專利名稱：步進(jìn)電機(jī)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制方法，更具體地說，涉及一種步進(jìn)電機(jī)的控制方法。
背景技術(shù)：
近年來由于工商業(yè)發(fā)達(dá)、社會進(jìn)步，相對提供的產(chǎn)品也主要以便利、確實(shí)、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠為目標(biāo)，因此，當(dāng)前開發(fā)的產(chǎn)品也比以往更加進(jìn)步，而得以貢獻(xiàn)社會。用于儀表板的步進(jìn)電機(jī)(stepping motor)近年來為了降低成本,業(yè)界逐漸趨向采用無位置感測器(positionsensor feedback)的設(shè)計,這種設(shè)計在控制上稱為開環(huán)控制(open loop control)。然而，在斷電后重新啟動時，開環(huán)控制下的步進(jìn)電機(jī)控制器會失去轉(zhuǎn)子(rotor)的角度信息，導(dǎo)致控制器無法對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正確的位置控制。對此，一般的作法是將步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)回原點(diǎn)，使得控制器獲取步進(jìn)電機(jī)位于原點(diǎn)時的信息。具體地說，儀表板會在原點(diǎn)的位置設(shè)置一個機(jī)械擋針(Stop)機(jī)構(gòu)，讓儀表板指針(needle)撞擊機(jī)械擋針機(jī)構(gòu)，進(jìn)而確認(rèn)指針的位置位于起點(diǎn)，上述作法稱之為歸零。采用歸零的作法存在一些缺點(diǎn)，例如指針在撞擊機(jī)械擋針機(jī)構(gòu)時，往往會產(chǎn)生噪音與震動，而影響使用者的觀感，嚴(yán)重時，還有可能造成指針跳離擋針位置導(dǎo)致歸零失敗，而使儀表板無法顯示當(dāng)前信息，影響了使用者的安全。對此，現(xiàn)有技術(shù)提出了若干解決辦法，詳述如下。請參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種應(yīng)用于儀表板歸零的局部電源切斷法原理示意圖。如圖1所示，美國專利號第7701163號與美國專利公開號第20090091288號均采用局部電源切斷法讓儀表板指針動力瞬間消失，進(jìn)而減緩指針撞擊擋針時的沖擊力道，除了可減少噪音外，還可避免指針跳離擋針位置。然而，采用這種方式會導(dǎo)致指針運(yùn)轉(zhuǎn)不順暢，對使用者來說會看到指針不停地抖動，而影響使用者的觀感。此外，對使用大指針的儀表板而言，在電源切斷時可能會造成指針反轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致歸零失敗。圖2為依照現(xiàn)有技術(shù)中一種應(yīng)用于儀表板歸零程序的指針運(yùn)行軌跡示意圖，該現(xiàn)有技術(shù)(美國專利號為N0.7145309)采用的方法是先將指針反向旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離原點(diǎn)；接著，當(dāng)指針反轉(zhuǎn)足夠距離后，將指針以預(yù)期的速度往原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，并同時降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(Torque)。當(dāng)指針撞擊到擋針時，再將轉(zhuǎn)矩二次降低。如此一來，即不需靠局部斷電的方式來減少撞擊擋針的噪音。因此，在指針歸零的過程中，運(yùn)轉(zhuǎn)較為順暢。然而,該方法需要精準(zhǔn)的電機(jī)特性參數(shù)(pull-1n/pull out)以及指針的旋轉(zhuǎn)慣量等參數(shù)匹配，控制程序開發(fā)成本較高。由此可見，上述方法顯然仍存在不便與缺陷，有待進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述問題，相關(guān)領(lǐng)域莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發(fā)展完成。因此，如何能避免大指針在電源切斷時由于指針反轉(zhuǎn)所造成的歸零失敗，以及如何在不增加成本的狀況下使得指針在歸零程序中順暢地運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)為目前業(yè)界需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，以避免大指針在電源切斷時由于指針反轉(zhuǎn)所造成的歸零失敗，以及在不增加成本的狀況下使得指針在歸零程序中順暢地運(yùn)轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制方法，用于控制儀表板中的步進(jìn)電機(jī)，包括以下步驟:使所述步進(jìn)電機(jī)以全轉(zhuǎn)矩模式往所述儀表板的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第一角度；使所述步進(jìn)電機(jī)以第一轉(zhuǎn)矩模式往所述原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第二角度，其中所述第一轉(zhuǎn)矩模式為由所述全轉(zhuǎn)矩模式衰減第一衰減量，所述第一衰減量為所述步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量；以及使所述步進(jìn)電機(jī)以第二轉(zhuǎn)矩模式往所述原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第三角度，其中所述第二轉(zhuǎn)矩模式為由所述第一轉(zhuǎn)矩模式衰減第二衰減量，所述第二衰減量為所述步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量。根據(jù)本發(fā)明上述步進(jìn)電機(jī)控制方法的一種優(yōu)選方案，使步進(jìn)電機(jī)由全轉(zhuǎn)矩模式衰減至第一轉(zhuǎn)矩模式的步驟，具體包括:根據(jù)將提供給該步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅來衰減該第
