伺服馬達(dá)系統(tǒng)及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】一種伺服馬達(dá)系統(tǒng)及其控制方法，可快速調(diào)整速度控制器。當(dāng)伺服馬達(dá)系統(tǒng)以預(yù)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)估測(cè)轉(zhuǎn)矩常數(shù)及摩擦系數(shù)。當(dāng)伺服馬達(dá)系統(tǒng)減速時(shí)則估測(cè)慣量。在估測(cè)完成前述參數(shù)之后可立即設(shè)定伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制增益。全部自動(dòng)調(diào)整的過(guò)程無(wú)需人力且僅需1秒左右。伺服馬達(dá)系統(tǒng)的電流設(shè)定模塊可讓伺服馬達(dá)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)作，避免因?yàn)橄到y(tǒng)不穩(wěn)定產(chǎn)生控制誤差。另外，初始值設(shè)定模塊、轉(zhuǎn)矩常數(shù)估算器、初始慣量估算器、摩擦系數(shù)估算單元及慣量估算單元可讓伺服馬達(dá)系統(tǒng)得出精確的轉(zhuǎn)矩常數(shù)、慣量及摩擦系數(shù)等參數(shù)，對(duì)于伺服馬達(dá)系統(tǒng)能更精確且快速地調(diào)整。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
伺服馬達(dá)系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種伺服馬達(dá)系統(tǒng)及其控制方法，特別是設(shè)及一種用于快速估測(cè)對(duì)應(yīng) 伺服馬達(dá)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)、慣量及摩擦系數(shù)等參數(shù)且能夠穩(wěn)定運(yùn)作的伺服馬達(dá)系統(tǒng)及其控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伺服馬達(dá)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)今工業(yè)界，如半導(dǎo)體制程設(shè)備、機(jī)械加工平臺(tái)、機(jī)器 人、自動(dòng)化機(jī)器等。伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制需有迅速自動(dòng)調(diào)整的能力，如此才能使伺服馬達(dá)系 統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)作，并降低人工調(diào)整的成本，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003] 由于各伺服馬達(dá)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)特性差異，其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)、慣量及摩擦系數(shù)也隨 之相異，目前尚待解決的課題，是快速估測(cè)轉(zhuǎn)矩常數(shù)、慣量及摩擦系數(shù)等參數(shù)且控制伺服馬 達(dá)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改善先前技術(shù)的伺服馬達(dá)系統(tǒng)及其控制方法。
[0005] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法中，該伺服馬達(dá)系統(tǒng)具有一電流控制回路、一 速度控制回路及一控制裝置，該電流控制回路依據(jù)電流命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出電 流、該速度控制回路依據(jù)速度命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出速度，該控制裝置用W設(shè)定 該電流控制回路及該速度控制回路。該方法包括下述步驟：該電流控制回路依據(jù)電流命令 及輸出電流i q的電流誤差進(jìn)行積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)定速于一穩(wěn)定速度《。。 該控制裝置配合d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。W前饋控制方式令該伺服馬達(dá)系統(tǒng)自該穩(wěn)定 速度《。升速至另一預(yù)定速度《 1，且于該預(yù)定速度估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩常 數(shù)，及/或配合于該預(yù)定速度《 1降速時(shí)估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的慣量或摩擦系數(shù)。
[0006] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該方法還包括下述步驟：該控制裝置對(duì)于該 電流控制回路輸入電流命令Tq= i 1并對(duì)該電流控制回路的電流命令i "^^及輸出電流i q 的電流誤差進(jìn)行積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)定速于該穩(wěn)定速度《。且輸出電流iq= i 2;
