[发明专利]动态增益控制器及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种线性控制系统，特别涉及一种动态增益控制器及其方法。

背景技术

图1为传统固定增益闭回路线性回授控制系统，其中单一增益控制器10提供一调整值Sc给受控目标18以控制受控目标18的输出值OV。在控制器10中，回授电路16侦测输出值OV，产生与输出值OV相关的回授值FB，运算电路12具有两输入端分别接收回授值FB及输入的参考值Ref，以及一输出端送出参考值Ref及回授值FB之间的误差Err，具有增益A的增益电路14放大误差Err产生调整值Sc给受控目标16以控制输出值OV。一般的数字控制系统通常是针对应用的标的，设定一适当的增益A来当作控制参数，而在线性控制系统中，大多数使用者希望在输入或负载变化时，控制系统的输出值可以在最短的响应时间(settling time)达到稳定的设定值，一般的固定增益闭回路线性回授控制系统可以藉由调整参考值Ref来控制输出值OV，而改变增益A的大小可改变响应的速度。然而，设定较大的增益A虽然可以使输出值OV较快到达设定值，但是可能造成输出值OV的不稳定，反之，设定较小的增益A，虽然有助于输出值OV的稳定，但是可能使响应时间过长，甚至过小的增益可能使输出值OV未达到设定值便保持稳定，进而使输出值和设定值之间存在稳态误差(static error)。

假设图1的控制系统为固定增益的单相数字无刷直流(BrushLess DC；BLDC)马达(fan)控制系统，参考值Ref为设定的参考转速，回授值FB为回授的输出转速，受控目标18为BLDC马达，参考转速Ref与回授的输出转速FB之间的误差Err经过增益电路14的线性控制运算后，控制BLDC马达18的转速。图2显示单相数字BLDC马达控制系统的功能方块图，其中输出端OUT1及OUT2连接至风扇马达34，藉由控制H桥的四个开关的开启时间及启闭的顺序，可以控制输出端OUT1及OUT2上的电流大小及方向，进而控制风扇马达34的转速。风扇马达34的转速由回授电路23侦测，回授电路23包括霍尔组件24侦测风扇马达34的转速，霍尔组件24的输出经运算后得到目前的转速FB。参考转速分派(assign)电路19用以提供参考转速Ref，参考转速分派电路19包括工作周期转速转换器20及对应表22，工作周期转速转换器20解码输入端PWMIN上信号的工作周期(duty)，而解码出的值再透过预设的对应表22利用查表(lookup table)方式得到参考转速Ref，或者也可以用设定缓存器的值当作参考转速。程序化接口36用以更新参考转速分派电路19中对应表22的数据。运算电路26对参考转速Ref及目前回授转速FB进行运算产生误差Err，具有增益A的补偿器28根据误差Err产生调整值Sc，数字脉宽调变器30根据调整值Sc产生输出值OV给驱动器32以控制H桥的四个开关M1、M2、M3及M4。

假设当参考转速值Ref由3000RPM改变至4000RPM后，风扇马达34的转速随之改变，如图3所示风扇马达34的转速约在7.5秒时开始改变，而约在12.3秒时稳定在所设定的转速4000RPM。图4显示在不同增益下马达风扇转速改变与时间的关系图，其中波形40、42及44分别表示补偿器28的增益为A1、A2及A3时，输出转速与时间的关系曲线，增益A3＞增益A1＞增益A2，如波形40、42及44所示在不同增益下，风扇马达34的转速大约都在7.5秒时开始改变，但增益为A1的补偿器28使风扇马达34在约12.3秒时达到4000RPM，响应时间(settling time)为4.8秒，增益为A2的补偿器28使风扇马达34在约13.8秒时达到4000RPM，响应时间为5.5秒，增益为A3的补偿器28使风扇马达34在约12秒时达到4000RPM，响应时间(settling time)为4.5秒。如图4所示，增益越大，响应时间越短，但增益过大时，如图5所示风扇的转速将变的不稳定。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种能缩短受控目标的响应时间的控制器及方法。

本发明的目的之一，在于提出一种能稳定受控目标的输出值的控制器及方法。

本发明的目的之一，在于提出一种能动态调整增益的控制器及其方法。

为达到上述目的，根据本发明，一种动态增益控制器产生一调整值给一受控目标以控制该受控目标的输出值，该动态增益控制器包括增益选择器侦测一输入参考值与该输出值导出的回授值之间的误差来动态选择不同的增益，当该误差大于预设门坎值时，选择较大的增益以缩短响应时间，当该误差小于该门坎值时，选择较小的增益以使该输出值稳定。