112、驅動器113、以及查表電路114。其中，查表電路114及控制單元111於轉速變化時的操作方式與先前技術不同，而得以比先前技術更快地到達目標轉速，細節將於下文中詳細說明。

請參閱表1，以滿載轉速為24000 RPM為例，根據本發明的其中一個較佳實施例，先根據馬達120的實測結果，取得轉速與實際PWM工作比的對應關係，例如如表1所示(此表僅為舉例，實際數字以實測為準)： 表1

轉速(RPM)	0	2400	4800	7200	9600	12000	14400	16800	19200	21600	24000
PWM_IN(%)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
PWM_OUT(%)	0	11.7	18.9	26.1	33.3	41.1	48.3	56.7	65.6	78.9	94.4

請參閱表1並對照第4圖，表中的PWM_IN是馬達模組100自外部收到的控速命令(即，轉速控制輸入線路PWM_IN所傳遞的PWM工作比訊號)，此PWM工作比訊號的工作比事實上即是相對於滿載轉速的比例，但在實際情況中，因不同馬達的特性會有差異，因此實際上的轉速比例並不對應於控速命令的工作比，例如，以上表為例，2400 RPM為滿載轉速的10%，但實際上需要11.7%的工作比，才能達到2400 RPM的轉速。因此，本發明中，先根據馬達120的實測結果，取得轉速與實際PWM工作比的對應關係，而得知若要達到某個轉速，對應的PWM_OUT訊號的工作比(以下簡稱PWM_OUT工作比)應為多少。請參閱第4圖，PWM_OUT訊號為PWM脈波產生器112之輸出訊號，其工作比也就是驅動器113驅動馬達120的工作比。轉速與PWM_OUT工作比的對應關係，寫入查表電路114中。

請參閱第5圖，顯示本發明的馬達轉速控制方法的一個實施例。首先，於步驟S10中，控制單元111接收控速命令。接著於步驟S20中，控制單元111從查表電路114查表得知與控速命令對應的PWM_OUT工作比，這個與控速命令對應的PWM_OUT工作比即設為目標工作比。接著於步驟S30中，控制單元111以開迴路方式遞增或遞減PWM_OUT的工作比，直到到達目標工作比。舉例而言，假設目前轉速為2400 RPM、PWM_OUT工作比為11.7%，而控速命令對應的目標轉速為9600 RPM，則根據上表，目標工作比為33.3%，據此，控制單元111便將PWM_OUT工作比自11.7%遞增至33.3%。遞增的方式例如但不限於可為連續線性或非線性變化，或是一階以上的步階式變化。在此步驟S30中，控制單元111並不根據霍爾感測器130感測的轉速來進行回授控制。到達目標工作比後，較佳地可預設一段等待時間以等待轉速穩定、或是藉由霍爾感測器130的感測訊號來判斷轉速是否穩定，接著於步驟S40中，控制單元111以閉迴路方式根據霍爾感測器130感測的轉速來修正PWM_OUT工作比，直到到達目標轉速。雖然查表電路114已經儲存了轉速與PWM_OUT工作比的對應關係，但在實際應用的場合，可能因為種種原因造成微幅偏離了這個對應關係，例如電源電壓變化、溫度變化、馬達所推動的負載阻力變化、零件老化等等原因，都可能造成偏離，因此，於步驟S40中，以閉迴路方式回授修正PWM_OUT工作比，以確保工作於精確的目標轉速。

請參閱第6圖，顯示本發明的馬達轉速控制方法的另一個實施例。本實施例中的步驟S10~S40與第5圖實施例相同，差別在於，在本實施例中，於步驟S40後，接著進行步驟S50：將到達目標轉速時的PWM_OUT工作比與查表所得的PWM_OUT工作比比較，產生修正因子。此修正因子例如但不限於為一個比例值。接續先前所述的例子，假設目標轉速為9600 RPM，控制單元111將PWM_OUT工作比調整到33.3%後，再以閉迴路方式根據霍爾感測器130感測的轉速來修正PWM_OUT工作比，發現需要將PWM_OUT工作比調整到40.0%才能產生9600 RPM的轉速，那麼，舉例而言，可以產生一個修正因子為40/33.3=1.2。接著於步驟S60中，控制單元111根據修正因子修正查表電路114中所有或至少一部份PWM_OUT工作比，例如，將查表電路114中所有的PWM_OUT工作比都乘以1.2，於是得到修正後的PWM_OUT工作比，如表2： 表2

轉速(RPM)	0	2400	4800	7200	9600	12000	14400	16800	19200	21600	24000
PWM_IN(%)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
修正前PWM_OUT(%)	0	11.7	18.9	26.1	33.3	41.1	48.3	56.7	65.6	78.9	94.4
修正後PWM_OUT(%)	0	14.0	22.7	31.3	40.0	49.3	58.0	68.0	78.7	94.7	100.0