[0007] 當(dāng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)定速于該穩(wěn)定速度CO。時(shí)，該控制裝置依據(jù)一第一公式換算d 軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。，其中，
[000引該第一公式：VdO= -W。禮q*iq 及 V q。= W Y 禮d*id+W Y* 入，
[0009] Lq及L d的定義分別為q軸及d軸電感、i q及i d的定義分別為q軸及d軸電流、CO V 的定義為速度回路帶寬，及A為磁通鏈；及
[0010] 該控制裝置輸入該d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。至該電流控制回路，使該電流控 制回路的q軸的輸出電流1。跟隨該電流命令i "V
[0011] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該方法還包括下述步驟：當(dāng)該電流控制回路 的輸出電流1。跟隨該電流命令i "；時(shí)，該控制裝置令該電流控制回路放寬電流誤差之積分 限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)加速到該預(yù)定速度《1，在該預(yù)定速度的狀態(tài)下?lián)Q算一摩擦系 數(shù)憲。
[0012] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該方法還包括下述步驟：當(dāng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng) 速度到達(dá)該預(yù)定速度《 1時(shí)，該控制裝置使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)在降速之前依據(jù)一第二公式于 輸入電流指令i"；= 0時(shí)計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)K ,。及輸入電流指令i i 1計(jì)算一初始慣量 J。，并將該初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及該初始慣量J。依據(jù)一第=公式換算一速度控制增益K P y。:及 Ki_v〇，其中，
[0013] 該第二公式 Vq的定義為q軸電壓，O的定義為馬 達(dá)機(jī)械轉(zhuǎn)速，a的定義為加速度，iq的定義為q軸電流，
[0014] 該第S公式：Kp vO= 2 ? CO V ? Jo及
?，及
[0015] 該控制裝置對(duì)于該速度控制回路輸入該速度控制增益Kp y。及K l y。。
[0016] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該方法還包括下述步驟：該控制裝置控制該 伺服馬達(dá)系統(tǒng)停止運(yùn)作W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始減速，該控制裝置并依據(jù)減速期間測(cè)得的 速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合該摩擦系數(shù)露總曲線(xiàn)擬合方式估算一慣量I。
[0017] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該方法還包括下述步驟：該伺服馬達(dá)系統(tǒng)從 輸入電流指令i 1改為輸入電流指令i 〇，再轉(zhuǎn)換成^該速度控制回路進(jìn)行速度控 制于其速度等于該預(yù)定速度時(shí)，該控制裝置量測(cè)該預(yù)定速度《 1對(duì)應(yīng)的輸出電流iq = i3,并依據(jù)該預(yù)定速度及該輸出電流i q= i 3依據(jù)一第四公式換算一轉(zhuǎn)矩常數(shù)接并依據(jù) 該轉(zhuǎn)矩常數(shù)霞換算該摩擦系數(shù)1，其中，
[0018] 該第四公式
[0019] Vq的定義為q軸電壓、r.的定義為電阻；及
[0020] 該控制裝置控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)停止運(yùn)作W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始減速，并依據(jù) 減速期間測(cè)得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合該第四公式計(jì)算的摩擦系數(shù)1依據(jù)一第五公 式W曲線(xiàn)擬合方式估算該慣量f，
[002。 該第五公式：《 (t) =
妻中，M的定義為馬達(dá)轉(zhuǎn)速W指數(shù)函數(shù)形式 作曲線(xiàn)擬合得到的速度初始值、N的定義為馬達(dá)轉(zhuǎn)速W指數(shù)函數(shù)形式作曲線(xiàn)擬合得到的時(shí) 間常數(shù)。
[0022] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該方法還包括下述步驟：該控制裝置依據(jù)該 摩擦系數(shù)B及該慣量11 W一第六公式換算該速度控制增益IVy及K l y，并W該速度控制增益 Kp點(diǎn)K 1,設(shè)定該速度控制回路，其中，
[0023] 該第六公式