一衰減量。根據(jù)本發(fā)明上述步進(jìn)電機(jī)控制方法的一種優(yōu)選方案，使步進(jìn)電機(jī)由第一轉(zhuǎn)矩模式衰減至第二轉(zhuǎn)矩模式的步驟，具體包括:根據(jù)將提供給該步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅來衰減該
第二衰減量。根據(jù)本發(fā)明上述步進(jìn)電機(jī)控制方法的一種優(yōu)選方案，第一角度小于機(jī)械周期。根據(jù)本發(fā)明上述步進(jìn)電機(jī)控制方法的一種優(yōu)選方案，第一角度小于40度機(jī)械角。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步進(jìn)電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)儀表板的指針，第一衰減量根據(jù)指針的重量、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及指針與原點(diǎn)所夾角度來決定。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，第二衰減量根據(jù)指針的重量、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及指針與該原點(diǎn)所夾角度來決定。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步進(jìn)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)第一角度、第二角度與第三角度時，均使用相同的速度旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步進(jìn)電機(jī)在微步進(jìn)模式下運(yùn)行。本發(fā)明提供的步進(jìn)電機(jī)控制方法，能夠避免指針撞擊擋針的力道太大而造成歸零程序失敗，并能避免大指針在電源切斷時由于指針反轉(zhuǎn)所造成的歸零失敗，還可以在不增加成本的狀況下使得指針在歸零程序中順暢地運(yùn)轉(zhuǎn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種應(yīng)用于儀表板歸零的局部電源切斷法原理示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種應(yīng)用于儀表板歸零程序的指針運(yùn)行軌跡示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩模式示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明內(nèi)容的敘述更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述各種實(shí)施例，圖式中相同的號碼代表相同或相似的元件。附圖僅以說明為目的，并未依照原尺寸作圖。
所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，而結(jié)構(gòu)運(yùn)作的描述非用以限制其執(zhí)行的順序，任何由元件重新組合的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，均為本發(fā)明所涵蓋的范圍。另一方面，眾所周知的元件與步驟并未描述于實(shí)施例中，以避免對本發(fā)明造成不必要的限制。圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩模式示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法的流程圖。在此需先說明的是，儀表板會在原點(diǎn)的位置設(shè)置一個機(jī)械擋針機(jī)構(gòu)，讓儀表板指針撞擊機(jī)械擋針機(jī)構(gòu)，進(jìn)而確認(rèn)指針的位置位于起點(diǎn)來完成歸零。為利用使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩逐步降低的方式，本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制方法將步進(jìn)電機(jī)所控制的儀表板指針在執(zhí)行歸零程序時的撞擊力道衰減。如此一來，即可避免步進(jìn)電機(jī)所控制的指針失步彈跳而造成歸零失敗，從而可應(yīng)用于儀表板失效重新啟動時使指針以平順的速度進(jìn)行歸零的程序。請同時參照圖3與圖4，本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，用于控制儀表板中的步進(jìn)電機(jī)，具體包括:首先，當(dāng)歸零程序啟動時，使步進(jìn)電機(jī)以全轉(zhuǎn)矩模式往儀表板的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第一角度(Θ I)(步驟 410)。在步驟410中，假設(shè)儀表板的指針在儀表板失效重新啟動時的初始位置是在OA處，此時，為確保儀表板在使用中的安全，需要盡快進(jìn)行歸零程序。因此，使步進(jìn)電機(jī)以全轉(zhuǎn)矩模式往儀表板的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第一角度，而后，儀表板的指針位于OB處。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一角度可小于一個機(jī)械周期，如此一來，當(dāng)儀表板的指針撞擊到擋針時，儀表板的指針就不會往上彈跳超過一個機(jī)械周期，進(jìn)而確保歸零程序不會失敗。舉例而言，當(dāng)儀表板中的步進(jìn)電機(jī)采用磁直驅(qū)式二相步進(jìn)電機(jī)時，磁直驅(qū)式二相步進(jìn)電機(jī)的一個機(jī)械周期為40度機(jī)械角。因此，在本實(shí)施例中，第一角度可小于40度機(jī)械角。接著，使步進(jìn)電機(jī)以第一轉(zhuǎn)矩模式往原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第二角度(Θ 2)(步驟420)。