伺服驱动器及其增益快速自调整方法与流程

1.本发明涉及一种伺服驱动器，尤其涉及一种可以自动调整控制增益的伺服驱动器，以及伺服驱动器使用的增益快速自调整方法。


背景技术：

2.工业用的机台主要会通过一或多个马达来带动负载进行运动，并且机台上会配置一或多台伺服驱动器来分别控制这些马达。伺服驱动器中记录有许多参数，然而使用者通常不知道要如何设定这些参数，才能够令机台运作在稳定的状况下。
3.一般来说，机台上可能会配置有自动增益调整功能(或称为自动调机功能)，以协助使用者设定上述参数。自动增益调整功能主要是将专家的经验以流程的方式撰写成电脑软件，或是将此流程记录在伺服驱动器内部。藉此，不具备相关知识的使用者能够通过电脑或伺服驱动器上的使用者界面(user interface,ui)的引导，一步步执行所述流程，进而对伺服驱动器的增益进行设定。如此一来，只有少部分无法通过自动增益调整功能来处理的机台，才需要请专业人员前往现场解决。藉此，可以节省大量的人力。
4.如上所述，为了让一般使用者也能够对机台进行设定，相关技术中的自动调机功能往往需搭配电脑软件的使用，来产生引导使用者进行操作的人机界面。而对于部分无法使用电脑设备，或是电脑设备因为资安问题无法安装软件的场合(例如无尘室中)，就无法使用实现上此自动调机功能。
5.另，相关技术中的自动增益调整功能一般会需控制机台让受控元件于两点间来回移动，因而需要令马达旋转1～3圈或以上的距离。因此，对于受控元件在不同位置时会有不同特性的机台(例如机械手臂)，或只能令受控元件移动极短行程的机台，就无法使用此类型的自动增益调整功能。
6.再者，上述让机台控制其上的受控元件在两点间来回移动的做法，一般需耗时2至3分钟或以上才能完成一次完整的增益调整程序。对于部分工业环境来说，这样的增益调整程序实缺乏效率。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的，在于提供一种伺服驱动器及其增益快速自调整方法，可于极短的时间内完成伺服驱动器的增益调整程序，并且在执行增益调整程序时，仅需令马达进行最小幅度的移动。
8.为了达成上述的目的，本发明的增益快速自调整方法主要应用于与一马达连接的一驱动器，并且包括下列步骤：
9.a)获取该马达的一电流反馈信号，并基于该电流反馈信号计算一扭矩估测值；
10.b)获取该马达的一位置反馈信号，并基于该位置反馈信号计算一加速度估测值；
11.c)依据该扭矩估测值及该加速度估测值计算对应的一系统惯量，其中该系统惯量为该马达承载一负载时的惯量；
12.d)依据该马达的一空载惯量及该系统惯量计算对应的一估测控制增益；及
13.e)依据该估测控制增益对该驱动器进行调整。
14.为了达成上述的目的，本发明的伺服驱动器与一马达电性连接，其中该马达承载一负载并与该负载共同构成该伺服驱动器的一受控系统，并且该伺服驱动器包括：
15.一电流检测元件，接收该马达的一激磁电流并产生对应的一电流反馈信号；
16.一中央处理单元，连接该电流检测元件及该马达，包括：
17.一扭矩估测模块，基于该电流反馈信号计算一扭矩估测值；
18.一加速度估测模块，接收该马达的一位置反馈信号，并基于该位置反馈信号计算一加速度估测值；
19.一增益计算模块，依据该扭矩估测值及该加速度估测值计算对应的一系统惯量，并依据该马达的一空载惯量及该系统惯量计算对应的一估测控制增益，其中该系统惯量为该马达承载该负载时的惯量；及
20.一控制模块，依据该估测控制增益对该伺服驱动器进行调整；及
21.一存储单元，连接该中央处理单元，记录包含该扭矩估测值及该加速度估测值的一数据阵列，并且该中央处理单元被配置来读取该数据阵列以获得该扭矩估测值及该加速度估测值。
22.相对于相关技术，本发明可以在伺服驱动器启动后自动于完成增益调整程序，并且增益调整程序的执行时间极短，也不需要让马达进行大幅度的位移，更不需要为了执行增益调整程序而存储大量的数据。
附图说明
23.图1为本发明的一具体实施例的伺服驱动系统的方块图；
24.图2为本发明的一具体实施例的调整方法的流程图；
25.图3为本发明的一具体实施例的惯量示意图；
26.图4为本发明的一具体实施例的控制增益设定流程图；
27.图5为本发明的一具体实施例的稳定判断流程图；
28.图6为本发明的一具体实施例的惯量估测流程图；
29.图7为本发明的一具体实施例的控制架构的示意图；
