專(zhuān)利名稱(chēng)：：動(dòng)態(tài)增益控制器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種線(xiàn)性控制系統(tǒng)，特別涉及一種動(dòng)態(tài)增益控制器及其方法。
背景技術(shù)：
：圖1為傳統(tǒng)固定增益閉回路線(xiàn)性回授控制系統(tǒng)，其中單一增益控制器10提供一調(diào)整值Sc給受控目標(biāo)18以控制受控目標(biāo)18的輸出值0V。在控制器10中，回授電路16偵測(cè)輸出值0V，產(chǎn)生與輸出值OV相關(guān)的回授值FB，運(yùn)算電路12具有兩輸入端分別接收回授值FB及輸入的參考值Ref，以及一輸出端送出參考值Ref及回授值FB之間的誤差Err，具有增益A的增益電路14放大誤差Err產(chǎn)生調(diào)整值Sc給受控目標(biāo)16以控制輸出值0V。一般的數(shù)字控制系統(tǒng)通常是針對(duì)應(yīng)用的標(biāo)的，設(shè)定一適當(dāng)?shù)脑鲆鍭來(lái)當(dāng)作控制參數(shù)，而在線(xiàn)性控制系統(tǒng)中，大多數(shù)使用者希望在輸入或負(fù)載變化時(shí)，控制系統(tǒng)的輸出值可以在最短的響應(yīng)時(shí)間(settlingtime)達(dá)到穩(wěn)定的設(shè)定值，一般的固定增益閉回路線(xiàn)性回授控制系統(tǒng)可以藉由調(diào)整參考值Ref來(lái)控制輸出值0V，而改變?cè)鲆鍭的大小可改變響應(yīng)的速度。然而，設(shè)定較大的增益A雖然可以使輸出值OV較快到達(dá)設(shè)定值，但是可能造成輸出值OV的不穩(wěn)定，反之，設(shè)定較小的增益A，雖然有助于輸出值OV的穩(wěn)定，但是可能使響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，甚至過(guò)小的增益可能使輸出值OV未達(dá)到設(shè)定值便保持穩(wěn)定，進(jìn)而使輸出值和設(shè)定值之間存在穩(wěn)態(tài)誤差(staticerror)。假設(shè)圖1的控制系統(tǒng)為固定增益的單相數(shù)字無(wú)刷直流(BrushLessDC；BLDC)馬達(dá)(fan)控制系統(tǒng)，參考值Ref為設(shè)定的參考轉(zhuǎn)速，回授值FB為回授的輸出轉(zhuǎn)速，受控目標(biāo)18為BLDC馬達(dá)，參考轉(zhuǎn)速Ref與回授的輸出轉(zhuǎn)速FB之間的誤差Err經(jīng)過(guò)增益電路14的線(xiàn)性控制運(yùn)算后，控制BLDC馬達(dá)18的轉(zhuǎn)速。圖2顯示單相數(shù)字BLDC馬達(dá)控制系統(tǒng)的功能方塊圖，其中輸出端OUTl及0UT2連接至風(fēng)扇馬達(dá)34，藉由控制H橋的四個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟時(shí)間及啟閉的順序，可以控制輸出端OUTl及0UT2上的電流大小及方向，進(jìn)而控制風(fēng)扇馬達(dá)34的轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇馬達(dá)34的轉(zhuǎn)速由回授電路23偵測(cè)，回授電路23包括霍爾組件24偵測(cè)風(fēng)扇馬達(dá)34的轉(zhuǎn)速，霍爾組件24的輸出經(jīng)運(yùn)算后得到目前的轉(zhuǎn)速FB。參考轉(zhuǎn)速分派(assign)電路19用以提供參考轉(zhuǎn)速Ref，參考轉(zhuǎn)速分派電路19包括工作周期轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換器20及對(duì)應(yīng)表22，工作周期轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換器20解碼輸入端PWMIN上信號(hào)的工作周期(duty)，而解碼出的值再透過(guò)預(yù)設(shè)的對(duì)應(yīng)表22利用查表(lookuptable)方式得到參考轉(zhuǎn)速Ref，或者也可以用設(shè)定緩存器的值當(dāng)作參考轉(zhuǎn)速。程序化接口36用以更新參考轉(zhuǎn)速分派電路19中對(duì)應(yīng)表22的數(shù)據(jù)。運(yùn)算電路26對(duì)參考轉(zhuǎn)速Ref及目前回授轉(zhuǎn)速FB進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生誤差Err，具有增益A的補(bǔ)償器28根據(jù)誤差Err產(chǎn)生調(diào)整值Sc，數(shù)字脈寬調(diào)變器30根據(jù)調(diào)整值Sc產(chǎn)生輸出值OV給驅(qū)動(dòng)器32以控制H橋的四個(gè)開(kāi)關(guān)Ml、M2、M3及M4。