[0024] 本發(fā)明一種伺服馬達(dá)系統(tǒng)，包括一電流控制回路、一速度控制回路及一控制裝置， 該電流控制回路依據(jù)電流命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出電流，該速度控制回路依據(jù)速度 命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出速度，該控制裝置用W設(shè)定該電流控制回路及該速度控制 回路，且該電流控制回路的電流命令Tq W及輸出電流i q的電流誤差進(jìn)行積分限制，使該伺 服馬達(dá)系統(tǒng)定速于一穩(wěn)定速度《。，且該控制裝置配合d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。^前 饋控制方式令該伺服馬達(dá)系統(tǒng)自該穩(wěn)定速度升速至另一預(yù)定速度《 1，且于該預(yù)定速度 ? 1估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)毯t，及/或配合于該預(yù)定速度《 1降速時(shí)估算對(duì)應(yīng) 該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的慣量f或摩擦系數(shù)舊。
[0025] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)，該控制裝置具有：一初始值設(shè)定模塊，令該電流控制回路 的輸入電流指令0,當(dāng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)降速之前，計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)K ,。及一初始慣 量J。，并將該初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)kt。及該初始慣量J。換算一初速控制增益K P y。及K I W且W該初 速控制增益Kp y。及K l y。設(shè)定該速度控制回路；
[0026] -摩擦系數(shù)估算單元，當(dāng)該電流控制回路的輸出電流1。跟隨該電流命令i "；時(shí)，令 該電流控制回路放寬電流誤差之積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)加速至該預(yù)定速度《 1，在該 預(yù)定速度的狀態(tài)下?lián)Q算一摩擦系數(shù)1;及
[0027] -慣量估算單元，控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)停止運(yùn)作W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始減速， 并依據(jù)減速期間測(cè)得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合該摩擦系數(shù)BW曲線(xiàn)擬合方式估算一 慣量!。
[0028] 本發(fā)明的伺服馬達(dá)系統(tǒng)，該控制裝置于該預(yù)定速度CO 1時(shí)量測(cè)該預(yù)定速度CO 1對(duì)應(yīng) 的輸出電流iq，并依據(jù)該預(yù)定速度及該輸出電流i q換算一轉(zhuǎn)矩常數(shù)泛,及依據(jù)轉(zhuǎn)矩常數(shù) 孩.換算一摩擦系數(shù)浸，且依據(jù)該摩擦系數(shù)寢及該慣量!換算該速度控制增益Kp v及K I V，并W 該速度控制增益Kp y及K i y設(shè)定該速度控制回路W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。
[0029] 本發(fā)明的功效在于：伺服馬達(dá)系統(tǒng)的電流設(shè)定模塊可讓伺服馬達(dá)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn) 作，避免因?yàn)橄到y(tǒng)不穩(wěn)定產(chǎn)生控制誤差。另外，初始值設(shè)定模塊、轉(zhuǎn)矩常數(shù)估算器、初始慣量 估算器、摩擦系數(shù)估算單元及慣量估算單元可讓伺服馬達(dá)系統(tǒng)得出精確的轉(zhuǎn)矩常數(shù)、慣量 及摩擦系數(shù)等參數(shù)，對(duì)于伺服馬達(dá)系統(tǒng)能更精確且快速地調(diào)整。
【附圖說(shuō)明】
[0030] 本發(fā)明的其他的特征及功效，將于參照?qǐng)D式的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明中清楚地呈現(xiàn)，其 中：
[0031] 圖1是一系統(tǒng)方塊圖，說(shuō)明本發(fā)明伺服馬達(dá)系統(tǒng)的實(shí)施例；
[0032] 圖2是一控制方塊圖，說(shuō)明該實(shí)施例具有的位置控制回路組件；
[0033] 圖3是一控制方塊圖，說(shuō)明該實(shí)施例具有的速度控制回路組件；
[0034] 圖4是一控制方塊圖，說(shuō)明該實(shí)施例具有的電流控制回路組件；
[003引圖5是一曲線(xiàn)圖，說(shuō)明本發(fā)明伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法的實(shí)施例的電流指令、輸 出電流及輸出速度；
[0036]圖6是一局部放大曲線(xiàn)圖，說(shuō)明圖5的該實(shí)施例在降速狀態(tài)的取樣速度；及
[0037] 圖7是一曲線(xiàn)圖，說(shuō)明依據(jù)該實(shí)施例的輸出速度曲線(xiàn)實(shí)施而得出的轉(zhuǎn)矩常數(shù)、摩 擦系數(shù)及慣量。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 參閱圖1，本發(fā)明的實(shí)施例中，伺服馬達(dá)系統(tǒng)100是一永磁同步馬達(dá)系統(tǒng)，其包括 一控制裝置1及一主機(jī)3,主機(jī)3包括一位置控制回路30、一速度控制回路31、一電流控制 回路32及一電動(dòng)機(jī)33。伺服馬達(dá)系統(tǒng)100用W配合一負(fù)載機(jī)構(gòu)2運(yùn)作并估算能穩(wěn)定驅(qū)動(dòng) 負(fù)載機(jī)構(gòu)2所需的轉(zhuǎn)矩常數(shù)較t、摩擦系數(shù)B及慣量f。