30.图8为本发明的一具体实施例的频率响应的示意图。
31.附图标号说明
[0032]1…
驱动器
[0033]
11
…
中央处理单元
[0034]
111
…
控制模块
[0035]
112
…
扭矩估测模块
[0036]
113
…
加速度估测模块
[0037]
114
…
增益计算模块
[0038]
115
…
速度估测模块
[0039]
116
…
位置控制器
[0040]
117
…
速度控制器
[0041]
12
…
电流检测元件
[0042]
13
…
存储单元
[0043]
14
…
功率输出元件
[0044]2…
马达
[0045]
21
…
驱动单元
[0046]
22
…
位置检测元件
[0047]3…
负载
[0048]4…
受控系统
[0049]5…
弦波电流
[0050]6…
马达空载时的响应曲线
[0051]7…
马达加载二十倍负载时的响应曲线
[0052]c…
电压命令
[0053]u…
马达电压
[0054]i’…
激磁电流
[0055]i…
电流反馈信号
[0056]
x
…
位置反馈信号
[0057]v…
速度反馈信息
[0058]
t
…
扭矩估测值
[0059]m…
数据阵列
[0060]n…
增益计算
[0061]
α
…
加速度估测值
[0062]
s10～s26
…
控制增益调整步骤
[0063]
s30～s36
…
估测步骤
[0064]
s40～s50
…
设定步骤
[0065]
s60～s70
…
抑制步骤
具体实施方式
[0066]
现就本发明的一较佳实施例，配合附图，详细说明如后。
[0067]
首请参阅图1及图2，其中图1为本发明的一具体实施例的伺服驱动系统的方块图，图2为本发明的一具体实施例的调整方法的流程图。图1公开了一种伺服驱动系统，其中伺服驱动系统包括本发明的伺服驱动器(servo actuator)(下面将于说明书中简称为驱动器1)，以及与驱动器1电性连接的受控系统，其中受控系统至少包括与驱动器1电性连接的马达2以及马达2所承载的负载3。
[0068]
本发明的主要技术在于，驱动器1于通电启动后，或是接受使用者的设定而启动自动增益调整功能(或称为自动调机功能)后，即可针对当前连接的受控系统来自动进行内部的控制增益的调整，藉此令受控系统在接受了驱动器1的控制时，能够稳定地工作。
[0069]
于一实施例中，使用者可通过使用者界面(user interface,us)或其他媒介来对驱动器1内部的自动调机参数进行设定(例如将旗标致能)。当驱动器1检测到所述自动调机参数被致能时，即可自动检测当前连接的受控系统的状态，并执行本发明的增益快速自调
整方法，以实现自动增益调整功能。
[0070]
如图1所示，本发明的驱动器1至少具有中央处理单元(central process unit,cpu)11、电流检测元件12、存储单元13及功率输出元件14，其中电流检测元件12、存储单元13及功率输出元件14分别电性连接中央处理单元11。
[0071]
本发明中，中央处理单元11记录有固件，并且基于中央处理单元11所要执行的功能，可将固件虚拟切割为控制模块111、扭矩估测模块112、加速度估测模块113及增益计算模块114。换句话说，本发明中的控制模块111、扭矩估测模块112、加速度估测模块113及增益计算模块114可为以固件实现于中央处理单元11内的固件模块。本发明中，中央处理单元11主要通过增益计算模块114来依据受控系统的状态计算对应的控制增益，并且依据计算所得的控制增益自动对驱动器1进行调整(容后详述)。
[0072]
马达2至少具有驱动单元21及位置检测元件22，并且马达2直接连接负载3，或是通过连动装置(例如皮带或连杆等)间接连接负载3。于一实施例中，驱动器1通过中央处理单元11、电流检测元件12及功率输出元件14连接马达2。如图1所示，中央处理单元11发出电压命令c至功率输出元件14，并且功率输出元件14基于电压命令c产生对应的马达电压u并输出至马达2，藉此对马达2进行控制。
[0073]
马达2通过驱动单元21来从驱动器1接收马达电压u，并且受驱动单元21的驱动以进行转动。马达2在转动后可以带动负载3进行运动，并且马达2通过位置检测元件22检测并记录马达2的位置反馈信号x，并且将位置反馈信号x回传至驱动器1。并且，马达2还可通过驱动单元21回传激磁电流i’至驱动器1，并且驱动器1通过电流检测元件12接收马达的激磁电流i’并产生对应的电流反馈信号i。