假設(shè)當(dāng)參考轉(zhuǎn)速值Ref由3000RPM改變至4000RPM后，風(fēng)扇馬達(dá)34的轉(zhuǎn)速隨之改變，如圖3所示風(fēng)扇馬達(dá)34的轉(zhuǎn)速約在7.5秒時(shí)開(kāi)始改變，而約在12.3秒時(shí)穩(wěn)定在所設(shè)定的轉(zhuǎn)速4000RPM。圖4顯示在不同增益下馬達(dá)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改變與時(shí)間的關(guān)系圖，其中波形40、42及44分別表示補(bǔ)償器28的增益為Al、A2及A3時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，增益A3>增益Al>增益A2，如波形40、42及44所示在不同增益下，風(fēng)扇馬達(dá)34的轉(zhuǎn)速大約都在7.5秒時(shí)開(kāi)始改變，但增益為Al的補(bǔ)償器28使風(fēng)扇馬達(dá)34在約12.3秒時(shí)達(dá)到4000RPM，響應(yīng)時(shí)間(settlingtime)為4.8秒，增益為A2的補(bǔ)償器28使風(fēng)扇馬達(dá)34在約13.8秒時(shí)達(dá)到4000RPM，響應(yīng)時(shí)間為5.5秒，增益為A3的補(bǔ)償器28使風(fēng)扇馬達(dá)34在約12秒時(shí)達(dá)到4000RPM，響應(yīng)時(shí)間(settlingtime)為4.5秒。如圖4所示，增益越大，響應(yīng)時(shí)間越短，但增益過(guò)大時(shí)，如圖5所示風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速將變的不穩(wěn)定
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一，在于提出一種能縮短受控目標(biāo)的響應(yīng)時(shí)間的控制器及方法。本發(fā)明的目的之一，在于提出一種能穩(wěn)定受控目標(biāo)的輸出值的控制器及方法。本發(fā)明的目的之一，在于提出一種能動(dòng)態(tài)調(diào)整增益的控制器及其方法。為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，一種動(dòng)態(tài)增益控制器產(chǎn)生一調(diào)整值給一受控目標(biāo)以控制該受控目標(biāo)的輸出值，該動(dòng)態(tài)增益控制器包括增益選擇器偵測(cè)一輸入?yún)⒖贾蹬c該輸出值導(dǎo)出的回授值之間的誤差來(lái)動(dòng)態(tài)選擇不同的增益，當(dāng)該誤差大于預(yù)設(shè)門(mén)坎值時(shí)，選擇較大的增益以縮短響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)該誤差小于該門(mén)坎值時(shí)，選擇較小的增益以使該輸出值穩(wěn)定。為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，一種動(dòng)態(tài)調(diào)整增益的控制方法包括根據(jù)一參考值提供一輸出值，再藉由該參考值以及該輸出值導(dǎo)出的回授值之間的誤差來(lái)動(dòng)態(tài)選擇不同的增益，當(dāng)該誤差大于預(yù)設(shè)門(mén)坎值時(shí)，選擇較大的增益以縮短響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)該誤差小于該門(mén)坎值時(shí)，選擇較小的增益以使該輸出值穩(wěn)定。通過(guò)上述的動(dòng)態(tài)增益控制，該受控目標(biāo)將有較短的響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定的輸出值。圖1為傳統(tǒng)固定增益閉回路線(xiàn)性回授控制系統(tǒng)；圖2顯示單相數(shù)字BLDC馬達(dá)控制系統(tǒng)的功能方塊圖；圖3為馬達(dá)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改變與時(shí)間的關(guān)系圖；圖4顯示在不同增益下馬達(dá)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改變與時(shí)間的關(guān)系圖；圖5顯示在增益過(guò)大時(shí)馬達(dá)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改變與時(shí)間的關(guān)系圖；圖6顯示應(yīng)用本發(fā)明的控制系統(tǒng)；圖7為圖6中增益選擇器的實(shí)施例；圖8為圖6控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖9為圖6控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；以及圖10顯示應(yīng)用本發(fā)明的單相數(shù)字BLDC馬達(dá)控制系統(tǒng)。