[0039] 需事先說(shuō)明的是，本實(shí)施例內(nèi)容有加「*」的符號(hào)為命令值，例如，CO*為速度命令， iq^^為q軸電流命令。有加「」符號(hào)為估測(cè)值，例如，1為估測(cè)的慣量。沒(méi)有加「*」或「」的 符號(hào)為實(shí)際值，例如，《為實(shí)際馬達(dá)轉(zhuǎn)速，iq為實(shí)際之q軸輸出電流，J為實(shí)際之慣量，W此 類(lèi)推。
[0040] 參閱圖2及圖3,位置控制回路30用W產(chǎn)生速度控制回路31所需的速度命令CO *， 其應(yīng)用位置控制方程式的一種實(shí)施態(tài)樣如公式1，其結(jié)合公式1的位置控制方塊圖如圖2所 示，其中，Kp P為依據(jù)截止頻率（cutoff化equency)設(shè)置的帶寬增益，然而，其他類(lèi)似的位置 轉(zhuǎn)換方程式亦適用，不W公式1為限制。
[0041]
公式 1
[0042] 速度控制回路31可應(yīng)用速度控制方程式的一種實(shí)施態(tài)樣如公式2,其結(jié)合公式2 的速度控制方塊圖如圖3所示，其中，COy為依據(jù)截止頻率設(shè)置的速度回路帶寬，然而，其他 類(lèi)似的速度轉(zhuǎn)換方程式亦適用，不W公式2為限制。
[004引
公式2
[0044] 電流控制回路32可應(yīng)用電流控制方程式的一種實(shí)施態(tài)樣如公式3,其結(jié)合公式3 的電流控制方塊圖如圖4所示，但不W此為限。
[004引
公式3
[004引其中，Lq的定義為馬達(dá)的q軸電感（q-axis inductance)。
[0047] 參閱圖1至圖4,控制裝置1包括一電流設(shè)定模塊11、一初始值設(shè)定模塊12、一轉(zhuǎn) 矩常數(shù)估算器13、一初始慣量估算器14、一摩擦系數(shù)估算單元15、一慣量估算單元16、一第 一計(jì)算器171及一第二計(jì)算器172。
[0048] 本實(shí)施例中，控制裝置1是一電子計(jì)算器，借由前述軟件程序組件或初體組件的 功能模塊交互協(xié)同運(yùn)作W執(zhí)行本發(fā)明伺服馬達(dá)系統(tǒng)100的控制方法，并配合如圖5的時(shí)點(diǎn) t。~t e的控制過(guò)程中計(jì)算出各種待求解的參數(shù)后，依據(jù)求解出來(lái)的估測(cè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定并借 此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)33配合負(fù)載機(jī)構(gòu)2運(yùn)作。
[0049] 參閱圖3,速度控制回路31采用比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)控制器（propcxrtional integral controller)，并依據(jù)如圖2的位置控制回路30提供的速度命令〇*與馬達(dá)實(shí)際 的輸出速度《相減得到速度誤差，W待求解的比例增益Kp y和積分增益Kiy處理后得到一 轉(zhuǎn)矩命令1"。，接著，轉(zhuǎn)矩命令1'^^轉(zhuǎn)矩常數(shù)Ri相除后產(chǎn)生一電流命令i%電流命令1"^包括 q軸的電流命令d軸的電流命令i "V本實(shí)施例采用q軸電流命令d軸電流命令 設(shè)為零。
[0050] 參閱圖4,并配合圖3,由于電流控制回路32的輸出變化比速度控制回路31的輸 出變化快很多，本實(shí)施例將電流控制回路32的轉(zhuǎn)移函數(shù)視為1，代表電流命令Tq等于實(shí)際 輸出電流iq。已知實(shí)際輸出電流iq乘上轉(zhuǎn)矩常數(shù)K t后為實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T。，且實(shí)際輸出轉(zhuǎn) 矩T。減掉實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩T ,后，經(jīng)由慣量J與摩擦系數(shù)B產(chǎn)生伺服馬達(dá)系統(tǒng)100的實(shí)際輸出 速度《。電流控制回路32采用比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)控制器，在q軸的電流控制方面，電流 命令與回授電流i q相減得到電流誤差，依據(jù)待求解的比例增益和積分增益鮮堿 處理后，再加上解禪合電壓Vq。之后即為q軸的實(shí)際輸出電壓V q。同理，在d軸的電流控制 方面，電流命令17^回授電流i湘減得到電流誤差，再將電流誤差依據(jù)待求解的比例增益 和積分增益處S后，再加上解禪合電壓Vd。即為d軸的實(shí)際輸出電壓V d。本實(shí)施 例中，d，q兩軸的比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)控制器在電流誤差積分之后還具有一限制器321，且 W該限制器321將電流誤差積分值限制在合理的范圍。
[0051] 參閱圖1及圖5,各組件在不同時(shí)間區(qū)間的作用說(shuō)明如下。
[005引于時(shí)點(diǎn)t。~11-電流設(shè)定模塊11對(duì)電流控制回路32輸入電流命令Tq,電流控制 回路32對(duì)電流命令Tq W及輸出電流i q的電流誤差進(jìn)行積分限制，使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100的 實(shí)際馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到一穩(wěn)定速度且輸出電流i q= i 2。