[0074]
请同时参阅图1及图2，其中图2为本发明的一具体实施例的调整方法的流程图。图2公开了本发明的增益快速自调整方法(下面将于说明书中简称为调整方法)的具体执行步骤，并且所述调整方法应用于如图1所示的驱动器1。
[0075]
本发明中，驱动器1具有复数可供设定及调整的参数，其中包括一个自动调机参数。要令驱动器1执行本发明的调整方法以实现自动增益调整功能，使用者需通过使用者界面(图未标示)致能驱动器1的自动调机参数。驱动器1在检测到自动调机参数被致能后，即可自动输入对应至一个单频弦波的弦波电流至受控系统，藉此扰动受控系统以取得对应信息(步骤s10)。藉此，驱动器1可基于所取得的信息来执行本发明的调整方法。
[0076]
马达2接收弦波电流后，会产生小幅度的位移。此时，驱动器1可接收马达2输出的激磁电流，并且由电流检测元件12基于激磁电流产生对应的电流反馈信号(步骤s12)。并且，驱动器1还通过中央处理单元11的扭矩估测模块112获取电流反馈信号i，并基于电流反馈信号计算扭矩估测值(步骤s14)。
[0077]
于马达2产生位移时，驱动器1还通过中央处理单元11的加速度估测模块113接收马达2输出的位置反馈信号，并基于位置反馈信号计算加速度估测值(步骤s16)。
[0078]
如上所述，本实施例的受控系统包括马达2及其所承载的负载3。上述扭矩估测值指的是马达2在承载负载3的状态下进行位移所产生的扭矩，而上述加速度估测值指的是马达2在承载负载3的状态下进行位移所产生的加速度。并且，上述步骤s12、步骤s14及步骤s16并不具有执行上的顺序关系，中央处理单元11可以依据任意顺序来计算扭矩估测值及加速度估测值，亦可基于多工技术来同时计算扭矩估测值及加速度估测值，而不以图2所示
的执行顺序为限。
[0079]
于步骤s14以及步骤s16后，驱动器1通过中央处理单元11的增益计算模块114取得扭矩估测值及加速度估测值，并且基于扭矩估测值及加速度估测值计算对应的系统惯量(步骤s18)。具体地，本实施例的系统惯量指的是马达2在承载负载3的状态下的惯量。更具体地，系统惯量指的是马达2当前承载的负载3的重量。
[0080]
于一实施例中，增益计算模块114主要可依据下列第一公式计算系统惯量：其中j为系统惯量，t为扭矩估测值，并且α为加速度估测值。惟，上述仅为本发明的其中一个具体实施范例，但并不以此为限。
[0081]
值得一提的是，驱动器1还具有连接中央处理单元11的存储单元13，所述存储单元13可例如为各式存储器，但不加以限定。
[0082]
于一实施例中，扭矩估测模块112在步骤s14后将计算所得的扭矩估测值存储于存储单元13中，并且加速度估测模块113在步骤s16后将计算所得的加速度估测值存储于存储单元13中。本实施例中，存储单元113用以记录包含有扭矩估测值和加速度估测值的数据阵列(例如图1所示的数据阵列m)。于步骤s18中，中央处理单元11的增益计算模块114可读取存储单元113中的数据阵列m，以获得扭矩估测值及加速度估测值，藉此计算系统惯量。
[0083]
请同时参阅图3，为本发明的一具体实施例的惯量示意图。如上所述，本发明中中央处理单元11是基于扭矩估测值以及加速度估测值来计算系统惯量，而由于是使用估测值来进行计算，计算所得的系统惯量将可能具有误差。
[0084]
于图3的实施例中，驱动器1通过弦波电流来令马达2产生位移，并且中央处理单元11在马达2位移的多个时间点取得多笔扭矩估测值以及多笔加速度估测值。本实施例中，中央处理单元11的增益计算模块114主要是依据多个时间点的扭矩估测值与加速度估测值执行一阶线性回归计算，并且产生一条回归线。藉此，中央处理单元11的增益计算模块114可以将这条回归线的斜率做为受控系统的系统惯量。
[0085]
举例来说，所述弦波电流可对应至频率为5hz的单频弦波，也就是说此单频弦波对应的时间为200ms。于此实施例中，中央处理单元11可以在输入弦波电流后，每隔20ms计算一笔扭矩估测值与一笔加速度估测值，并且通过十笔扭矩估测值与十笔加速度估测值来计算受控系统的系统惯量。惟，上述时间及笔数仅为举例之用，并非用以对本案的技术范围进行限定。
[0086]