如步驟420所示，將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行第一次衰減，即將步進(jìn)電機(jī)由全轉(zhuǎn)矩模式衰減第一衰減量，使得步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行于第一轉(zhuǎn)矩模式下。第一轉(zhuǎn)矩模式為儀表板的指針位于OB處時，步進(jìn)電機(jī)依然具有能夠推動儀表板的指針繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。相對地，第一衰減量(衰減程度)為儀表板的指針位于OB處時使步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量。在操作中，使步進(jìn)電機(jī)由全轉(zhuǎn)矩模式衰減至第一轉(zhuǎn)矩模式的步驟，具體為:根據(jù)將提供給該步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅來衰減該第一衰減量。詳細(xì)而言，本發(fā)明實(shí)施例可針對不同的儀表板的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，在OB處第一轉(zhuǎn)矩模式下的參數(shù)設(shè)定方式為，將提供給步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅由使得步進(jìn)電機(jī)運(yùn)作在全轉(zhuǎn)矩模式下的電流振幅起逐步降低，直至測試到步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)。此時電流的振幅可使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在第一轉(zhuǎn)矩模式下，而由全轉(zhuǎn)矩模式下的電流振幅衰減至第一轉(zhuǎn)矩模式下的電流振幅的衰減量，即為第一衰減量。進(jìn)一步來說，第一衰減量可根據(jù)以下幾個因素來決定:指針的重量、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及指針與原點(diǎn)所夾角度等。舉例而言，當(dāng)指針位于OB處，若指針的重量較大，則步進(jìn)電機(jī)不易旋轉(zhuǎn)，此時會導(dǎo)致第一衰減量較小，反之會導(dǎo)致第一衰減量較大。
其余因素也會導(dǎo)致第一衰減量的改變，從而，本發(fā)明可綜合以上因素制作一個衰減量對照表，當(dāng)測得指針于OB處時會影響第一衰減量的因素，即可由衰減量對照表來獲得
第一衰減量。再來，使步進(jìn)馬達(dá)以第二轉(zhuǎn)矩模式往原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第三角度(Θ 3)(步驟430)。在步驟430中，將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行第二次衰減，即將步進(jìn)電機(jī)由第一轉(zhuǎn)矩模式衰減第二衰減量，使得步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在第二轉(zhuǎn)矩模式下。第二轉(zhuǎn)矩模式為儀表板的指針位于OC處時，步進(jìn)電機(jī)依然具有能夠推動儀表板的指針繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。相對而言，第二衰減量(衰減程度)為儀表板的指針位于OC處時，使步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量。在操作中，使步進(jìn)電機(jī)由第一轉(zhuǎn)矩模式衰減至第二轉(zhuǎn)矩模式的步驟，具體為:根據(jù)將提供給該步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅來衰減該第二衰減量。具體地，本發(fā)明實(shí)施例可針對不同的儀表板的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，在OC處第二轉(zhuǎn)矩模式下的參數(shù)設(shè)定方式為，將提供給步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅由使得步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在第一轉(zhuǎn)矩模式下的電流振幅起逐步降低，直至測試到步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的點(diǎn)。此時電流的振幅可使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在第二轉(zhuǎn)矩模式下，而由第一轉(zhuǎn)矩模式下的電流振幅衰減至第二轉(zhuǎn)矩模式下的電流振幅的衰減量，即為第一衰減量。同樣地，第二衰減量可根據(jù)以下幾個因素來決定:指針的重量、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及指針與原點(diǎn)所夾角度等。從而，可綜合以上因素再制作一個衰減量對照表，當(dāng)測得指針于OC處時會影響第二衰減量的因素，即可由衰減量對照表來獲得第二衰減量。另一方面，由本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制方法所控制的步進(jìn)電機(jī)可運(yùn)行在微步進(jìn)模式下。如此一來，不僅可使本發(fā)明實(shí)施例中的步進(jìn)電機(jī)控制方法更加精確，也可擴(kuò)大本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)控制方法的應(yīng)用范圍。如上所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法均可由軟件、硬件與/或固件來執(zhí)行。舉例來說，若以執(zhí)行速度及精確性為首要考慮的目標(biāo)，則基本上可選用硬件與/或固件為主；若以設(shè)計彈性為首要考慮目標(biāo)，則基本上可選用軟件實(shí)現(xiàn)為主；或者，可同時采用軟件、硬件及固件協(xié)同工作。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，以上所舉的這些例子并沒有優(yōu)劣之分，也并非用以限制本發(fā)明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明的思想作出一定程度的彈性設(shè)計，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。