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研究生:倪禮泰
研究生(外文):Li-Tai Ni
論文名稱:極點配置理論應用於無速度感測器感應馬達向量控制技術之研究
論文名稱(外文):The Application of Pole Placement Theory for Speed Sensorless Induction Motor Vector Control
指導教授:王修平王修平引用關係
指導教授(外文):Hsiu-Ping Wang
學位類別:碩士
校院名稱:中正理工學院
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1998
畢業學年度:86
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:極點配置無速度感測器感應馬達向量控制卡曼濾波器
外文關鍵詞:pole placementspeed sensorlessinduction motorvector controlKalman filter
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感應馬達因向量控制技術的發展使得其在工業上的運用日趨廣泛,再加上微處理機在速度上及精度上的提昇,更擴大了感應馬達的實用性。然而,感應馬達模式參數的時變性與複雜性卻是在精密控制運用上的一大困擾。因此,如何設計並製造一個成本低、適用範圍廣且控制精度達到運用要求的感應馬達控制器,仍是目前國內外產、學界共同研討的方向。

參考國內外之研究,尚未發現有將轉速與馬達參數以同一個估測器同時估測出來,且沒有以實驗驗證極點配置控制器在無速度感測控制下的效果者。因此本論文嘗試著設計一個具有擴展型卡曼濾波器及極點配置功能之無速度感測器向量控制感應馬達驅動器,以擴展型卡曼濾波器則藉由量測定子電流及定子電壓訊號,同時估測出轉子電阻、轉子磁通及轉子電氣角速度做為無感測器回授並調適控制器之參數,而極點配置功能為針對感應馬達的速度響應及其對外加負載的調節能力上作設計。預期二者相互配合可以消除因馬達參數變化對整個控制系統的不良影響,並達到無速度感測控制的目的。

最後,經由模擬的結果顯示,本論文設計之無速度感測之控制器使感應馬達在速度響應、精度及負載調節能力上有不錯的表現,在實驗上亦驗證了理論的適用性及未來發展的潛力。
The development of vector control theory and microprocessor technology improves the controllability and precision of induction motor. However, the variation and complexity of the motor parameters is the main problem for precision control. Therefore, how to design a low cost, wildly used, and high precision induction motor controller is still the goal of academics and industry.

At present, we can not find out any research for motor speed and parameters estimation with the same estimator or any speed sensorless experiment for pole placement controller. In this thesis, we design a speed sensorless induction motor vector controlled driver with both the extended Kalman filter and the pole placement algorithm. By measuring the stator current and voltage signals, the Kalman filter can estimate the rotor resistance, rotor flux and rotor electrical frequency for the tuning of the controller and sensorless feedback. The consideration of pole placement algorithm is for the speed response and the load regulation. We combine both of them for the purpose of speed sensorless control and decreasing the effects of parameters variations and different working conditions.

The results of simulation illustrate that the speed sensorless induction motor control system can achieve fine speed response, and the experimental results prove the feasibility and the developmental capacity of the designation in this thesis.
1.前 言 1
1.1.研究動機 1
1.2.研究背景 2
1.3.論文架構 3
2.向量控制法則 4
2.1.引言 4
2.2.數學模型 4
2.3.解耦控制器 9
2.4.控制器設計 11
2.4.1.電流控制器設計 12
2.4.2.磁通控制器設計 13
2.4.3.速度控制器設計 14
2.5.向量控制架構 15
3.參數估測理論 17
3.1.引言 17
3.2.卡曼濾波器 17
3.3.擴展型卡曼濾波器 19
3.4.具轉子電阻調適之無速度感測器控制架構22
4.極點配置設計 24
4.1.引言 24
4.2.極點配置理論 24
4.3.極點配置速度控制器設計 27
4.4.模擬架構 29
5.模擬結果與討論 31
5.1.引言 31
5.2.模擬結果 31
5.2.1.轉子電阻對系統響應的影響模擬 31
5.2.2.卡曼濾波器模擬 32
5.2.3.各種速度控制器模擬 34
5.3.討論 50
6.實驗系統及實驗結果 51
6.1.實驗系統 51
6.1.1.馬達及負載系統 51
6.1.2.後級驅動模組 51
6.1.3.AD/DA介面卡 51
6.1.4.實驗架構 52
6.2.實驗結果 53
6.3.討論 62
7.結 論 65
參考文獻 66
附錄A. 座標轉換 70
附錄B. 座標轉換 71
附錄C. 座標轉換 72
附錄D. 磁通控制器直流增益計算 73
自 傳 74
發表論文 75
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22. 王修平, 倪禮泰, 陳冠州, "擴展型卡曼濾波器於感應電動機無速度感測器向量控制技術上的運用", 第六屆國防科技學術研討會, 論文集(上冊), 第347頁至第352頁, 中華民國八十六年十一月二十二日。
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