本发明基于多笔扭矩估测值与多笔加速度估测值来执行一阶线性回归，进而计算系统惯量，可以令计算所得的系统惯量更为准确。并且，驱动器1无需使用大量的存储器来存储计算系统惯量以及控制增益所需的数据。在不需要使用大量存储空间的情况下，本发明可以不利用额外的电脑设备而直接由驱动器1来实现控制增益的自调整。
[0087]
回到图2。于步骤s18后，增益计算模块114依据马达2的空载惯量及计算所得的系统惯量来计算对应的一估测控制增益(例如图1所示的估测控制增益n)(步骤s20)，并且将估测控制增益提供给控制模块111。于一实施例中，所述估测控制增益可例如包括驱动器1内的位置控制器所采用的位置增益以及速度控制器所采用的速度增益，但不以此为限。
[0088]
具体地，马达2的空载惯量在马达2制造完成后即已固定，属于驱动器1的已知信息。据此，增益计算模块114可以通过马达2的空载惯量以及估算所得的系统惯量计算出驱
动器1应该采用的各项参数(即，估测控制增益)，使得驱动器1能够控制受控系统进行稳定的运动。
[0089]
请同时参阅图4，为本发明的一具体实施例的控制增益设定流程图。图4用以对图2所示的步骤s20做进一步的说明。
[0090]
于一实施例中，驱动器1可于内部建立一个频宽对应表(图未标示)，所述频宽对应表中预先记录了不同的系统惯量所分别对应的期望频宽，其中系统惯量与其对应的期望频宽成反比。换句话说，较小的系统惯量较小对应至较大的期望频宽，而较大的系统惯量较大对应至较小的期望频宽。例如，频宽对应表中可记录10倍惯量的负载3对应至100hz的期望频宽，100倍惯量的负载3对应至10hz的期望频宽。惟，上述仅为本发明的其中一个实施范例，但不以此为限。
[0091]
本实施例中，增益计算模块114先取得在步骤s18中所估算的系统惯量(步骤s30)，接着依据系统惯量查询所述频宽对应表(步骤s32)，以获得此系统惯量所对应的期望频宽(步骤s34)。并且，增益计算模块114依据这个期望频宽来决定要令驱动器1采用的估测控制增益(步骤s36)。换句话说，本发明对驱动器1进行调整所使用的估测控制增益，与驱动器1当前连接的受控系统的系统惯量所对应的期望频宽直接相关。惟，上述仅为本发明的其中一个具体实施范例，但并不以此为限。
[0092]
回到图2。步骤s20后，中央处理单元11可通过控制模块111来依据增益计算模块114提供的估测控制增益对驱动器1进行调整(步骤s22)。
[0093]
通过本发明的调整方法，使用者不需要使用额外的电脑软件，也不需要通过电脑界面的引导来对驱动器1进行控制增益的设定。相对地，使用者仅需致能驱动器1中的一个对应参数(例如将自动调机参数打勾)，即可启用自动增益调整功能，以令驱动器1自动完成增益调整程序，相当便利。
[0094]
于较佳的情境中，驱动器1在接受了控制模块111的调整后，即可自动完成多项参数的设定，并可控制受控系统进行稳定的运动。然而，本发明的中央处理单元11是基于估测的系统惯量来计算估测控制增益，因此在步骤s20中估测的系统惯量可能会与受控系统的实际系统惯量具有误差。有鉴于此，本发明在完成了对驱动器1的调整后，还可进一步对调整后的驱动器1进行测试。
[0095]
如图2所示，于步骤s22后，调整后的驱动器1可输入一个测试信号至受控系统(步骤s24)，藉此令受控系统的马达2执行运动。本实施例中，所述测试信号对应至一个方波电流。通过让调整后的驱动器1产生方波电流以对马达2进行扰动，本发明可以确认在驱动器1当前采用的期望频宽下，受控系统的运作是否稳定。如果受控系统的运作稳定，驱动器1就可以结束本次的增益调整程序(步骤s26)。若受控系统的运作不稳定(例如受控系统会产生振动)，则驱动器1再通过中央处理单元11来对所采用的估测控制增益进行调整(容后详述)。
[0096]
续请同时参阅图1、图2及图5，其中图5为本发明的一具体实施例的稳定判断流程图。如图5所示，在驱动器1接受了估测控制增益的调整后，调整后的驱动器1可接着输入所述测试信号至受控系统(步骤s60)。此时，受控系统的马达2会接受扰动而执行运动，而驱动器1可判断受控系统在马达2执行运动时是否稳定(步骤s62)。
[0097]
具体地，所述测试信号为驱动器1对受控系统发出的一个脉冲(pulse)，而可令受
控系统(尤其是马达2)进行一个小幅度的位移。于一实施例中，驱动器1在步骤s62中是判断在采用了新的控制增益(即，估测控制增益)来对受控系统进行控制时，马达2的运动是否会令受控系统产生不必要的振动。
[0098]