具體實(shí)施例方式圖6顯示應(yīng)用本發(fā)明的控制系統(tǒng)，其包括本發(fā)明的動(dòng)態(tài)增益控制器50提供一調(diào)整值Sc給受控目標(biāo)18以控制受控目標(biāo)18的輸出值0V。圖6的動(dòng)態(tài)增益控制器50與圖1的控制器10同樣包括運(yùn)算電路12、增益電路14及回授電路16，此外，圖6的動(dòng)態(tài)增益控制器50還包括增益選擇器52及多任務(wù)器54。增益選擇器52持續(xù)偵測(cè)運(yùn)算電路12所輸出的誤差Err，并藉由誤差Err與預(yù)設(shè)的門(mén)坎值Err_thresh產(chǎn)生選擇信號(hào)CP，多任務(wù)器54根據(jù)該選擇信號(hào)CP從增益AO及Al中選擇其中之一給增益電路14，作為控制參數(shù)。圖7為圖6中增益選擇器52的實(shí)施例，其包括比較器56比較誤差Err及門(mén)坎值Err_thresh，并根據(jù)比較結(jié)果輸出選擇信號(hào)CP。當(dāng)誤差Err大于門(mén)坎值Enthresh時(shí)，多任務(wù)器54根據(jù)選擇信號(hào)CP選擇較大的增益AO給增益電路14，以加快響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)誤差Err小于門(mén)坎值Err_thresh時(shí)，多任務(wù)器54根據(jù)選擇信號(hào)CP選擇較小的增益Al給增益電路14，以確保輸出值OV穩(wěn)定。圖6的控制系統(tǒng)可以是模擬或數(shù)字控制系統(tǒng)。圖8及圖9是根據(jù)圖6的控制系統(tǒng)所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖8所示，在時(shí)間約151.5秒時(shí)，控制系統(tǒng)的參考值Ref由3000RPM變?yōu)?000RPM，輸出值OV的轉(zhuǎn)速開(kāi)始上升，由于此時(shí)參考值Ref與回授值FB之間的誤差Err大于門(mén)坎值Err_thresh，因此選擇較大的增益AO給增益電路14，當(dāng)誤差Err小于門(mén)坎值Err_thresh時(shí)，改選擇較小的增益Al給增益電路14，最后輸出值OV的轉(zhuǎn)速約在153秒時(shí)穩(wěn)定在4000RPM。如圖9所示，在時(shí)間約391.8秒時(shí)，控制系統(tǒng)的參考值Ref由4000RPM變?yōu)?000RPM，輸出值OV的轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，由于此時(shí)參考值Ref與回授值FB之間的誤差Err大于門(mén)坎值Err_thresh，因此選擇較大的增益AO給增益電路14，當(dāng)誤差Err小于門(mén)坎值Err_thresh時(shí)，選擇較小的增益Al給增益電路14，最后輸出值OV的轉(zhuǎn)速約在393.6秒時(shí)穩(wěn)定在3000RPM。如圖8及圖9所示，應(yīng)用本發(fā)明的控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不到2秒，而且可以保持輸出值OV穩(wěn)定。圖10顯示應(yīng)用本發(fā)明的單相數(shù)字BLDC馬達(dá)控制系統(tǒng)，其與圖2的電路同樣包括參考轉(zhuǎn)速分派電路19、回授電路23、運(yùn)算電路26、補(bǔ)償器28、數(shù)字脈寬調(diào)變器30、驅(qū)動(dòng)器32、風(fēng)扇馬達(dá)34及程序化接口36，此外還包括增益選擇器52及多任務(wù)器54。圖10電路中的回授電路23、運(yùn)算電路26、補(bǔ)償器28分別為圖6中的回授電路16、運(yùn)算電路12及增益電路14，而圖10電路中參考轉(zhuǎn)速分派電路19所輸出的參考轉(zhuǎn)速即為圖6電路中的參考值Ref0在圖10中，增益選擇器52具有二輸入端分別接收預(yù)設(shè)的門(mén)坎值Enthresh及運(yùn)算電路26所輸出的誤差Err，增益選擇器52根據(jù)誤差Err與門(mén)坎值Err_thresh產(chǎn)生選擇信號(hào)CP，多任務(wù)器54根據(jù)選擇信號(hào)CP選擇增益AO或Al給補(bǔ)償器28。