臺灣博碩士論文加值系統

本論文以數位信號處理器DSPIC30F4011為控制核心，進行直流無刷馬達驅動系統於變動負載上控制研究。一般馬達常遇到負載變動下不能在最佳運轉點運行，而普通開迴路定v/f速度控制，又容易受負載變動影響。因此控制策略上提出閉迴路積分比例(IP)控制法則與無衝擊轉換速度控制及互補式脈波寬度調變控制方法以進行直流無刷馬達的速度控制，藉此能降低系統響應的超越量及減少上升時間，在進行幾種不同情況下測試，如無載、加載、變動負載及拖帶防制，並估測調整出最佳參數值，以擁有強鍵平順的輸出轉矩與速度響應更快速，使驅動系統能獲得更佳的速度暫態響應與負載干擾消除能力，以達到負載變動時的速度安定性，經測試符合預期研究目標。此外，本論文以實際變動負載機裝載直流無刷馬達進行測試，再搭配Visual Basic(VB)軟體建構擬人化的人機介面，使用者可透過監控視窗監控馬達的動態運轉狀況，以利驗證本篇論文所提出方法的正確性及可行性。

This thesis is based on digital signal processor, DSPIC30F4011, as core control that researches on brushless DC motors’ load variance control. Conventional motor often does not have the best performance under various loading conditions and set the v/f speed by open-loop control will be affected by load variance easily. Therefore, control system comes up with a strategy by using closed-loop integral-proportional (IP) control, Bumpless transfer speed control, and complementary pulse width trade flow to modulate brushless DC motor in order to decrease system reaction overshot and reaction time.
Testing several different conditions, such as no-load, applied load, various loads, and tow guard against system(拖帶防制) to obtain the best parameters after estimation and adjustment in order to achieve smooth and sturdiness output torque and faster speed response. These enable the driver to have better speed transient response and load interference clearance ability to achieve speed stability under load variance conditions. It has been proved and conforms to research expectation.
Furthermore, this thesis’s theory has tested with a practical various loading that installed with brushless DC motor and collocates with humanized design human-machine interaction interface written by Visual Basic (VB). User can observe motor’s performance through monitor to verify theory’s correctness and feasibility.

中 文 摘 要 i
英 文 摘 要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vii
圖 目 錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧與研究重點 1
1.3 本文架構 3
第二章直流無刷馬達數學式與驅動方式 4
2.1 馬達動態數學方程式 4
2.2 無刷馬達驅動的轉動磁場原理 7
2.3 驅動電路換相原理 9
2.4 180度矩形波驅動方式 10
2.5 120度矩形波驅動方式 15
2.6 120度驅動器動作原理分析 20
2.7 截波器切換策略 23
2.8 小結 27
第三章 控制理論架構 28
3.1 電流迴路控制器設計 28
3.2 速度迴路積分比例控制器設計 33
3.3 無衝擊轉換系統與設計 35
3.4 梯形加速度曲線控制命令 41
3.5 補拖帶防制控制與設計 43
3.6 小結 44
第四章 系統軟硬體架構 45
4.1 系統硬體架構 46
4.1.1 DSPIC30F4011數位訊號控制器 46
4.1.2 DSPIC30F4011與IPM智慧型功率驅動模組界面架構 51
4.1.3 IPM 智慧型功率模組特性介紹及其電路 52
4.1.4 轉子換向偵測及速度估測電路 57
4.1.5 轉子位置的霍爾元件安裝位置計算 59
4.1.6 電流感測電路 60
4.1.7 驅動電路方塊與實際電路板配置 61
4.1.8 直流無刷馬達 63
4.2 系統軟體架構 65
4.2.1 MATLAB軟體模擬 65
4.2.2 MPLAB IDE V7.6 68
4.2.3 Visual Basic人機介面 70
4.2.4 開發環境與實驗場所照 71
4.3 小論 73
第五章 實作結果 74
5.1 開迴路運轉實驗 74
5.1.1 BLDC 馬達量測轉子霍爾信號及反電勢 74
5.1.2 量測轉子霍爾信號求激磁換向順序 76
5.1.3 開迴路各項波形量測 80
5.1.4 獨立式PWM驅動控制時各相開關動作波形量測 82
5.1.5 互補式脈波寬度調變控制時各相開關動作波形量測 84
5.2 電流迴路實驗 87
5.2.1 獨立式PWM切換驅動控制，電流控制之相電流量測 87
5.2.2 互補式脈波寬度調變控制、電流控制之線電流量測 90
5.3 速度迴路實驗 91
5.3.1 獨立式PWM切換驅動之速度控制量測 92
5.3.2 互補式脈波寬度調變切換驅動之速度控制量測 95
5.4 變動負載機上加減速負載實驗 98
5.4.1 加減速及變動負載速度控制實驗 98
5.4.2 負載加載下速度控制實驗 104
5.5 速度IP控制下補拖帶防制實驗 112
5.6 小結 114
第六章 結論與未來研究方向 115
6.1 結論 115
6.2 未來研究方向 116
參考文獻 117

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