跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(54.173.214.227) 您好!臺灣時間:2022/01/29 16:13
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:林嘉富
研究生(外文):CHIA-FU LIN
論文名稱:航空用數位馬達致動控制器之關鍵技術研究
論文名稱(外文):Research on Key Technologies of Digital Motor Actuators in Aerospace Applications
指導教授:蘇武昌
指導教授(外文):Wu-Chung Su
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:電機工程學系
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:2001
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:可變結構控制馬達離散時間航空數位控制
外文關鍵詞:Variable Structure ControlMotorDiscrete-TimeAerospaceDigital Control
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:3547
  • 評分評分:
  • 下載下載:908
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:2
應用於飛行載具的致動控制系統需面對外在環境劇烈的改變,因此系統將遭遇嚴苛的參數變化與負載干擾,本文運用可變結構控制理論嘗試補償這些環境干擾以達到強健控制的目的。本論文所提的方法是由離散時間的順滑模式著手進行電流迴路設計而免除在連續時間的持續切跳現象,運用等效控制(Equivalent Control)概念搭配干擾量估測來補償誤差,透過低通濾波器加以改善電流迴路初期的局部振盪現象。
在鈦思科技公司的技術協助下首次成功地整合MathWorks, Inc.的Simulink和TI公司的TMS320F240 DSP軟硬體,初步實現訊號轉換與 DSP/Simulink 界面整合的構想,可降低整合運用這些工具的學習門檻並有助於提昇其研究和發展效率。

Since the servoactuator systems will suffer from unpredictive disturbances and parameter variations caused by aerial environment changed tremendously. This study excepts to compensate these impacts by using of the sliding mode control approach. Based on the related documents, we designed a discrete-time current controller in order to avoid the chattering phenomenon. According to equivalent control concept, the tracking error is compensated analytically with a disturbance estimator. The temporarily damping phenomenon can be overcome by adding a low pass filter.
With well technique support from TeraSoft, Inc., we also successfully showed the experimental results to integrate MathWorks, Inc.’s Simulink and TI’s TMS320F240 DSP development tools. These tools are expected to provide engineers great help in increasing their learning rate, facilitating their research and improving their product development efficiency.

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
符號說明 xii
第一章 緒論 1
1.1 緣起 1
1.2 航空致動器發展趨勢 4
1.3 航空致動器之控制技術概述 8
1.4 論文架構組織 10
第二章 受控體的動態特性與空間向量座標轉換 12
2.1 三相永磁同步馬達的動態特性分析 13
2.2 空間向量座標轉換理論之回顧整理 20
2.2.1 Clarke 座標轉換 21
2.2.2 Park 座標轉換 22
2.2.3 本文選定應用的 q-d-o 固定與旋轉座標轉換基準 23
2.3 馬達開迴路控制動態特性模擬 28
2.3.1馬達三相A-B-C靜止座標軸開迴路控制模擬 28
2.3.2馬達三相A-B-C靜止座標軸與旋轉 q-d-o 座標轉換 32
第三章 可變結構數位控制器設計 40
3.1電壓源換流器與空間向量脈寬調變 40
3.1.1電壓源換流器與馬達之電壓轉換關係 41
3.1.2空間向量脈寬調變(Space Vector Pulse Width Modulation) 44
3.2電流迴路的離散時間可變結構控制器設計 47
3.2.1 d軸控制設計 51
3.2.2 q軸控制設計 53
3.2.3 電流迴路模擬 54
3.3 速度控制器設計 59
3.3.1 速度響應之模擬 61
3.3.2 精簡干擾量估測後之模擬比較 67
第四章 數位控制器硬體設計規劃 72
4.1 控制系統硬體架構 72
4.2 DSP 核心控制硬體模組功能規劃設計 74
第五章 數位控制器軟體設計規劃 82
5.1 DSP 程式發展基本概念 82
5.2 DSP 程式執行架構規劃 85
5.3 馬達多迴路控制與中斷服務程式規劃 87
5.4 主程式規劃與初步驗證 89
5.5 電流取樣和數值處理 94
5.6 訊號轉換與 DSP/Simulink 界面整合研究 96
5.6.1 發展資料轉換軟體模組 99
5.6.2 初步研究成果概述 100
第六章 結論與未來努力方向 104
參考文獻 108
圖目錄
