臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
本文旨在分析及研製數位化控制之醫療用鼓風機系統之直流無刷馬達驅動器。本文所研究的系統為美國醫療設備公司(Hill-rom)所出品的產品，它是一種氣動式按摩治療用之電動病床系統，其內部的鼓風機負責充放氣墊之用。在功能上，驅動系統不僅完成調速控制，維持輸出高轉速的穩定，亦可降低因馬達本體直接安裝在驅動器上所引起之電磁干擾，此可使得驅動系統更趨穩定。
在本文中，係將馬達的反電動勢近似為梯形波形，並利用兩相激磁之變頻驅動方式來作轉矩/轉速控制。本系統係以數位信號處理器(DSP TMS320F241)為控制核心，並以數位控制程式，完成韌體製作。在此研究中，尚採用電腦套裝軟體(Matlab/Simulink)，來模擬直流無刷馬達及兩相激磁之變頻驅動控制，並將其模擬數據與實驗結果作相互地驗證。
由本論文的分析、研究、模擬和驗證，可證明本論文所研製之醫療用鼓風機直流無刷馬達之驅動器，確實符合實際應用的性能要求。

ABSTRACT
The objective of this paper is to analyze and design a brushless DC motor driver for blowers embedded in advanced patient care beds. The blower embedded in the electric medical bed system is responsible for recharging and releasing air for healing.
In this paper, we employed a two-phase on six-step square wave control strategy to control the brushless DC motor. Also, Matlab/Simulink computer software was adopted to simulate the dynamic performance of the driver. The simulation data can analyze the capabilities of the control strategy for the motor driver.
To accomplish the motor driver for commercial use, we setup an experimental system where a digital signal processor, TMS320F241, was used as a controller to implement the control strategy. Experimental results showed that the design brushless DC motor driver has met the specifications of the blower embedded in the medical system.

目 錄
書名頁 …………………………………………………………… i
論文口試委員審定書 ……………………………………………… ii
授權書 …………………………………………………………… iii
中文摘要 ………………………………………………………… iv
英文摘要 …………………………………………………………… v
誌 謝 ……………………………………………………………… vi
目 錄 ……………………………………………………………… viii
表 目 錄 ………………………………………………………… x
圖 目 錄 …………………………………………………………… xi
符號索引 …………………………………………………………… xiv
第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 前言…………………………………………………… 1
1.2 文獻回顧……………………………………………… 3
1.3 本文目的……………………………………………… 7
1.4 本文大綱……………………………………………… 8
第二章 直流無刷馬達之分類及其控制……………………………… 9
2.1 簡介…………………………………………………… 9
2.2 直流無刷馬達之分類及動作原理………………….. 10
2.3 兩相激磁之變頻驅動控制策略…………………….. 15
2.4 三相激磁之變頻驅動控制策略…………………….. 22
2.5 結語………………………………………………….. 24
第三章 直流無刷馬達之數學模式及其模擬……………………… 25
3.1 前言………………………………………………… 25
3.2 直流無刷馬達之數學模式…………………………26
3.3 模擬規劃……………………………………………33
3.4 模擬結果……………………………………………41
3.5 結語………………………………………………… 46
第四章 驅動電路設計及製作………………………………………47
4.1 鼓風機規格及實物介紹……………………………47
4.1.1 鼓風機規格…………………………………………47
4.1.2 鼓風機實物介紹……………………………………49
4.2 數位信號處理器(DSP)簡介…………………………54
4.3 硬體電路設計及製作…………………………………58
4.3.1 整流及控制器電源電路……………………………… 60
4.3.2 數位信號處理器介面電路…………………………… 61
4.3.3 速度控制命令電路…………………………………… 62
4.3.4 電流回授電路………………………………………… 64
4.3.5 驅動電路及其變頻器電力電路……………………… 65
4.3.6 磁極位置感測電路…………………………………… 69
4.3.7 溫度保護電路………………………………………… 70
4.4 軟體規劃……………………………………………… 71
第五章 系統實測………………………………………………………73
5.1 系統架構簡介………………………………………… 73
5.2 實測結果……………………………………………… 75
5.3 性能改善……………………………………………… 77
5.3.1 問題點之描述………………………………………… 78
5.3.2 改善方針……………………………………………… 82
5.4 改善後實測…………………………………………… 87
第六章 結論及建議……………………………………………………. 90
6.1 結論…………………………………………………… 90
6.2 建議…………………………………………………… 91
參考文獻 ……………………………………………………………… 92
附錄1直流無刷馬達之規格及參數…………………………………… 95
作者簡介 ……………………………………………………………… 96

參 考 文 獻
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