馬達驅動細部概念淺談(1)
何謂馬達驅動？
關於馬達驅動，筆者所聽過最好的註解為“在對的時間送電給馬達，即為驅動”，這句話真可謂是言淺義深阿!!!讓人十分容易明白馬達驅動所要做工作，同時也描述了最難做的部份”對的時間”。
要面對”對的時間”之前，還有一項”送電”的事前工作需處理，也就是熟稱的驅動電路。它所擔任的角色，僅是個可控制的供電系統，但它仍須具備以下幾點能力，以確保可順利完成工作
1. 供電能力大小，需與馬達需求匹配。
2. 可接收控制命令運作，需與控制器搭配。
3. 訊號及能源可正常傳輸，不受到雜訊或電磁波干擾。
4. 能量傳輸效率高。
5. 於操作環境下，可正常運作。
6. 安全保護能力。
要能順利達到以上幾點，講究的是電子零件規格選定、電路板佈置技術及散熱設計等，屬於硬體的部份。
有了完善的驅動電路後，才能討論”對的時間”；雖然使用時間做為名詞，但其真正表示的意思為”位置”，即為馬達轉子當下的旋轉位置，或可稱為角度。方程式(1)為馬達轉矩計算公式，請注意式子當中有個
表示馬達電流 I 與磁場 B 的夾角，當Sin(90°)=1為最大值，而Sin(0°)=0為最小值，因此僅有在”對的夾角位置”送”電流”給馬達，方可達到最佳的輸出效果。
(1)
如何做到”對的時間”？
要做到”對的時間”，第一關是獲得馬達轉子正確的位置，即需依賴位置感測器的運用。然而位置判斷會受到感測器解析度、安裝位置、訊號處理、資料傳輸、程式計算等程序，產生誤差的現象，其可能原因分析如下。
1. 解析度不足會導致感測器無法直接標示出該送電的位置點，需要再經由訊號處理的技巧間接求得。
2. 若具備有充分解析度的感測器，則無須擔心安裝問題，反之若安裝位置偏差亦無法直接標示正確位置點。
3. 感測器所提供的為電子訊號，使用上是以觀察電壓位準變化來判斷位置變化，然而所有電壓位準的變化，事實上都是依賴電流傳輸來達成的。感測器電路中，常加入電容來進行濾波及穩壓等工作，穩定電壓位準，但亦會影響電流工作時間，使電壓位準需要較長的變化時間，產生延遲的現象。
4. 經由感測器所穫得之電子訊號，需傳輸至控制器方可使用；然而在控制電路板上，會具有電容及電感元件，影響電子訊號進入控制器的時間。
5. 位置訊號進入控制器後，可能還需要經過運算或是處理，或是要等其它程序先跑完等因素，導致無法立即性對位置訊號做出反應。
以上僅列出幾項較常見之發生原因作為參考。
獲得正確的位置資訊後，則要送入”電流”進入馬達。需注意”對的時間”是指電流進入馬達運作的時間；由於馬達可視為電感性元件，會導致電流進入馬達的時間大幅延後。事實上，馬達內的電感值，會受到流入電流大小及電源切換頻率(轉速)而改變，因此在不同的轉速下，電流延遲時間亦會產生變化。
另外也要注意到，從控制器接收位置訊號，到處理完成輸出控制命令的所需時間。還有開關元件的響應時間及頻寬問題，都有可能導致送入電流的時間受到影響。
如何做到好的驅動？
1. 確保訊號的傳遞速率。
雖然經由以上的介紹，訊號的延遲已為必然的結果，但若延遲的速率為固定且已知，則可由硬體或是軟體方式去補償；另一方面由於方程式中的計算函數為，故若差異角度不大，則其計算值仍非常接近1，影響並不大。
要能有效的確保訊號傳遞，則需倚靠電路設計之能力，包括各項電子元件的選配、電源能量配置及電路佈線規劃等等。
2. 軟體編程能力。
馬達驅動程式其實對於控制器的負擔並不大，但控制器同時還要需處理許多工作，因此權重、順序及運算時間的掌握需注意。若是選擇高階的控制器，則其運算反應速度快，較不需要擔心彼此拖累時間的問題。低階的控制器，則連程式編譯都需注意，可能需要直接使用組合語言撰寫程式碼，以達到最短的程式執行時間。
3. 馬達系統整體理解性。
做馬達驅動仍需對馬達要有深刻性的理解。目前電子電路系統大多是針對電壓訊號作控制及處理，一來電流值並不大，二來僅考慮電流產生的損失及電磁波影響；但馬達系統中，電流才是轉矩力量的直接來源，觀察電流的變化重要性遠遠超過電壓。馬達內的電感及產生的電磁波都遠大於電子電路系統，若考慮不適當，很有可能反灌至驅動電路中直接造成不良影響。再者，馬達所處的使用環境亦較為嚴苛，若要將電路直接置於馬達內部時，需特別注意。
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