[0053] 詳細(xì)而言，伺服馬達(dá)系統(tǒng)100開(kāi)始動(dòng)作時(shí)，電流設(shè)定模塊11對(duì)于電流控制回路32 輸入一電流命令i 1，電流控制回路32對(duì)電流命令Tq= i 1^及輸出電流i。的電流誤 差進(jìn)行積分限制，使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100在時(shí)點(diǎn)ti達(dá)到穩(wěn)定速度CO。且輸出電流i。二i 2。
[0054] 于時(shí)點(diǎn)ti~12-伺服馬達(dá)系統(tǒng)100的實(shí)際馬達(dá)轉(zhuǎn)速定速于穩(wěn)定速度W。時(shí)，初始 值設(shè)定模塊12計(jì)算d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。。
[00巧]詳細(xì)而言，當(dāng)伺服馬達(dá)系統(tǒng)100定速于穩(wěn)定速度時(shí)，依據(jù)公式4換算d軸及q 軸的解禪電壓Vd。，Vq。。
[0056] VdO= -W 0禮q*iq及 V qo= O v*Ld*id+?v* 入公式 4
[0057] 公式4中，Lq及L d的定義分別為q軸及d軸電感、i q及i d的定義分別為q軸及d 軸電流的定義為速度回路帶寬，及^為磁通鏈（flux linkage)。「磁通鏈」的計(jì)算方式 請(qǐng)參照 2010年出版的"Permanent Magnet Sync虹onous and Brushless DC Motor Drives" 的第S章的第227~233頁(yè)。
[005引然后，初始值設(shè)定模塊12輸入該d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。至該電流控制回路 32，使該電流控制回路32的輸出電流1。跟隨該電流命令i "^且隨著輸出電流1。增加而^ 前饋控制方式提高輸出速度，也就是升速。
[0059] 于時(shí)點(diǎn)t2~13-伺服馬達(dá)系統(tǒng)100維持對(duì)于電流控制回路32輸入電流命令Tq, 且令電流控制回路32放寬電流誤差之積分限制，使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100于時(shí)點(diǎn)t3達(dá)到預(yù)定 速度《1。
[0060] 于時(shí)點(diǎn)t3~14-伺服馬達(dá)系統(tǒng)100的實(shí)際馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定速度《 I時(shí)，電流設(shè) 定模塊11令電流控制回路32的輸入電流命令Tq= 0,借此使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100稍微降速， 且在降速之前配合轉(zhuǎn)矩常數(shù)估算器13計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及初始慣量估算器14計(jì)算 一初始慣量J。，第一計(jì)算器171并將初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及初始慣量J。換算一初速控制增益 Kp_v0及 K i_v〇o
[0061] 詳細(xì)而言，當(dāng)伺服馬達(dá)系統(tǒng)100定速于預(yù)定速度時(shí)，伺服馬達(dá)系統(tǒng)100依據(jù)公 式5于輸入電流指令Tq= 0時(shí)計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)K ,。及輸入電流指令i i 1計(jì)算一初 始慣量J。，使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100依據(jù)公式5計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及一初始慣量J。。
[006引
公式5
[006引公式5中，Vq的定義為q軸電壓，CO的定義為實(shí)際速度，a的定義為由穩(wěn)定速度CO。 升速到預(yù)定速度的加速度，i q的定義為q軸電流。
[0064]將初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及初始慣量J。依據(jù)公式6換算一速度控制增益K P y。及K l y。。 [006引
公式6
[0066] 公式6中，COy的定義為如公式2的速度回路帶寬。
[0067] 完成前述計(jì)算后，改由速度控制回路31 W初速控制增益Ki y。設(shè)定速度控制回路 31。其中，如圖5于時(shí)點(diǎn)t3開(kāi)始具有部分凹陷曲線(xiàn)是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)由電流控制轉(zhuǎn)換成速度 控制時(shí)有一小段時(shí)間強(qiáng)制電流命令1"^為零所致。詳細(xì)而言，速度控制回路31依據(jù)速度控 制增益Kp y。及K I W使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100改為預(yù)定速度CO 1而重新定速。
[0068] 接著，于時(shí)點(diǎn)t4當(dāng)摩擦系數(shù)估算單元15在預(yù)定速度CO 1的狀態(tài)下?lián)Q算一摩擦系數(shù) 靈。
[0069] 詳細(xì)而言，當(dāng)輸出速度CO等于該預(yù)定速度CO 1時(shí)，量測(cè)該預(yù)定速度CO 1對(duì)應(yīng)的輸出 電流iq= i 3,轉(zhuǎn)矩常數(shù)估算器13并依據(jù)該預(yù)定速度W 1及該輸出電流i 3依據(jù)公式7換算 轉(zhuǎn)矩常數(shù)it及摩擦系數(shù)估算單元IS依據(jù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)玲換算摩擦系數(shù)Bc