圖1.1 航空級電機迴轉式致動器開發成果 3
圖2.1 三相永磁同步馬達之電氣控制架構圖 12
圖2.2 Hall Sensor 120度電氣角 14
圖2.3 霍爾元件與功率晶體切換開關訊號對照圖 14
圖2.4 永磁同步馬達的磁石轉子構造 15
圖2.5 空間向量座標轉換關係圖 21
圖2.6 三相A-B-C與固定的q-d-o座標轉換關係圖. 24
圖2.7 旋轉與靜止q-d-o座標的轉換關係圖 26
圖2.8 三相A-B-C靜止座標軸之永磁同步馬達功能方塊圖 30
圖2.9 永磁同步馬達三相A-B-C靜止座標軸開迴路控制模擬結果 31
圖2.10 經旋轉 q-d-o 座標轉換後的(非Salient Pole)馬達方塊圖 38
圖2.11經旋轉q-d-o座標轉換後的開迴路控制模擬結果. 38
圖3.1 三相電壓換流器與馬達之等效電路圖 41
圖3.2 電壓空間向量脈寬調變基底架構圖 44
圖3.3 空間向量脈寬調變相對關係圖 45
圖3.4 電流迴路之離散時間可變結構控制架構圖 55
圖3.5 離散時間可變結構控制之電流迴路模擬結果 56
圖3.6 離散時間可變結構控制之電流迴路初期響應 56
圖3.7 加入低通濾波器之電流迴路控制架構 57
圖3.8 以低通濾波器改善後之電流迴路系統響應 58
圖3.9 改善後之電流迴路初期響應模擬 58
圖3.10 比例-積分型式之馬達速度控制系統 59
圖3.11 積分-比例型式之馬達速度控制系統 60
圖3.12 原電流迴路搭配積分-比例型式速度控制器之模擬結果 62
圖3.13 q軸電流迴路之順滑模式 63
圖3.14 原閉迴路系統搭配低通濾波器之模擬結果 64
圖3.15 搭配低通濾波器後之 q軸電流迴路順滑模式 64
圖3.16 未加低通濾器之初期響應 65
圖3.17 加低通濾器之初期響應 65
圖3.18 未加低通濾器之速度變化響應 66
圖3.19 加低通濾器之速度變化響應 66
圖3.20 省略干擾量估測且無低通濾波器之電流迴路模擬結果 68
圖3.21 精簡後但有低通濾波器改善後之電流迴路響應 68
圖3.22 省略干擾量估測且無低通濾器之速度變化響應 69
圖3.23 精簡後但有低通濾器之速度變化響應 69
圖3.24 加入隨機雜訊之電流迴路響應 70
圖3.25 加入隨機雜訊之q-軸順滑模式 70
圖3.26 加入隨機雜訊之速度變化響應 71
圖4.1 DSP-Based 控制系統架構圖 73
圖4.2 實驗用 DSP-Based 控制系統實體組合 73
圖4.3 控制板的 JTAG 埠電氣界面(P5接頭) 76
圖4.4 DSP核心控制硬體模組功能方塊圖 76
圖4.5 核心控制硬體模組的電氣界面初步設計 77
圖4.6 RS-232 界面電路和程式運作顯示界面 78
圖4.7 核心控制硬體模組之主要細部設計電路 79
圖4.8 核心控制硬體模組之多層佈線成果 81
圖5.1 TMS320F240 的程式發展程序 84
圖5.2 DSP 軟體程式執行基本架構規劃圖 86
圖5.3 DSP的主程式流程規劃圖 87
圖5.4 Full Compare 運算實驗規劃 91
圖5.5 Va=600(30μs)之Full Compare 脈寬調變輸出 92
圖5.6 Va=328(16.4μs)之Full Compare 脈寬調變輸出 93
圖5.7 設定Dead Band功能(1.6μs)的脈寬調變輸出 94
圖5.8 16位元正負數值變換範圍 94
圖5.9 Q12 - format 相對數值關係 95
圖5.10 DSP-Based 控制器設計發展流程 97
圖5.11 訊號轉換與 DSP/Simulink 界面整合研究構想 98
圖5.12 DSP/Simulink界面整合之資料轉換軟體模組架構 100
圖5.13 Simulink Bridge初步功能測試驗證 101
圖5.14 經AD/DA轉換之測試結果 102
圖5.15 經AD/DA轉換且設定飽和界限之測試結果 103
圖6.1 未來航空機電整合發展趨勢之一 107
表目錄
表3.1 三相電壓源換流器之切換狀態組合 43
表5.1 初始化區段指令集的記憶體配置 82
表5.2 非初始化區段指令集的記憶體配置 83
表5.3 ’C24x的中斷服務位址和優先權 89

[1] A. Doyle,“More And More Electric”, Flight International, pp. 124-126, September , 1996.
[2] M.E. Elbuluk and M.D. Kankam,“Motor Drive Technologies for the Power-by-Wire(PBW) Program: Options, Trends and Tradeoffs”, Aerospace and Electronics Conference, 1995. NAECON 1995., Proceedings of the IEEE 1995 National, Volume:1, 1995 .
[3] R. J. Patton, P. M. Frank, and R. N. Clark,“Fault Diagnosis in Dynamic Systems”, Englewood Cliffs, Pretice-Hall, 1989.
[4] T.F. Glennon,“ Fault Tolerant Generating and Distribution System Architecture”, IEE. Colloquium on All Electric Aircraft, Digest No. 1998/260, pp. 4/1-4/4, 1998.
[5] A.G. Jack, B.C. Mecrow, and J.A. Haylock,“ A Comparative Study of Permanent Magnet and Switched Reluctance Motors for High Performance Fault Tolerant Applications”, IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 32, No. 4, pp. 889-895, July/August 1996.
[6] M.A. Rahman,“Permanent magnet synchronous motors - a review of the state of design art”, Proc. Int. Conference on Electrical Machines, Athens, pp. 312-319, 1980.