若于步骤s62中判断受控系统稳定，则可结束本发明的调整方法，并完成驱动器1的增益调整程序。
[0099]
若于步骤s62中判断受控系统处于不稳定状态，则驱动器1通过中央处理单元11对这个不稳定状态进行评估，以判断这个不稳定状态是否能通过驱动器1执行共振抑制程序来解决(步骤s64)。
[0100]
具体地，中央处理单元11对于增益计算模块114计算所得的估测控制增益的对应频宽是已知的，并且驱动器1可以经过监控程序(monitor)来获得受控系统处于不稳定状态时的振动频率。于步骤s64中，中央处理单元11可以依据估测控制增益的频宽与受控系统的振动频率的关系，直接判断受控系统的不稳定状态是否可以通过共振抑制程序来解决。所述共振抑制程序为本技术领域中的常用技术手段，于此不再赘述。
[0101]
若中央处理单元11判断受控系统处于不稳定状态，但这个不稳定状态可以通过共振抑制程序来解决，则中央处理单元11控制驱动器1执行共振抑制程序(步骤s66)。本实施例中，中央处理单元11可以通过让驱动器1执行共振抑制程序来令受控系统恢复稳定(例如不再振动)，而不需要再调整驱动器1的控制增益。
[0102]
若中央处理单元11判断受控系统处于不稳定状态，并且这个不稳定状态无法通过共振抑制程序来解决，代表增益计算模块114所计算的估测控制增益太高。对此，中央处理单元11可调降增益计算模块114计算的估测控制增益所对应的频宽(步骤s68)。
[0103]
步骤s68后，中央处理单元11通过控制模块111来依据调降后的估测控制增益再次对驱动器1进行调整，并且通过与上述相同的方式(例如输入测试信号)判断受控系统是否稳定(步骤s70)。若受控系统稳定，则中央处理单元11结束本发明的调整方法，并完成驱动器1的增益调整程序。若受控系统仍然不稳定，则中央处理单元11再次执行步骤s68，以再次调降估测控制增益的对应频宽，并且基于频宽调降后的估测控制增益再次对驱动器1进行调整。
[0104]
如前文所述，驱动器1发出的测试信号仅会令受控系统(尤其是马达2)进行一个小幅度的位移，而驱动器1可以通过这个小幅度的位移判断受控系统是否稳定。于一实施例中，驱动器1在执行本发明的调整方法时仅需令马达2执行不超过1/10圈(即，小于或等于36度)的位移量，因而可令受控系统的硬体结构具有较大的适用弹性。
[0105]
更具体地，为了成功估测系统惯量，驱动器1必须确保马达2能够在小幅度的位移中产生较大的速度响应。藉此，驱动器1才能于马达2的位移中计算有效的加速度估测值，进而能够估测对应的系统惯量。
[0106]
续请同时参阅图1、图2、图6及图7，其中图6为本发明的一具体实施例的惯量估测流程图，图7为本发明的一具体实施例的控制架构的示意图。
[0107]
在令驱动器1执行增益调整程序前，使用者可针对驱动器1当前连接的马达2的规格设定一组初始控制增益，并且中央处理单元11的控制模块111可依据初始控制增益对驱动器1进行初始设定(步骤s40)。于一实施例中，所述初始控制增益至少包括基于马达2的规格而对驱动器1内的位置控制器116所设定的位置增益，以及基于马达2的规格而对驱动器1
内的速度控制器117所设定的速度增益。
[0108]
如上所述，本发明依据马达2的规格来设定初始控制增益，并且依据初始控制增益对驱动器1进行初始设定后，再对受控系统进行测试。因此，不会因为驱动器1内部的既有参数(例如由使用者自行设定的随机参数)影响而调机结果。
[0109]
步骤s40后，经过初始设定后的驱动器1输入前述弦波电流至受控系统(步骤s42)，以对马达2进行扰动(即，令马达2进行前述小幅度的位移)。具体地，步骤s42与前述图2的步骤s10相似，于此不再赘述。
[0110]
值得一提的是，为了缩短系统惯量的估测时间，驱动器1必须让马达2在极短时间内完成位移，因此弦波电流所对应的单频弦波的频率不能太低。另，为了避免马达2在进行位移时发生振动，因此弦波电流所对应的单频弦波的频率亦不能太高(例如不能大于系统共振频率)。
[0111]
于一实施例中，所述弦波电流可对应至频率范围在5hz～15hz间的单频弦波，也就是说弦波电流对马达2的扰动时间约为66ms～200ms。惟，上述仅为本发明的其中一个具体实施范例，所述单频弦波的频率可小于5hz或大于15hz，而不以上述频率范围为限。
[0112]
