馬達速度控制器及其控制方法技術

本發明專利技術是一種馬達速度控制器及其控制方法，其控制器是依照不同速度動態調整加速度和急沖度，將馬達速度以最短時間增加或降低到預設的目標速度，且不超過最大加速度和最大急沖度的限制。即使在馬達速度進入高速的定功率區時，亦能自動調整其最大加速度來限制速度輸出，以避免超出馬達在高速時的加速能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于一種馬達速度的控制器及其控制方法，特別是有關于一種交流感應 馬達在扭力和功率限制的下，經由執行多次差值運算來控制馬達運動時的速度、加速度和 急沖度O
技術介紹
在一般工業應用上，常常將馬達(特別是交流感應馬達)的控制曲線區分為定扭 力區及定功率區，以此來控制馬達的運動速度，定扭力區及定功率區的速度曲線特性，請參 考圖1。如圖1所示，當馬達的速度在定扭力區時，馬達的扭力會依其加速或負載需求而增 加，直到最大扭力后，即無法再增加；而當馬達的速度到達定功率區后(也就是馬達的速度 到達基底速度后)，馬達的加速度隨著最大扭力的變小逐漸形成非線性的衰減。在傳統的馬 達速度控制中，為了讓輸出扭力能夠符合第1圖的速度對扭力限制的特性曲線，在進行規 劃馬達的運動速度時，都是將速度-時間曲線分割成許多段來近似，如圖2所示。為此，使 用者必須事先給定馬達每一段的端點速度及每一段的加速度時間，最后得到一條不平滑的 速度曲線。上述的馬達控制方式存在兩個缺點，第一個缺點是當馬達速度超過基底速度進入 定功率區時，現有技術要求使用者給定多段的參數，以期望能夠逼近理想的速度時間曲線， 但此一方法無法達到較佳的加減速控制。同時，給定多段參數在應用上給使用者帶來不便 以及設定上的困難；第二個缺點是當馬達在不同速度區間轉換時，必須轉換不同加速度，切 換點加減速太劇烈，轉換時急沖度很大，可能造成主軸運轉不平順。
技術實現思路
為改善現有技術中對馬達速度控制上的缺點，本專利技術提供一種數值控制器來控制 馬達的速度，其通過系統給定的馬達加減速時間、目前速度、基底速度和最大速度，實時動 態計算出當時的最大加速度，配合使用者給定的目標速度和馬達的最大急沖度，作為加減 速的規劃依據。在每一次插值時間點，以目前速度和目前加速度值，用最短時間到達目標速 度來進行規劃，計算出下個插值時間點的速度和加速度值輸出到馬達。經由重復上述決策 方法，可以在最短時間內將目前馬達速度增加或減少到目標速度。依據上述的控制器，本專利技術的一主要目的在提供一種控制器及其控制方法，使得 馬達能在最大加速度和最大急沖度的限制內將馬達以最短的時間內平滑地變動加(減)速 到目標速度，故可減少馬達運轉的震動現象。本專利技術的另一主要目的在提供一種控制器及其控制方法，使得馬達能在最大加速 度和最大急沖度的限制內將馬達以最短的時間內平滑地變動加(減)速到目標速度，故可 延長馬達的壽命。本專利技術的再一主要目的在提供一種控制器及其控制方法，使得馬達能在最大加速 度和最大急沖度的限制內，可通過改變目標速度來控制馬達的加(減)速，故可使馬達能平滑地變動加(減)速到目標速度，使得加工件有較佳的精度。本專利技術的還有一主要目的在提供一種控制器及其控制方法，使得馬達能在最大加 速度和最大急沖度的限制內，可在馬達的實時的動態速度狀態下來調整馬達的目前速度， 故可使馬達在最短時間內反應外部所給予的命令。本專利技術的再一主要目的在提供一種控制器及其控制方法，使得馬達能在最大加速 度和最大急沖度的限制內，當馬達的速度超過基底速度時，亦可配合馬達最大扭力隨著速 度增加而衰減的特性，去限制馬達的最大加速度，故可使馬達自動調整馬達速度的輸出。依據上述的各種目的，本專利技術首先提供一種控制馬達速度的方法，包括提供一馬 達的基底速度、最大速度、加速至最大速度的時間及加速到最大加速度的時間，以完成馬達 的最大速度、最大加速度及最大急沖度的設定；接著，提供一插值運算周期及目標速度；然 后馬達從靜止開始啟動，并依預設周期啟動插值運算；再接著，執行一插值運算，依該預設 周期啟動插值運算，在任一時刻進行插值運算時，可得知該馬達的目前速度及目前加速度； 據此獲得一加速度曲線規劃，將該馬達的該目前速度、該目前加速度以及在該最大加速度 與該最大急沖度的限制下所預設的該目標速度進行判斷，以規劃出一個使該目前速度達到 該目標速度且此時加速度為零的加速度曲線規劃；然后，再計算出一實時速度及實時加速 度，依據該加速度曲線規劃進行該馬達的加減速控制，并計算輸出該次插值運算周期結束 時間點的實時速度和實時加速度；最后，輸出該實時速度，以作為該馬達的速度控制命令。 