[7] P. Pillay and R. Krishnan, “Application characteristics of permanent magnet synchronous and brushless DC motors for servo drives”, IAS Annual Meeting, Atlanta, pp. 380-390, 1987.
[8] D .P. M. Cahill and B. Adkins, “The permanent magnet synchronous motor”, Proc. IEE, vol. 109, pt. A Dec., pp. 483-491, 1962.
[9] F. Blaschke, “The Principle of Field Orientation as Applied to the New Transvector Closed Loop Control System for Rotating Field Machines”, Siemens Rev., Vol. 34, pp. 217-220, 1972.
[10] K. H. Bayer, H. Waldmann, and M. Weibelzahl, “Field-Orientated Closed-Loop Control of a Synchronous Machine with New Transvector Control System”, Siemens Rev., Vol. 39, no. 5, pp. 220-223, 1972.
[11] D. W. Novotny and T. A. Lipo, “Vector Control and Dynamics of AC Drives”, Clarendon Press, Oxford, 1996.
[12] R. D. Doncker and D. W. Novotny, “The Universal Field Oriented Controller”, IEEE Trans. Ind. Appl., pp. 450-456, Oct. 1988.
[13] S. Ogasawara, H. Akagi, and A. Nabae, “The Generalized Theory of Indirect Vector Control for AC Machines”, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 24, No.3, pp.470-478, May/June 1988.
[14] C. M. Ong, “Dynamic Simulation of Electric Machinery using Matlab / Simulink”, Prentice Hall PTR , New Jersey
[15] N. Hemati, and M. C. Leu, “A Complete Model Characterization of Brushless DC Motors” , IEEE Transactions on Industry Applications, Volume. 28, No. 1, January/February 1992.
[16] A. Verl, and M. Bodson, “Torque Maximization for Permanent Magnet Synchronous Motors” , IEEE Transactions on Control Systems Technology, Volume. 6, No. 6, November 1998.
[17] S. E. Lyshevski, “ Electomechanical Systems, Electric Machines, and Applied Mechatronics”, CRC Press LLC, 2000.
[18] 陳永平, “可變結構控制設計”, 全華科技圖書公司, 1999.
[19] V.I. Utkin, “Sliding Modes and their Application in Variable Structure Systems”, Mir Publishers, Moscow 1978.
[20] C.K. Lee, and N.M. Kwok, “A BLDCM Servo System Using a Variable Structure Controller with an Adaptive Switching Slope”, IEEE 1995.
[21] K. K. Shyu, and H. J. Shieh, “Variable Structure Current Control for Induction Motor Drives by Space Voltage Vector PWM”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 42, No.6, pp.572-577, December 1995.
[22] W. C. Su, S. V. Drakunov, and , “Constructing Discontinuity Surface for Variable Structure Systems: A Lyapunov Approach”, Automatica, Vol. 32, No.6, pp. 925-928, 1996.
[23] T.L. Chern, J. Chang, and G.K. Chang, “DSP-Based Integral Variable Structure Model Following Control for Brushless DC Motor Drivers”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 12, No. 1, pp. 53-63, January 1997.
[24] K.H. Kim, and M.J. Youn, “A Simple and Robust Digital Current Control Technique of a PM Synchronous Motor Using Time Delay Control Approach”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 16, No. 1, pp. 72-82, January 2001.
[25] , “General Conditions for the Existence of a Quasisliding Mode on the Switching Hyperplane in Discrete Variable Structure Systems”,
[26] S. Z. Sarpturk, Y. Istefanopulos, and O. Kaynak, “On the Stability of Discrete-Time Sliding Mode Control Systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. AC-32, No. 10, pp. 930-932, October 1987.
[27] K. FURUTA, “Sliding Mode Control of a Discrete Systems”, Systems & Control Letters 14 (1990), pp. 145-152, North-Holland.
[28] K. D. Young, V. I. Utkin, and , “A Control Engineer’s Guide to Sliding Mode Control”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 7, No. 3, pp. 328-342, May 1999.
[29] W. C. Su, S. V. Drakunov, and , “An O(T2) Boundary Layer in Sliding Mode for Sampled-Data Systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 45, No. 3, pp. 482-485, March 2000.
[30] V. I. Utkin, and K. D. Young, “Methods for Constructing Discontinuity Planes in Multidimensional Variable Structure Systems”, Automation Remote Control, Vol. 39, pp. 1466-1470, 1979.
[31] “TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide, CPU and Instruction Set”, Texas Instruments, SPRU160C, 1999.
[32] “TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide, Peripheral Library and Specific Devices”, Texas Instruments, SPRU161C, 1999.
[33] “TMS320C1x/C2x/C2xx/C5x Assembly Language Tools User’s Guide”, Texas Instruments, SPRU018D, 1995.
[34] “TMS320C2x/C2xx/C5x Optimizing C Compiler User’s Guide”, Texas Instruments, SPRU024E, 1999.
[35] “Code Composer User’s Guide”, Texas Instruments, SPRU296A, 1999.
[36] “訊號轉換與單晶片介面整合研究結案報告”, 鈦思科技公司(Teraosft Inc.), 2001.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top