通过对单频弦波的频率范围进行设定，驱动器1可以缩短系统惯量的估测时间，进而令完整的增益调整程序的执行时间不超过1秒钟。藉此，可大幅提升驱动器1的效率。
[0113]
如上所述，若采用频率过小(例如小于5hz)的单频弦波，则完整的增益调整程序的执行时间将会过长，而可能不符合使用者需求。于此情况下，驱动器1可以不要使用一个完整的弦波，藉此缩短整个增益调整程序的执行时间。惟，上述仅为本发明的其中一个实施范例，但不加以限定。
[0114]
步骤s42后，驱动器1即可在马达2进行运动时，通过电流检测元件12、扭矩估测模块112及加速度估测模块113来获取马达2的电流反馈信号及位置反馈信号并计算扭矩估测值及加速度估测值，并且再通过增益计算模块114来估测受控系统的系统惯量(步骤s44)。
[0115]
如前文所述，增益计算模块114是基于扭矩估测值及加速度估测值来估算系统惯量，因此若马达2于前述扰动时间内的速度响应不足，将可能导致驱动器1无法正确计算马达2的加速度估测值，进而无法估测系统惯量。
[0116]
本实施例中，中央处理单元11于步骤s44后判断系统惯量是否估测成功(步骤s46)。若系统惯量估测成功，则中央处理单元11可继续执行剩余的增益调整程序(步骤s50)，例如，中央处理单元11可接续执行图2所示的步骤s20至步骤s26，但不以此为限。
[0117]
若于步骤s46中判断系统惯量估测失败，中央处理单元11可基于马达2的反馈信息(例如所述电流反馈信号及位置反馈信号)调整在步骤s40中获得的初始控制增益，并由控制模块111依据调整后的初始控制增益再次对驱动器进行初始设定(步骤s48)。并且，中央处理单元11再次执行步骤s42及步骤s44，以由调整后的驱动器1再次发出弦波电流至受控系统，并接受马达2的反馈信息以再次估测系统惯量。
[0118]
具体地，驱动器1在接受初始设定后会输入弦波电流至受控系统，并且持续监控马达2被扰动后产生的位移，同时基于马达2的位置反馈信号计算加速度估测值。要让驱动器1能成功计算加速度估测值，马达2在接受扰动后需在短时间内进行增幅够大的位移。是以，本发明中对于初始控制增益的内容以及单频弦波的频率的设定，目的在于让马达2可以在进行位移时达到最大的加速度特性。因此，当连接不同的马达2时，所述初始控制增益与单
频弦波亦会所有不同。
[0119]
如图7所示，本发明的驱动器1还包括速度估测模块115、位置控制器116及速度控制器117，其中速度估测模块115、位置控制器116及速度控制器117可例如为中央处理单元11内部的固件模块，但不加以限定。
[0120]
如图7所示，受控系统4(即，马达2及负载3)进行运动时，可由位置检测元件22输出位置反馈信号x。驱动器1接收位置反馈信号x后，可将位置反馈信号x反馈给位置控制器116，并且由速度估测模块115基于位置反馈信号x计算马达2的速度反馈信息v并反馈给速度控制器117。
[0121]
位置控制器116与速度控制器117基于反馈信号对受控系统4进行控制，并且驱动器1可输入所述弦波电流5至受控系统4。受控系统4在受到弦波电流5的扰动后，可输出电流反馈信号i至驱动器1的扭矩估测模块112，并且输出位置反馈信号x至驱动器1的加速度估测模块113。藉此，驱动器1的扭矩估测模块112可基于电流反馈信号i计算扭矩估测值t，并且加速度估测模块113可基于位置反馈信号x计算加速度估测值α。
[0122]
如上所述，当驱动器1无法通过马达2的位移来获得符合需求的加速度估测值时，即需执行图6的步骤s48来对初始控制增益进行调整，其中包括调整位置控制器116采用的位置增益以及速度控制器117采用的速度增益。具体地，驱动器1通过调整后的初始控制增益来放大受控系统4于弦波电流5对应的频率下的速度响应，藉此让受控系统4在接收弦波电流5后可产生够大的加速度。
[0123]
请同时参阅图8，为本发明的一具体实施例的频率响应的示意图。图8公开了受控系统4在马达空载时的响应曲线6以及马达加载二十倍负载时的响应曲线7。
[0124]
如图8所示，在马达2空载时，最大的增幅(40.37db)出现在频率20.5hz的位置，而在马达2加载二十倍负载时，最大的增幅(40.36db)出现在频率6.463hz的位置。上述信息是在马达2出厂时经过测试即可获得的已知信息。
[0125]
