专利名称：：动态增益控制器及其方法
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0V。在控制器10中，回授电路16侦测输出值0V，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0V。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(settlingtime)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0V，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(staticerror)。假设图1的控制系统为固定增益的单相数字无刷直流(BrushLessDC；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OUTl及0UT2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OUTl及0UT2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(lookuptable)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Ml、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Al、A2及A3时，输出转速与时间的关系曲线，增益A3>增益Al>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Al的补偿器28使风扇马达34在约12.3秒时达到4000RPM，响应时间(settlingtime)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(settlingtime)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。为达到上述目的，根据本发明，一种动态调整增益的控制方法包括根据一参考值提供一输出值，再藉由该参考值以及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。通过上述的动态增益控制，该受控目标将有较短的响应时间及稳定的输出值。图1为传统固定增益闭回路线性回授控制系统；图2显示单相数字BLDC马达控制系统的功能方块图；图3为马达风扇转速改变与时间的关系图；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；图5显示在增益过大时马达风扇转速改变与时间的关系图；图6显示应用本发明的控制系统；图7为图6中增益选择器的实施例；图8为图6控制系统的实验结果；图9为图6控制系统的实验结果；以及图10显示应用本发明的单相数字BLDC马达控制系统。具体实施例方式图6显示应用本发明的控制系统，其包括本发明的动态增益控制器50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0V。图6的动态增益控制器50与图1的控制器10同样包括运算电路12、增益电路14及回授电路16，此外，图6的动态增益控制器50还包括增益选择器52及多任务器54。增益选择器52持续侦测运算电路12所输出的误差Err，并藉由误差Err与预设的门坎值Err_thresh产生选择信号CP，多任务器54根据该选择信号CP从增益AO及Al中选择其中之一给增益电路14，作为控制参数。图7为图6中增益选择器52的实施例，其包括比较器56比较误差Err及门坎值Err_thresh，并根据比较结果输出选择信号CP。当误差Err大于门坎值Enthresh时，多任务器54根据选择信号CP选择较大的增益AO给增益电路14，以加快响应时间。当误差Err小于门坎值Err_thresh时，多任务器54根据选择信号CP选择较小的增益Al给增益电路14，以确保输出值OV稳定。图6的控制系统可以是模拟或数字控制系统。图8及图9是根据图6的控制系统所做的实验结果。如图8所示，在时间约151.5秒时，控制系统的参考值Ref由3000RPM变为4000RPM，输出值OV的转速开始上升，由于此时参考值Ref与回授值FB之间的误差Err大于门坎值Err_thresh，因此选择较大的增益AO给增益电路14，当误差Err小于门坎值Err_thresh时，改选择较小的增益Al给增益电路14，最后输出值OV的转速约在153秒时稳定在4000RPM。如图9所示，在时间约391.8秒时，控制系统的参考值Ref由4000RPM变为3000RPM，输出值OV的转速开始下降，由于此时参考值Ref与回授值FB之间的误差Err大于门坎值Err_thresh，因此选择较大的增益AO给增益电路14，当误差Err小于门坎值Err_thresh时，选择较小的增益Al给增益电路14，最后输出值OV的转速约在393.6秒时稳定在3000RPM。如图8及图9所示，应用本发明的控制系统的响应时间不到2秒，而且可以保持输出值OV稳定。图10显示应用本发明的单相数字BLDC马达控制系统，其与图2的电路同样包括参考转速分派电路19、回授电路23、运算电路26、补偿器28、数字脉宽调变器30、驱动器32、风扇马达34及程序化接口36，此外还包括增益选择器52及多任务器54。图10电路中的回授电路23、运算电路26、补偿器28分别为图6中的回授电路16、运算电路12及增益电路14，而图10电路中参考转速分派电路19所输出的参考转速即为图6电路中的参考值Ref0在图10中，增益选择器52具有二输入端分别接收预设的门坎值Enthresh及运算电路26所输出的误差Err，增益选择器52根据误差Err与门坎值Err_thresh产生选择信号CP，多任务器54根据选择信号CP选择增益AO或Al给补偿器28。当误差Err大于门坎值Enthresh时，多任务器54根据选择信号CP选择较大的增益AO给补偿器28，以加快响应时间。当误差Err小于门坎值Err_thresh时，多任务器54根据选择信号CP选择较小的增益Al给补偿器28，以确保输出值OV稳定。以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求来决定。权利要求1.一种动态增益控制器，用来产生一调整值给一受控目标以控制该受控目标的输出值，其特征在于，该动态增益控制器包括回授电路从该输出值导出与其相关的回授值；运算电路连接该回授电路并接收一参考值，从而取得该回授值与该参考值之间的误差；增益电路连接该运算电路，其具有一可调整的增益据以放大该误差而产生该调整值；增益选择器连接该运算电路并接收一门坎值，根据该误差及该门坎值决定一选择信号；以及多任务器连接该增益选择器及该增益电路，根据该选择信号决定该可调整的增益。2.如权利要求1的动态增益控制器，其特征在于，该增益选择器包括比较器比较该误差及该门坎值以产生该选择信号。3.如权利要求1的动态增益控制器，其特征在于，更包括参考转速分派电路用以提供该参考值。4.如权利要求3的动态增益控制器，其特征在于，该参考转速分派电路包括工作周期转速转换器，解码一信号的工作周期；以及对应表，根据该工作周期转速转换器解码出的值决定该参考值。5.如权利要求4的动态增益控制器，其特征在于，更包括程序化接口用以更新该对应表的数据。6.一种动态调整增益的控制方法，其特征在于，包括下列步骤提供一输出值；侦测该输出值产生与该输出值相关的回授值；取得该回授值与一参考值之间的误差；根据该误差及一门坎值选择一增益；根据该增益放大该误差产生一调整值；以及根据该调整值控制该输出值。7.如权利要求6的控制方法，其特征在于，该根据该误差及一门坎值选择一增益的步骤包括根据该误差及门坎值的比较结果选择该增益。8.如权利要求6的控制方法，其特征在于，更包括解码一信号的工作周期；以及根据解码出的值及一对应表决定该参考值。9.如权利要求8的控制方法，其特征在于，更包括更新该对应表的数据。全文摘要本发明公开了一种动态增益控制器，用来产生一调整值给一受控目标以控制该受控目标的输出值。该动态增益控制器侦测一输入参考值与该输出值导出的回授值之间的误差，并比较该误差与一门坎值以选择增益用来放大该误差而产生该调整值。藉此动态增益控制，该受控目标将有较短的响应时间及稳定的输出值。文档编号H03G3/20GK102377397SQ20101025418公开日2012年3月14日申请日期2010年8月16日优先权日2010年8月16日发明者伍玉光,张炜旭申请人:立锜科技股份有限公司