以上第6圖實施例中的步驟S50~S60，例如但不限於可在馬達安裝至系統上第一次運轉時進行，或是在每次開機後第一次運轉時進行，或是每次轉速變化時進行。

請參閱第7圖，相對於先前技術，當轉速變化時，本發明可以更快速且穩定地到達目標轉速。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之最大權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，本發明並不限於應用在對外四線的馬達模組，亦可應用於其他類型的馬達模組；或是，圖示為兩個以上的電路，可以合併製作成單一電路；或是，圖示為一個的電路，可以拆解製作成兩個以上的電路；此外，在所示實施例的電路或步驟中，還可以增加其他電路或步驟來提供其他功能，例如但不限於提前或延後馬達控制開關(未示出) 的導通相位，等等。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

10:主控終端 20:馬達模組 21:控制單元 22:PWM脈波產生器 23:驅動器 24:馬達 25:霍爾感測器 100:馬達模組 110:馬達轉速控制電路 111:控制單元 112:PWM脈波產生器 113:驅動器 114:查表電路 120:馬達 130:霍爾感測器 VDD:電源正極 GND:電源負極 PWM_IN:PWM轉速控制輸入線路 FG :轉速偵測輸出線路 S10~S60:步驟

第1圖顯示由一主控終端控制一馬達模組的典型配置。 第2圖顯示先前技術中馬達模組的內部電路結構與控制方式。 第3圖舉例顯示當需要改變馬達轉速時，先前技術的缺失。 第4圖顯示顯示本發明馬達控制電路的一個實施例。 第5~6圖顯示本發明馬達控制方法的兩個實施例。 第7圖顯示本發明與先前技術的功效對照。

S10~S40:步驟

Claims (8)

1. 一種馬達轉速控制方法，用以於馬達轉速變化時，使馬達快速到達目標轉速，其中該馬達受一脈寬調變(PWM)訊號驅動，且該PWM訊號具有一工作比，該方法包含：實測取得馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的多組對應關係，並存入一查表中；接收對馬達轉速的控速命令，該控速命令對應於一目標轉速；查閱該查表得知與該控速命令對應的目標工作比；以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比，直到到達目標工作比，藉此，相對於直接以閉迴路方式調整，得以更快速接近目標轉速；

   

   在開迴路調整後，以閉迴路方式根據感測所得的馬達轉速，修正該PWM訊號的工作比，直到到達該目標轉速；將到達該目標轉速時的PWM訊號的工作比與查表所得的PWM訊號的工作比比較，產生一修正因子；以及根據該修正因子修正該所查表中所有或至少一部份馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的對應關係。
2. 如請求項1所述之馬達轉速控制方法，其中所述以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比，係遞增或遞減該PWM訊號的工作比，其中該遞增或遞減的方式為連續線性變化、或連續非線性變化，或一階以上的步階式變化。
3. 如請求項1所述之馬達轉速控制方法，其中在開迴路調整後，等待馬達轉速穩定後，才進行以閉迴路方式修正該PWM訊號的工作比之步驟，其中該等待馬達轉速穩定之步驟係為等待一段預設等待時間，或是藉由感測馬達轉速來判斷馬達轉速是否穩定。
4. 如請求項1所述之馬達轉速控制方法，其中，在以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比的步驟中，不根據感測到的馬達轉速來進行回授控制。
5. 一種馬達轉速控制電路，用以產生一脈寬調變(PWM)訊號以控制一馬達的轉速，其中該PWM訊號具有一工作比，該馬達轉速控制電路包含：一控制單元，其接收對馬達轉速的控速命令，該控速命令對應於一目標轉速；一PWM脈波產生器，受控於該控制單元而產生該PWM訊號的工作比；一驅動器，根據該PWM脈波產生器的輸出，產生該控制馬達轉速之PWM訊號；以及一查表電路，儲存馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的多組對應關係，其中，於馬達轉速變化時，該控制單元查表得知與該控速命令對應的目標工作比，之後以開迴路方式控制該PWM脈波產生器調整該PWM訊號的工作比，直到到達目標工作比，藉此，相對於直接以閉迴路方式調整，得以更快速接近目標轉速，之後，以閉迴路方式根據感測所得的馬達轉速，修正該PWM訊號的工作比，直到到達該目標轉速；其中，該控制單元更將到達該目標轉速時的PWM訊號的工作比與查表所得的PWM訊號的工作比比較，產生一修正因子；以及根據該修正因子修正該所查表中所有或至少一部份馬達轉速與PWM訊號的工作比之間的對應關係。
6. 如請求項5所述之馬達轉速控制電路，其中所述以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比，係遞增或遞減該PWM訊號的工作比，其中該遞增或遞減的方式為連續線性變化、或連續非線性變化，或一階以上的步階式變化。
7. 如請求項5所述之馬達轉速控制電路，其中在開迴路調整後，等待馬達轉速穩定後，才進行以閉迴路方式修正該PWM訊號的工作比之步驟，其中該等待馬達轉速穩定之步驟係為等待一段預設等待時間，或是藉由感測馬達轉速來判斷馬達轉速是否穩定。
8. 如請求項5所述之馬達轉速控制電路，其中，在以開迴路方式調整該PWM訊號的工作比的步驟中，不根據感測到的馬達轉速來進行回授控制。

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