[0070]
公式 7 [00川公式7中，Vq的定義為q軸電壓、Ts的定義為電阻。
[007引于時(shí)點(diǎn)t4~17-控制伺服馬達(dá)系統(tǒng)100停止運(yùn)作，使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100開(kāi)始減速， 慣量估算單元16依據(jù)減速期間的時(shí)點(diǎn)ts~te測(cè)得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合摩擦系數(shù) 疆W曲線(xiàn)擬合方式估算一慣量I。
[0073] 參閱圖6,詳細(xì)而言，控制伺服馬達(dá)系統(tǒng)100停止運(yùn)作W使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100減速， 并在降至輸出速度《2(在輸出速度W。~W 1之間），依據(jù)減速期間的時(shí)點(diǎn)te~te之間測(cè) 得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度《di~《 d。。然后，慣量估算單元16配合該摩擦系數(shù)接依據(jù)公 式8 W曲線(xiàn)擬合方式估算慣量f。
[0074]
公式 8
[00巧]公式8中，CO (t)代入多個(gè)已知的取樣速度Wdi~《 d。及t代入對(duì)應(yīng)取樣速度 ?di~《 d。的時(shí)間d 1~d?？汕蟪鯩及N，M的定義為馬達(dá)轉(zhuǎn)速W指數(shù)函數(shù)形式作曲線(xiàn)擬合得 到的速度初始值、N的定義為馬達(dá)轉(zhuǎn)速W指數(shù)函數(shù)形式作曲線(xiàn)擬合得到的時(shí)間常數(shù)，然后， 將摩擦系數(shù)巧除W N就可求出慣量f。
[0076] 經(jīng)過(guò)如前述的控制流程后，第二計(jì)算器172取得摩擦系數(shù)估算單元15的摩擦系數(shù) 麗及慣量估算單元16的慣量f，并依據(jù)摩擦系數(shù)B及慣量I W公式9換算速度控制增益IV V及K l y，并W增益Ki y設(shè)定速度控制回路31，使伺服馬達(dá)系統(tǒng)100達(dá)成穩(wěn)定運(yùn)作的需求，其 中，《、的定義為如公式2的速度回路帶寬。
[0077]
公式 9
[007引因此，依據(jù)時(shí)點(diǎn)t。~t 6的控制過(guò)程中計(jì)算出摩擦系數(shù)i及慣量I后，從時(shí)點(diǎn)te開(kāi) 始依據(jù)摩擦系數(shù)髮及慣量f計(jì)算速度控制增益IVy及K ly，并W速度控制增益Kp y及K l y設(shè)定 伺服馬達(dá)系統(tǒng)100,如此就能使得伺服馬達(dá)系統(tǒng)100穩(wěn)定運(yùn)作而達(dá)到良好的效能。
[0079] 參閱圖7,說(shuō)明實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果的其中一范例，在升速階段可測(cè)得轉(zhuǎn)矩常數(shù)彩 為0. 48 (Nm/A)，升速為150化pm后降速測(cè)得初始慣量J。為1. 4*10 3 (kg*m2)，且在降速 過(guò)程中測(cè)得摩擦系數(shù)霧為2. 54*10 3(Nm/rad/s)，而在停止運(yùn)作之前測(cè)得實(shí)際慣量！為 3. 44*10 4(kg*m2)，其自動(dòng)調(diào)整時(shí)間只需耗時(shí)大約1. 4秒。
[0080] 參閱表1，在對(duì)照實(shí)驗(yàn)方面，本發(fā)明方法估測(cè)的慣量t對(duì)照手動(dòng)設(shè)定方法的慣量之 間的誤差值約5%左右，本發(fā)明方法估測(cè)的摩擦系數(shù)I對(duì)照手動(dòng)設(shè)定方法的摩擦系數(shù)之間 的誤差值皆為約5. 1%左右，本發(fā)明方法估測(cè)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)蠢t對(duì)照手動(dòng)設(shè)定方法的轉(zhuǎn)矩常數(shù) 之間的誤差值則為約1.5%。
[0081] 表 1
[0082]
[0083]
[0084] 依據(jù)前述，伺服馬達(dá)系統(tǒng)100依據(jù)本發(fā)明伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法可對(duì)馬達(dá)進(jìn)行 估測(cè)且將估測(cè)參數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為速度控制增益Kp y及K l y，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)可在大約1. 4秒自動(dòng) 完成精確估測(cè)，達(dá)成設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)效能（dynamic performance)。此外，測(cè)得的頻率響應(yīng)也具 有穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)效能。
