步进马达加速系统技术方案

一种步进马达加速方法，用以将一步进马达自一目前转速加速至一预定转速，该步进马达具有定义该步进马达的输出力矩与输入脉冲信号两者间的关系的特性曲线，其中该特性曲线包括引入转矩曲线和脱出转矩曲线，该步进马达加速方法包括：使用一控制器来定义一在该特性曲线之下的安全加速曲线，该安全加速曲线是借由该步进马达的该脱出转矩曲线偏移一安全间距所得；在安全加速曲线上定义一目前转速的对应点；在安全加速曲线上定义一预定转速的对应点；根据该目前转速的对应点、该预定转速的对应点和该安全加速曲线，产生一预定加速曲线；以及根据该预定加速曲线将该步进马达加速至该预定转速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种步进马达加速系统以及方法，特别是有关于一种利用与步进马达的特性曲线相近的一安全加速曲线作为加速曲线的步进马达加速系统以及方法。
技术介绍
步进马达是由微电脑控制器所控制，当控制信号自控制器输出后，随即借由驱动器将信号放大，达到控制马达运转的目的。控制器是借由脉冲信号的频率来控制步进马达的转速，例如每秒两百脉冲可以造成步进马达转动一圈。因此控制器每秒输入的脉冲数越高，代表步进马达的转速越快。但因为步进马达输出转矩与转速的关系为指数式反比，也就是当转速越大时转矩越小，相反的转速越小则转矩越大，故步进马达的加速必须格外小心，以避免发生失速或失步的问题。请参阅图1，图1是步进马达特性曲线的曲线图。图中横坐标是步进马达每秒所接受的脉冲数目(pulses per second)，纵坐标则为步进马达的输出转矩。与一般马达特性曲线最大的不同点是步进马达有两条特性曲线，图1中所示的两条特性曲线将分别叙述如下A、引入转矩(pull-in torque)曲线引入转矩是指步进马达能够与输入信号同步起动、停止时的最大转矩，因此在引入转矩以下的区域中马达可以随着输入信号做同步起动、停止、以及正反转，而此区域就称作自起动区(start-stop region)。B、脱出转矩(pull-out torque)曲线脱出转矩是指步进马达能够与输入信号同步运转，但无法瞬间起动、停止时的最大转矩，因此超过脱出转矩则马达无法运转，同时介于脱出转矩以下与引入转矩以上的区域则马达无法瞬间起动、停止，此区域称作滑动区域(slew region)，若欲在滑动区域中起动、停止则必须先将马达回复到自起动区，否则会有失步现象的发生。所谓失速是指当马达转子的旋转速度无法跟上定子激磁速度时，造成马达转子停止转动。各种马达都有发生失速的可能，在一般的马达应用上，发生失速时往往会造成绕组线圈烧毁的后果，不过步进马达发生失速时只会造成马达静止，线圈虽然仍在激磁中，但由于步进马达是借由脉冲信号控制，因此不会烧毁线圈。失步的成因则是由于马达运转中瞬间提高转速时，因输出转矩与转速成反比，故转矩下降无法负荷步进马达的负载，而造成步进马达的滑脱。习知的步进马达多应用在低速的领域，因此习知的步进马达加速方法多采线性加速。请参阅图2，图2是习知步进马达所用的加速曲线曲线图。图中横坐标是步进马达每秒所接收的脉冲数目(pulses per second)，纵坐标则为步进马达的输出转矩。习知步进马达运用线性加速，如果在低速的区间，因为加速曲线仍位在自激活区中，故加速过程不会产生问题。到了高速的区域时，线性加速进入了滑动区域，习知技术是假设步进马达的脱出转矩曲线是为直线，但从图1或图2中可知，脱出转矩曲线应为曲线而非直线。如此一来，如果仍利用直线加速，则容易超出脱出转矩曲线外，使得马达产生失速的现象(如图2中的C线)。或是因为使用了步进马达不存在的输出转矩，使得步进马达无法带动所负载之物，而产生失步。
技术实现思路
因此，本专利技术的一目的，是提供一种步进马达加速系统及方法，采用一安全加速曲线，以防止马达加速过程中发生超出脱出转矩的情形。本专利技术的另一目的，是提供一种步进马达加速系统及方法，在高转速时仍具有足够的转矩，以防止马达发生失步。本专利技术是一种步进马达加速系统，用以将一步进马达自一目前转速加速至一预定转速，该步进马达加速系统包含一控制器、一脉冲产生器以及一驱动器。控制器内储存有一安全加速曲线，用以根据该目前转速以及该预定转速于该安全加速曲线中相对应的位置，产生相对应的一预定加速曲线。其中安全加速曲线是位于该步进马达的一特性曲线内，且该安全加速曲线的曲线幅度符合该特性曲线的曲线幅度。脉冲产生器则用以接受该预定加速曲线，并据以转化为一脉冲信号。驱动器用以接收该脉冲信号，并据而驱动该步进马达。