當(dāng)誤差Err大于門(mén)坎值Enthresh時(shí)，多任務(wù)器54根據(jù)選擇信號(hào)CP選擇較大的增益AO給補(bǔ)償器28，以加快響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)誤差Err小于門(mén)坎值Err_thresh時(shí)，多任務(wù)器54根據(jù)選擇信號(hào)CP選擇較小的增益Al給補(bǔ)償器28，以確保輸出值OV穩(wěn)定。以上對(duì)于本發(fā)明的較佳實(shí)施例所作的敘述為闡明的目的，而無(wú)意限定本發(fā)明，基于以上的教導(dǎo)或從本發(fā)明的實(shí)施例學(xué)習(xí)而作修改或變化是可能的，實(shí)施例為解說(shuō)本發(fā)明的原理以及讓熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者以各種實(shí)施例利用本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用上而選擇及敘述，本發(fā)明的技術(shù)思想企圖由權(quán)利要求來(lái)決定。權(quán)利要求1.一種動(dòng)態(tài)增益控制器，用來(lái)產(chǎn)生一調(diào)整值給一受控目標(biāo)以控制該受控目標(biāo)的輸出值，其特征在于，該動(dòng)態(tài)增益控制器包括回授電路從該輸出值導(dǎo)出與其相關(guān)的回授值；運(yùn)算電路連接該回授電路并接收一參考值，從而取得該回授值與該參考值之間的誤差；增益電路連接該運(yùn)算電路，其具有一可調(diào)整的增益據(jù)以放大該誤差而產(chǎn)生該調(diào)整值；增益選擇器連接該運(yùn)算電路并接收一門(mén)坎值，根據(jù)該誤差及該門(mén)坎值決定一選擇信號(hào)；以及多任務(wù)器連接該增益選擇器及該增益電路，根據(jù)該選擇信號(hào)決定該可調(diào)整的增益。2.如權(quán)利要求1的動(dòng)態(tài)增益控制器，其特征在于，該增益選擇器包括比較器比較該誤差及該門(mén)坎值以產(chǎn)生該選擇信號(hào)。3.如權(quán)利要求1的動(dòng)態(tài)增益控制器，其特征在于，更包括參考轉(zhuǎn)速分派電路用以提供該參考值。4.如權(quán)利要求3的動(dòng)態(tài)增益控制器，其特征在于，該參考轉(zhuǎn)速分派電路包括工作周期轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換器，解碼一信號(hào)的工作周期；以及對(duì)應(yīng)表，根據(jù)該工作周期轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換器解碼出的值決定該參考值。5.如權(quán)利要求4的動(dòng)態(tài)增益控制器，其特征在于，更包括程序化接口用以更新該對(duì)應(yīng)表的數(shù)據(jù)。6.一種動(dòng)態(tài)調(diào)整增益的控制方法，其特征在于，包括下列步驟提供一輸出值；偵測(cè)該輸出值產(chǎn)生與該輸出值相關(guān)的回授值；取得該回授值與一參考值之間的誤差；根據(jù)該誤差及一門(mén)坎值選擇一增益；根據(jù)該增益放大該誤差產(chǎn)生一調(diào)整值；以及根據(jù)該調(diào)整值控制該輸出值。7.如權(quán)利要求6的控制方法，其特征在于，該根據(jù)該誤差及一門(mén)坎值選擇一增益的步驟包括根據(jù)該誤差及門(mén)坎值的比較結(jié)果選擇該增益。8.如權(quán)利要求6的控制方法，其特征在于，更包括解碼一信號(hào)的工作周期；以及根據(jù)解碼出的值及一對(duì)應(yīng)表決定該參考值。9.如權(quán)利要求8的控制方法，其特征在于，更包括更新該對(duì)應(yīng)表的數(shù)據(jù)。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)增益控制器，用來(lái)產(chǎn)生一調(diào)整值給一受控目標(biāo)以控制該受控目標(biāo)的輸出值。該動(dòng)態(tài)增益控制器偵測(cè)一輸入?yún)⒖贾蹬c該輸出值導(dǎo)出的回授值之間的誤差，并比較該誤差與一門(mén)坎值以選擇增益用來(lái)放大該誤差而產(chǎn)生該調(diào)整值。藉此動(dòng)態(tài)增益控制，該受控目標(biāo)將有較短的響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定的輸出值。文檔編號(hào)H03G3/20GK102377397SQ20101025418公開(kāi)日2012年3月14日申請(qǐng)日期2010年8月16日優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日發(fā)明者伍玉光,張煒旭申請(qǐng)人:立锜科技股份有限公司