[0085] 綜上所述，伺服馬達(dá)系統(tǒng)100的電流設(shè)定模塊11對(duì)電流控制回路32的電流命令 ^及輸出電流i。的電流誤差進(jìn)行積分限制可讓伺服馬達(dá)系統(tǒng)100能穩(wěn)定運(yùn)作，避免因?yàn)?系統(tǒng)不穩(wěn)定產(chǎn)生控制誤差。另外，初始值設(shè)定模塊12、轉(zhuǎn)矩常數(shù)估算器13、初始慣量估算器 14、摩擦系數(shù)估算單元15及慣量估算單元16可借由完成如圖5的控制流程，借此估測(cè)出的 轉(zhuǎn)矩常數(shù)^、慣量}'及摩擦系數(shù)B等參數(shù)，對(duì)于伺服馬達(dá)系統(tǒng)100能更精確且快速地調(diào)整， 故確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明的目的。
[0086] W上所述者，僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，當(dāng)不能W此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即凡 依本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，該伺服馬達(dá)系統(tǒng)具有一電流控制回路、一速度控制 回路及一控制裝置，該電流控制回路依據(jù)電流命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出電流、該速 度控制回路依據(jù)速度命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出速度，其特征在于：該控制裝置用W 設(shè)定該電流控制回路及該速度控制回路，且該方法包括下述步驟： 該電流控制回路依據(jù)電流命令W及輸出電流的電流誤差進(jìn)行積分限制，使該伺服馬達(dá) 系統(tǒng)定速于一穩(wěn)定速度ω。； 該控制裝置產(chǎn)生d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。W前饋控制方式令該伺服馬達(dá)系統(tǒng)自該 穩(wěn)定速度ω。升速至另一預(yù)定速度ω 1，且于該預(yù)定速度ωι估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的轉(zhuǎn) 矩常數(shù)，及/或配合于該預(yù)定速度ω 1估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的慣量或摩擦系數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：還包括下述步驟： 該控制裝置對(duì)于該電流控制回路輸入電流命令i 1并對(duì)該電流控制回路的電流命 令^^^及輸出電流1。的電流誤差進(jìn)行積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)定速于該穩(wěn)定速度ω。 且輸出電流iq= ?2; 當(dāng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)定速于該穩(wěn)定速度ω。時(shí)，該控制裝置依據(jù)一第一公式換算d軸及q 軸的解禪電壓VdwVq。，其中， 該第一公式：Vd〇= - ω 〇*Lq*iq及 V q〇= ω Y*Ld*id+Wy* 入， Lq及L d的定義分別為q軸及d軸電感、i q及i d的定義分別為q軸及d軸電流、ω V的 定義為速度回路帶寬，及λ為磁通鏈；及 該控制裝置輸入該d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。至該電流控制回路，使該電流控制回 路的q軸的輸出電流1。跟隨該電流命令i3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：還包括下述步驟： 當(dāng)該電流控制回路的輸出電流1。跟隨該電流命令i ^時(shí)，該控制裝置令該電流控制回 路放寬電流誤差之積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)加速到該預(yù)定速度《1，在該預(yù)定速度 的狀態(tài)下?lián)Q算一摩擦系數(shù)4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：還包括下述步驟： 當(dāng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)速度到達(dá)該預(yù)定速度ω 1時(shí)，該控制裝置使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)在降速 之前依據(jù)一第二公式于輸入電流指令0時(shí)計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)1(,。及輸入電流指令 i 1計(jì)算一初始慣量J。，并將該初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及該初始慣量J。依據(jù)一第Ξ公式換算 一速度控制增益Κρ y。:及K 1 W其中， 該第二公式：Vq的定義為q軸電壓，ω的定義為馬達(dá)機(jī) 械轉(zhuǎn)速，a的定義為加速度，iq的定義為q軸電流， 該第Ξ公式：Κρ、。= 2 · ω V · J。及及 該控制裝置對(duì)于該速度控制回路輸入該速度控制增益Kp y。及Κ l y。。