重復步驟上述的過程直到全程運動流程結束時，使得該馬達達到該目前速度值與該目標速 度相同且加速度為零。本專利技術接著再提供一種馬達速度的控制器，該控制器是在馬達的最大加速度及最 大急沖度的限制下，在一設定的插值運算周期中執行多次差值運算來控制該馬達的速度， 其中該控制器的特征在于以前一次插值運算所輸出的一實時速度值來作為下一次插值運 算的目前速度值，并于該下一次插值運算中，由該目前速度值與一目標速度值之間的差值 來選擇一加速度規劃曲線，并再依據該加速度規劃曲線進行該馬達的加減速控制，并于該 下一次插值運算結束時，輸出該實時速度值至該馬達，以作為該馬達的速度控制命令，使得 于該插值運算周期結束時，該馬達的該目前速度值達到該目標速度且加速度為零。本專利技術接著再提供一種制造系統，包括一可控制的馬達及一控制器，該控制器用 以控制該馬達運動，其中該制造系統的特征在于該控制器在設定的最大加速度及最大急 沖度的限制下，以及在一設定的插值運算周期中執行多次差值運算來控制該馬達的速度， 并以前一次插值運算所輸出的一實時速度值來作為下一次插值運算的目前速度值，并于該 下一次插值運算中，由該目前速度值與一目標速度值之間的差值來選擇一加減速度曲線規 劃，并再依據該加減速度曲線進行該馬達的加減速控制，并于該下一次插值運算結束時，輸 出該實時速度值至該馬達，以作為該馬達的速度控制命令，使得于該插值運算周期結束時， 該馬達的該目前速度值達到該目標速度且加速度為零。附圖說明圖1是現有技術交流感應馬達的扭力-速度圖。圖2是現有技術運動規劃的速度-時間圖。圖3是每次插值時間內的速度加速度決定流程圖。圖4是運動到目標速度最佳運動規劃流程圖。圖5是最佳運動規劃三段加速度曲線圖。圖6是最佳運動規劃兩段加速度曲線圖。圖7是最佳運動規劃三段加速度曲線圖。圖8是最佳運動規劃兩段加速度曲線圖。圖9是馬達在定扭力和定功率區的速度-時間圖。圖10是馬達在定扭力和定功率區的加速度-時間圖。圖11是馬達在定扭力和定功率區的急沖度-時間圖。圖12是馬達在未到達定功率區的速度-時間圖。圖13是馬達在未到達定功率區的加速度-時間圖。圖14是馬達在未到達定功率區的急沖度-時間圖。圖15是馬達在定扭力和定功率區的速度-時間圖。圖16是馬達在定扭力和定功率區的加速度-時間圖。圖17是馬達在定扭力和定功率區的急沖度-時間圖。圖18是本專利技術的一多軸制造系統的示意圖。主要元件符號說明A從馬達運動起點到目標速度的等最大急沖度區段。B從馬達運動起點到目標速度的等最大加速度區段。C馬達最大加速度在定功率區和目前速度成反比。D從馬達運動起點到目標速度的負等最大急沖度區段。10多軸制造系統100控制器101數據輸入單元103加減速規劃單元105插值運算單元具體實施例方式由于本專利技術揭露一種控制馬達速度的控制器及其控制方法，特別是對一種交流感 應馬達的控制，因此，在以下的說明中，將詳細說明控制器與其馬達速度控制方法，而對于 交流感應馬達則不作完整描述。此外，本專利技術所提及的各種控制方法中所表本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種控制馬達速度的方法，其特征在于，包括：ａ．提供一馬達的基底速度、最大速度、加速至最大速度的時間及加速到最大加速度的時間，以完成馬達的最大速度、最大加速度及最大急沖度的設定；ｂ．提供一插值運算周期及目標速度；ｃ．馬達從靜止開始啟動，并依預設周期啟動插值運算；ｄ．執行一插值運算，依該預設周期啟動插值運算，在任一時刻進行插值運算時，可得知該馬達的目前速度及目前加速度；ｅ．獲得一加減速度曲線規劃，將該馬達的該目前速度、該目前加速度以及在該最大加速度與該最大急沖度的限制下所預設的該目標速度進行判斷，以規劃出一個使該目前速度達到該目標速度且此時加速度為零的加減速度曲線規劃；ｆ．計算出一實時速度及實時加速度，依據該加減速度曲線規劃進行該馬達的加減速控制，并計算出該次插值運算周期結束時間點的實時速度和實時加速度；ｇ．輸出該實時速度，以作為該馬達的速度控制命令；ｈ．重復步驟ｄ到ｇ直到全程運動流程結束時，使得該馬達達到該目前速度值與該目標速度相同且加速度為零。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王芝峰，楊文宏，黃煒生，
申請(專利權)人：新代科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：71[]