基于上述信息，驱动器1在图6的步骤s42中可选择6.4hz至20.5hz间的单频弦波来产生弦波电流5。于此情况下，马达2在空载至承载二十倍负载的情况下受到弦波电流5的扰动，皆能有较大的速度响应，而使得驱动器1能成功计算马达2的加速度估测值。
[0126]
若于图6的步骤s46中判断系统惯量估测失败，代表马达2的负载可能超出了单频弦波的上述频率范围，例如，马达2加载了三十倍的负载。
[0127]
具体地，图8所示的增幅(即，db值)是由马达2的速度反馈和位置反馈所描绘出来的，因此于图6的步骤s48中，驱动器1的中央处理单元11可依据马达2的反馈信号来调整位置控制器116采用的位置增量以及速度控制器117采用的速度增量，藉此放大马达2的速度响应。如此一来，可确保在驱动器1下次输入弦波电流5至受控系统4时，能够成功获得加速度估测值，进而能够成功估测系统惯量。
[0128]
通过本发明的技术方案，驱动器可以在启动后自动完成增益调整程序，其中增益调整程序的执行时间极短，并且马达不需要进行大幅度的位移，驱动器也不需要为了增益调整程序的执行而存储大量的数据。
[0129]
以上所述仅为本发明的较佳具体实例，非因此即局限本发明的权利要求，故举凡运用本发明内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的范围内，合予陈明。

技术特征：
1.一种增益快速自调整方法，应用于与马达连接的驱动器，包括：a)获取所述马达的电流反馈信号，并基于所述电流反馈信号计算扭矩估测值；b)获取所述马达的位置反馈信号，并基于所述位置反馈信号计算加速度估测值；c)依据所述扭矩估测值及所述加速度估测值计算对应的系统惯量，其中所述系统惯量为所述马达承载负载时的惯量；d)依据所述马达的空载惯量及所述系统惯量计算对应的估测控制增益；及e)依据所述估测控制增益对所述驱动器进行调整。2.根据权利要求1所述的增益快速自调整方法，其中还包括：f)由调整后的所述驱动器输入测试信号至包含所述马达及所述负载的受控系统，其中所述测试信号令所述马达执行运动；g)判断所述受控系统于所述马达执行运动时是否稳定；h)判断所述受控系统处于不稳定状态，但所述不稳定状态可通过共振抑制程序解决时，控制所述驱动器执行所述共振抑制程序；及i)判断所述受控系统处于所述不稳定状态，并且所述不稳定状态无法通过所述共振抑制程序解决时，调降所述估测控制增益对应的频宽，并依据调降频宽后的所述估测控制增益重新对所述驱动器进行调整。3.根据权利要求2所述的增益快速自调整方法，其中所述步骤h)与所述步骤i)是基于所述估测控制增益对应的所述频宽与所述受控系统处于所述不稳定状态时的振动频率的对应关系，判断所述不稳定状态是否可以通过所述共振抑制程序解决。4.根据权利要求2所述的增益快速自调整方法，其中所述步骤a)之前还包括步骤a1)：输入弦波电流至所述受控系统以令所述马达进行运动，其中所述步骤a)及所述步骤b)于所述马达进行运动时获取所述电流反馈信号及所述位置反馈信号。5.根据权利要求4所述的增益快速自调整方法，其中所述弦波电流对应至频率范围为5～15hz的单频弦波。6.根据权利要求4所述的增益快速自调整方法，其中所述步骤a1)之前还包括步骤a0)：依据初始控制增益对所述驱动器进行初始设定，其中所述初始控制增益至少包括基于所述马达的规格所设定的位置增益及速度增益，并且所述步骤a1)是由初始设定后的所述驱动器输入所述弦波电流至所述受控系统。7.根据权利要求6所述的增益快速自调整方法，其中还包括：c1)所述步骤c)后，判断所述系统惯量是否估测成功；c2)所述系统惯量估测失败时调整所述初始控制增益并重新对所述驱动器进行初始设定，并且再次执行所述步骤a0)、所述步骤a1)及所述步骤a)至所述步骤c)；及c3)所述系统惯量估测成功时，依据所述系统惯量执行所述步骤d)。8.根据权利要求7所述的增益快速自调整方法，其中所述步骤c2)是调整所述位置增益及所述速度增益，以放大所述受控系统于所述弦波电流对应的频率下的速度响应。9.根据权利要求2所述的增益快速自调整方法，其中所述步骤c)依据第一公式计算所述系统惯量：其中j为所述系统惯量，t为所述扭矩估测值，α为所述加速度估测值。10.根据权利要求2所述的增益快速自调整方法，其中所述步骤c)是依据多个时间点的