再者，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，步進(jìn)電機(jī)控制方法中的各步驟依其執(zhí)行的功能予以命名，僅是為了讓本發(fā)明的技術(shù)更加明顯易懂，并非用以限定步驟。將各步驟整合成同一步驟或分拆成多個步驟，或者將任一步驟更換到另一步驟中執(zhí)行，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。由上述本發(fā)明的實(shí)施方式可知，本發(fā)明提供的一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，可以避免指針撞擊擋針的力道太大而造成歸零程序失敗，并能避免大指針在電源切斷時由于指針反轉(zhuǎn)所造成的歸零失敗，此外還可在不增加成本的狀況下使得指針在歸零程序中順暢地運(yùn)轉(zhuǎn)。以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，用于控制儀表板中的步進(jìn)電機(jī)，包括以下步驟: 使所述步進(jìn)電機(jī)以全轉(zhuǎn)矩模式往所述儀表板的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第一角度； 使所述步進(jìn)電機(jī)以第一轉(zhuǎn)矩模式往所述原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第二角度，其中所述第一轉(zhuǎn)矩模式為由所述全轉(zhuǎn)矩模式衰減第一衰減量，所述第一衰減量為所述步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量；以及 使所述步進(jìn)電機(jī)以第二轉(zhuǎn)矩模式往所述原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第三角度，其中所述第二轉(zhuǎn)矩模式為由所述第一轉(zhuǎn)矩模式衰減第二衰減量，所述第二衰減量為所述步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量。
2.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，使所述步進(jìn)電機(jī)由所述全轉(zhuǎn)矩模式衰減至所述第一轉(zhuǎn)矩模式的步驟，具體包括:根據(jù)將提供給所述步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅來衰減所述第一衰減量。
3.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，使所述步進(jìn)電機(jī)由所述第一轉(zhuǎn)矩模式衰減至所述第二轉(zhuǎn)矩模式的步驟，具體包括:根據(jù)將提供給所述步進(jìn)電機(jī)的電流的振幅來衰減所述第二衰減量。
4.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，所述第一角度小于一個機(jī)械周期。
5.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，所述第一角度小于40度機(jī)械角。
6.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)儀表板的指針，所述第一衰減量根據(jù)所述指針的重量、所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及所述指針與所述原點(diǎn)所夾的角度來決定。
7.如權(quán)利要求6所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，所述第二衰減量根據(jù)所述指針的重量、所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及所述指針與所述原點(diǎn)所夾的角度來決定。
8.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)所述第一角度、所述第二角度與所述第三角度時，均使用相同的速度旋轉(zhuǎn)。
9.如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)控制方法，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行在微步進(jìn)模式下。
全文摘要
一種步進(jìn)電機(jī)控制方法，用于控制儀表板中的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)控制方法依序包括以下步驟使步進(jìn)電機(jī)以全轉(zhuǎn)矩模式往儀表板的原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第一角度；使步進(jìn)電機(jī)以第一轉(zhuǎn)矩模式往原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第二角度，其中第一轉(zhuǎn)矩模式為由全轉(zhuǎn)矩模式衰減第一衰減量，第一衰減量為步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量；以及使步進(jìn)電機(jī)以第二轉(zhuǎn)矩模式往原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)第三角度，其中第二轉(zhuǎn)矩模式為由第一轉(zhuǎn)矩模式衰減第二衰減量，第二衰減量為所述步進(jìn)電機(jī)仍得以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的最小衰減量。本發(fā)明可以避免指針撞擊擋針的力道太大而造成歸零失敗及大指針在電源切斷時由于指針反轉(zhuǎn)所造成的歸零失敗，并在不增加成本的狀況下使得指針順暢地運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號H02P8/02GK103166553SQ20111041536
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者徐佑銓 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司