本专利技术所提供的步进马达加速系统，其安全加速曲线是该步进马达的该特性曲线减去一安全间距(safety margin)所得。本专利技术所提供的步进马达加速系统，其特性曲线是该步进马达的一脱出转矩曲线(pull-out torque)。本专利技术所提供的步进马达加速系统，其安全加速曲线是由该步进马达的转矩相对该步进马达的每秒脉冲数的二次方程式。本专利技术所提供的步进马达加速系统，其预定加速曲线是以该安全加速曲线作为该步进马达的加速曲线，并以该目前转速作为加速的起点，该预定转速作为加速的终点。本专利技术所提供的步进马达加速系统，其预定加速曲线是一加速直线，并是以该目前转速于该安全加速曲线上相对应的位置作为加速的起点，以该预定转速于该安全加速曲线上相对应的位置作为加速的终点。本专利技术还提供了一种步进马达加速方法，用以将一步进马达自一目前转速加速至一预定转速，该步进马达具有将该步进马达的输出力矩与输入脉冲信号两者间的关系进行定义的特性曲线，其中该特性曲线包括引入转矩曲线和脱出转矩曲线，该步进马达加速方法包括使用一控制器来定义一在该特性曲线之下的安全加速曲线，该安全加速曲线是借由该脱出转矩曲线减去一安全间距所得；在该安全加速曲线上定义一目前转速的对应点；在该安全加速曲线上定义一预定转速的对应点；根据该目前转速的对应点、该预定转速的对应点和该安全加速曲线，产生一预定(real)加速曲线；以及根据该预定加速曲线将该步进马达加速至该预定转速。根据本专利技术所提供的步进马达加速方法，还包括以下步骤将该预定加速曲线转化为一脉冲信号；以及根据该预定加速曲线将该步进马达加速至该预定转速。根据本专利技术所提供的步进马达加速方法，该预定加速曲线等同于该安全加速曲线。根据本专利技术所提供的步进马达加速方法，该预定加速曲线是位于所述目前转速的对应点和预定转速的对应点之间的线。根据本专利技术所提供的步进马达加速方法，该安全加速曲线包括一水平直线和一二次曲线，该水平直线从目前转速的对应点延伸到在该安全加速曲线上的一中间点，该二次曲线从该中间点为起点至该安全加速曲线上的预定转速的对应点。借此，本专利技术的加速曲线是与步进马达的特性曲线相近似，但却与步进马达的特性曲线保持一段安全间距，使得步进马达得以在安全的区域中加速，不会有习知技术失速或失步的问题产生。附图说明图1是习知步进马达特性曲线的曲线图；图2是习知步进马达所用的加速曲线曲线图；图3是本专利技术的步进马达加速系统以及步进马达的示意图；图4是图3中步进马达的特性曲线及安全加速曲线的曲线图；图5是本专利技术第二具体实施例的预定加速曲线的曲线图；图6是本专利技术第三具体实施例的预定加速曲线的曲线图；图7是本专利技术步进马达加速方法的流程图。符号说明10步进马达加速系统102控制器104脉冲产生器106驱动器20步进马达202特性曲线2021脱出转矩曲线2023引入转矩曲线204安全加速曲线206、208预定加速曲线具体实施方式请参阅图3，图3是本专利技术的步进马达加速系统10以及步进马达20的示意图。本专利技术是一种步进马达加速系统10，用以将一步进马达20自一目前转速加速至一预定转速，步进马达加速系统10包含一控制器102、一脉冲产生器104以及一驱动器106。诚如先前技术中所描述，步进马达20具有如图1般的特性曲线。但步进马达的特性曲线无法事先得知，必须借由多次的试验才能获得，亦即测试步进马达20在多个不同的每秒输入脉冲数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进马达加速方法，用以将一步进马达自一目前转速加速至一预定转速，该步进马达具有将该步进马达的输出力矩与输入脉冲信号两者间的关系进行定义的特性曲线，其中该特性曲线包括引入转矩曲线和脱出转矩曲线，该步进马达加速方法包括：使用一控制器 来定义一在该特性曲线之下的安全加速曲线，该安全加速曲线是借由该脱出转矩曲线减去一安全间距所得；在该安全加速曲线上定义一目前转速的对应点；在该安全加速曲线上定义一预定转速的对应点；根据该目前转速的对应点、该预定转速的对 应点和该安全加速曲线，产生一预定（ｒｅａ１）加速曲线；以及根据该预定加速曲线将该步进马达加速至该预定转速。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭秉宏，
申请(专利权)人：宇东电浆科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]