所述扭矩估测值与所述加速度估测值执行一阶线性回归计算以产生回归线，并以所述回归线的斜率做为所述系统惯量。11.根据权利要求2所述的增益快速自调整方法，其中所述驱动器具有频宽对应表，所述频宽对应表记录不同的所述系统惯量所分别对应的期望频宽，并且所述系统惯性与所述期望频宽成反比；其中，所述步骤d)是依据所述系统惯量查询所述频宽对应表以获得对应的所述期望频宽，并依据所述期望频宽决定所述估测控制增益。12.一种伺服驱动器，与马达电性连接，其中所述马达承载负载并与所述负载共同构成所述伺服驱动器的受控系统，并且所述伺服驱动器包括：电流检测元件，接收所述马达的激磁电流并产生对应的电流反馈信号；中央处理单元，连接所述电流检测元件及所述马达，包括：扭矩估测模块，基于所述电流反馈信号计算扭矩估测值；加速度估测模块，接收所述马达的位置反馈信号，并基于所述位置反馈信号计算加速度估测值；增益计算模块，依据所述扭矩估测值及所述加速度估测值计算对应的系统惯量，并依据所述马达的空载惯量及所述系统惯量计算对应的估测控制增益，其中所述系统惯量为所述马达承载所述负载时的惯量；及控制模块，依据所述估测控制增益对所述伺服驱动器进行调整；及存储单元，连接所述中央处理单元，记录包含所述扭矩估测值及所述加速度估测值的数据阵列，并且所述中央处理单元被配置来读取所述数据阵列以获得所述扭矩估测值及所述加速度估测值。13.根据权利要求12所述的伺服驱动器，其中所述中央处理单元被配置来于所述伺服驱动器被调整后输入测试信号至所述受控系统以令所述马达执行运动，并且判断所述受控系统于所述马达执行运动时是否稳定；其中，所述中央处理单元被配置来于判断所述受控系统处于不稳定状态，但所述不稳定状态可通过共振抑制程序解决时，执行所述共振抑制程序，并且于所述不稳定状态无法通过所述共振抑制程序解决时调降所述估测控制增益对应的频宽，并且依据调降频宽后的所述估测控制增益重新对所述伺服驱动器进行调整。14.根据权利要求13所述的伺服驱动器，其中所述中央处理单元被配置来输入弦波电流至所述受控系统以令所述马达进行运动，并且所述扭矩估测模块被配置于所述马达进行运动时获取所述电流反馈信号，所述加速度估测模块被配置于所述马达进行运动时获取所述位置反馈信号。15.根据权利要求14所述的伺服驱动器，其中所述中央处理单元被配置来基于频率范围为5～15hz的单频弦波产生所述弦波电流。16.根据权利要求14所述的伺服驱动器，其中所述控制模块被配置来依据初始控制增益对所述伺服驱动器进行初始设定，所述初始控制增益至少包括基于所述马达的规格所设定的位置增益及速度增益，并且所述中央处理单元被配置来于所述伺服驱动器完成初始设定后输入所述弦波电流至所述受控系统。17.根据权利要求16所述的伺服驱动器，其中所述中央处理单元被配置来于所述系统
惯量估测失败时调整所述初始控制增益的所述位置增益及所述速度增益以放大所述受控系统于所述弦波电流对应的频率下的速度响应，并依据调整后的所述初始控制增益重新对所述伺服驱动器进行初始设定。18.根据权利要求13所述的伺服驱动器，其中所述增益计算模块被配置来依据第一公式计算所述系统惯量：其中j为所述系统惯量，t为所述扭矩估测值，α为所述加速度估测值。19.根据权利要求13所述的伺服驱动器，其中所述扭矩估测模块及所述加速度估测模块被配置来于所述中央处理单元输入一弦波电流至所述受控系统后的多个时间点分别获取所述扭矩估测值与所述加速度估测值，并且所述增益计算模块被配置来依据多笔所述扭矩估测值及多笔所述加速度估测值执行一阶线性回归计算以产生回归线，并以所述回归线的斜率做为所述系统惯量。20.根据权利要求13所述的伺服驱动器，其中所述伺服驱动器具有记录了不同的所述系统惯量所分别对应的期望频宽的频宽对应表，其中所述系统惯性与所述期望频宽成反比，并且所述增益计算模块被配置来依据计算所得的所述系统惯量查询所述频宽对应表以获得对应的所述期望频宽，并依据查询所得的所述期望频宽决定所述估测控制增益。

技术总结
本发明提供一种增益快速自调整方法，应用于与马达连接的伺服驱动器，并且包括下列步骤：获取马达的电流反馈信号并计算扭矩估测值；获取马达的位置反馈信号并计算加速度估测值；依据扭矩测值及加速度估测值计算系统惯量，其中系统惯量代表马达承载一个特定负载时的惯量；依据系统惯量计算对应的估测控制增益；及，依据估测控制增益对伺服驱动器进行调整。整。整。


技术研发人员：卢彦名 郑中信
受保护的技术使用者：台达电子工业股份有限公司
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2023/8/5