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：還包括下述步驟： 該控制裝置控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)停止運(yùn)作W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始減速，該控制裝置 并依據(jù)減速期間測(cè)得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合該摩擦系數(shù)曲線(xiàn)擬合方式估算一 慣量if,6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：還包括下述步驟： 該伺服馬達(dá)系統(tǒng)從輸入電流指令i 1改為輸入電流指令i ^二〇，再轉(zhuǎn)換成^該速 度控制回路進(jìn)行速度控制于其速度等于該預(yù)定速度時(shí)，該控制裝置量測(cè)該預(yù)定速度ω 1 對(duì)應(yīng)的輸出電流iq= i 3,并依據(jù)該預(yù)定速度ω 1及該輸出電流i q= i 3依據(jù)一第四公式換算 一轉(zhuǎn)矩常數(shù)'乾并依據(jù)該轉(zhuǎn)矩常數(shù)鬆換算該摩擦系數(shù)g，其中， 該第四公式：Vq的定義為q軸電壓、r.的定義為電阻；及 該控制裝置控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)停止運(yùn)作W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始減速，并依據(jù)減速 期間測(cè)得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合該第四公式計(jì)算的摩擦系數(shù)優(yōu)依據(jù)一第五公式W 曲線(xiàn)擬合方式估算該慣量?， 該第五公式其中，Μ的定義為馬達(dá)轉(zhuǎn)速W指數(shù)函數(shù)形式作曲 線(xiàn)擬合得到的速度初始值、Ν的定義為馬達(dá)轉(zhuǎn)速W指數(shù)函數(shù)形式作曲線(xiàn)擬合得到的時(shí)間常 數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：還包括下述步驟： 該控制裝置依據(jù)該摩擦系數(shù)1及該慣量flW -第六公式換算該速度控制增益Kp y及 Ki y，并W該速度控制增益Κρ y及K 1 y設(shè)定該速度控制回路，其中， 該第六公式8. -種伺服馬達(dá)系統(tǒng)，包括一電流控制回路、一速度控制回路及一控制裝置，該電流控 制回路依據(jù)電流命令控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出電流，該速度控制回路依據(jù)速度命令控制 該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的輸出速度，其特征在于： 該控制裝置用W設(shè)定該電流控制回路及該速度控制回路，且該電流控制回路的電流 命令1^^^及輸出電流i。的電流誤差進(jìn)行積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)定速于一穩(wěn)定速度 ω。，且該控制裝置配合d軸及q軸的解禪電壓Vd。，Vq。^前饋控制方式令該伺服馬達(dá)系統(tǒng)自 該穩(wěn)定速度ω。升速至另一預(yù)定速度ω 1，且于該預(yù)定速度估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)矩常數(shù)Κ，及/或配合于該預(yù)定速度ω1降速時(shí)估算對(duì)應(yīng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)的慣量^或摩 擦系數(shù)黨Ρ9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：該控制裝置具有： 一初始值設(shè)定模塊，令該電流控制回路的輸入電流指令0,當(dāng)該伺服馬達(dá)系統(tǒng)降 速之前，計(jì)算一初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt。及一初始慣量J。，并將該初始轉(zhuǎn)矩常數(shù)kt。及該初始慣量J。 換算一初速控制增益Κρ y。及K 1 W且W該初速控制增益Κρ y。及K 1 y。設(shè)定該速度控制回路； 一摩擦系數(shù)估算單元，當(dāng)該電流控制回路的輸出電流1。跟隨該電流命令i ^時(shí)，令該電 流控制回路放寬電流誤差之積分限制，使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)加速至該預(yù)定速度ω 1，在該預(yù)定 速度的狀態(tài)下?lián)Q算一摩擦系數(shù)g;及 一慣量估算單元，控制該伺服馬達(dá)系統(tǒng)停止運(yùn)作W使該伺服馬達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始減速，并依 據(jù)減速期間測(cè)得的速度曲線(xiàn)取樣數(shù)個(gè)速度配合該摩擦系數(shù)霞W曲線(xiàn)擬合方式估算一慣量 A I。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的伺服馬達(dá)系統(tǒng)，其特征在于：該控制裝置于該預(yù)定速度ω 1 時(shí)量測(cè)該預(yù)定速度對(duì)應(yīng)的輸出電流i q，并依據(jù)該預(yù)定速度C〇i及該輸出電流i q換算一 轉(zhuǎn)矩常數(shù);鬆;及依據(jù)轉(zhuǎn)矩常數(shù)簽換算一摩擦系數(shù)鬆，且依據(jù)該摩擦系數(shù)1及該慣量j:換算 該速度控制增益Κρ y及K 1 y，并W該速度控制增益Κρ y及K 1 y設(shè)定該速度控制回路W使該伺 服馬達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。
【文檔編號(hào)】H02P21/22GK105978428SQ201510500888
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年8月14日
【發(fā)明人】楊勝明, 林光偉
【申請(qǐng)人】光寶科技股份有限公司