臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要在研製永磁同步機具有轉矩補償的驅動器，對永磁同步機來說，精確的取得轉子的實際位置是執行高效能控制中極其重要的工作，本論文在實作上採用增量型編碼器及霍爾感測元件來偵測轉子精確的位置，藉此量測到的精確轉子位置完成閉迴路控制系統。
在論文中使用一項速度誤差有效值(Root-Mean-Square value of speed Error, RMSE)的性能指標來探討不同的控制方式其性能的優劣；其中包含了 控制、閉迴路控制、及向量控制。經由實驗結果證明，向量控制下的永磁同步機，不論在加載或卸載瞬間都能使交軸與直軸的實際電流及速度分別準確的追隨其命令值；實驗結果亦證明向量控制具有低誤差有效值(RMSE)和快速的動態響應，惟其控制的複雜性較高；其次，並且驗證了轉矩補償對驅動器性能的改善有實質的貢獻。

The main theme of this thesis is to implement a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) drives and the torque compensation method for the associated drives. It is very important to derive the rotor position of permanent magnet of PMSM accurately for high performance control. In this thesis, the rotor precise position is measured by using both incremental encoder and Hall sensor. The closed-loop control system can thus be implemented based upon this precisely measured result.
Various control approaches, including V/f control, closed-loop control, and vector control, are realized and the performance is highlighted by the performance index, named Root-Mean-Square value of speed Error (RMSE). The advantages and disadvantages for the above-mentioned-control methods are investigated. Experimental results show that speed, and the d-axis and q-axis current components of motor can follow the associated references very well at the instants of load impact and remove. Experimental results also demonstrate that vector control is with the advantages of low RMSE and fast dynamic response at the cost of high complexity. Moreover, the presented torque compensation method indeed contributes to the performance improvement.

目次
摘要……………………………………………………………………iii
誌謝……………………………………………………………………v
目次……………………………………………………………………vi
表目錄…………………………………………………………………ix
圖目錄…………………………………………………………………x
第一章 緒論 …………………………………………………………1
1.1 研究動機…………………………………………………………1
1.2 研究目的…………………………………………………………2
1.3 研究方法…………………………………………………………2
1.4 內容大綱…………………………………………………………3
第二章 永磁同步機之數學模型 ……………………………………4
2.1 三相靜止座標系統表示之數學模型……………………………4
2.2 利用同步旋轉座標系統表示之數學模型………………………7
2.3 同步與靜止座標系統轉換………………………………………9
2.4 永磁同步機轉子磁場導向之向量控制…………………………10
第三章 控制器之參數設計 …………………………………………14
3.1 比例積分控制器…………………………………………………14
3.2 q軸電流控制器之設計 …………………………………………15
3.3 速度控制器之設計………………………………………………21
3.4 模擬結果…………………………………………………………25
3.5 轉子位置之取得…………………………………………………32
第四章 動態轉矩補償 ………………………………………………35
4.1 轉矩補償之方法…………………………………………………35
4.1.1 補償切換時序延遲量之轉矩補償……………………………35
4.1.2 電流饋入型轉矩補償…………………………………………37
4.1.3 電壓饋入型轉矩補償…………………………………………38
4.1.4 轉子磁場導向控制之直軸弱磁控制轉矩補償………………40
4.2 霍爾感測器與反電動勢之相位關係……………………………40
4.3 動態轉矩補償……………………………………………………44
4.4 動態轉矩補償的驗證……………………………………………47
第五章 實驗系統 ……………………………………………………52
5.1 前言………………………………………………………………52
5.2 DSP 控制卡………………………………………………………52
5.3 實驗系統…………………………………………………………58
第六章 實驗結果 ……………………………………………………62
6.1反電動勢量測 ……………………………………………………62
6.2 實驗結果…………………………………………………………66
6.2.1 控制開迴路 …………………………………………………67
6.2.2 閉迴路轉速迴授控制…………………………………………75
6.2.3 轉子磁場導向控制……………………………………………82
6.3 系統穩態誤差……………………………………………………89
第七章 結論與建議 …………………………………………………92
7.1 結論………………………………………………………………92
7.2 建議………………………………………………………………92
參考文獻………………………………………………………………94
附錄
Ａ、永磁同步機之參數………………………………………………96
B、符號彙編 …………………………………………………………97
C、q軸電流開迴路系統K＊G之頻率響應特性圖……………………99
D、應用根軌跡分析法求穩定K值、Kp及Ki…………………………100
E、q軸電流閉迴路轉移函數之步階響應……………………………101
F、q軸電流閉迴路系統之增益頻率特性圖…………………………102
G、資料輸出程式 ……………………………………………………103
H、永磁同步機驅動器研製之實驗設備 ……………………………104
作者簡介………………………………………………………………106

參考文獻
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