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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:石富存
研究生(外文):Fu-Tsun Shih
論文名稱:以數位信號處理器為基礎之無刷直流馬達弱磁控制
論文名稱(外文):DSP Based Brushless Motor Driver for Flux-Weakening Control
指導教授:陳遵立陳遵立引用關係
指導教授(外文):Tzuen-lih Chern
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:電機工程學系研究所
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:120度導通模式數位信號處理器弱磁控制相位超前控制無刷直流馬達
外文關鍵詞:120° CommunicationDigital Signal ProcessorFlux-Weakening ControlPhase advanced controlBrushless Motor
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本篇論文設計上是以一個數位信號處理器(DSP)為基礎,配合三相換流器之硬體架構,並成功導入120度導通模式與弱磁控制技術理論。實驗結果可以發現,以IPM馬達作為電動車的驅動馬達,適合以120度導通做為驅動模式,降低輸出漣波轉矩,維持輸出轉矩固定。另一方面利用相位超前控制使馬達在中低轉速區間較大的轉矩輸出,在高轉速區間則採用弱磁控制,使馬達有更高的轉速表現。其他如設計過電壓保護電路來增加驅動器之安全性、以及利用DSP的程式撰寫去分析解碼轉子速度,一方面可以減少所需之硬體體積,另一方面亦可以增加準確度,這些功能將使得驅動器的動作更為完善。
The design of this thesis intends to present that 120° Communication and Flux-Weakening Control techniques can be successfully applied to a Digital Signal Processor (DSP) together with the hardware structure of an inverter.
Experimental results are shown that utilizing IPM Motor as Drive Motor of Electric Vehicle, 120° Communication techniques can reduce ripple torque and maintain the stability of output torque. Furthermore, through Phase advanced control motor, it enables a higher output torque during the mid-lower speed. Using Flux-Weakening Control helps motor from higher output speed to the highest output speed.
Moreover, the security of motor driver can be enhanced by designing circuit, which prevents over voltage. The function of motor driver will be better due to the decreased hardware size and increased accuracy that are the advantage of writing DSP scripts to analyze rotor speed.
目 錄
第一章 緒論...................................... 1
1.1 前言........................................1
1.2 研究背景....................................2
1.3 研究方法與系統描述......................... 3
第二章 電動機車.................................. 4
2.1 電動機車基本構成要件............................ 4
2.2 電動機車的驅動馬達........................... 5
2.3無刷直流馬達................................... 6
2.3.1 無刷直流馬達的特徵..........................8
2.3.2無刷直流馬達的構成要素........................8
2.3.3永久磁鐵的種類及特徵............................10
2.3.4霍爾感測器.................................. 12
2.4 無刷直流馬達的特性與方程式....................13
2.5 電動機車所用的馬達比較...................... 16
第三章 電動機車之控制架構............................ 18
3.1 PMSM與BLDCM的數學模型推導..........................18
3.1.1 PMSM直流無刷馬達的數學模型推導................ 18
3.1.2 BLDCM直流無刷馬達的數學模型推導................. 21
3.2相位超前控制....................................24
3.3弱磁控制................................ 26
3.4轉速估測...............................30

第四章 驅動器系統................................31
4.1無刷馬達驅動器驅動電路的基本......................... 31
4.2無刷馬達驅動器控制模式........ ......................33
4.2.1弦波電流驅動方式(180°通電型)....................33
4.2.2方波電流驅動方式(120°通電型)....................34
4.3依電壓向量轉動來解釋導通模式.........................36
4.4驅動路驅動電路介紹..................................42
4.4.1隔離電路......................................42
4.4.2失效時間的插入電路.............................45
4.5實驗系統架構......................................47
4.5.1 DSP控制單元...................................48
4.5.2功率元件驅動單元...............................54
4.5.2.1電源供應電路................................54
4.5.2.2 sinpwm信號的生成............................55
4.5.2.3 閘極驅動電路.................................57
4.5.2.4 電流迴授偵測.................................59
4.6轉速顯示電路.......................................60
第五章 實驗結果.............................. 61
5.1實驗數據................................62
5.1.1驅動模式比較之實驗波形...................... 62
5.1.2弱磁控制實測波形...................... 65
5.2實驗分析...............................72

第六章 結論與建議.............................. 75

參考書目................................................79
[1]Siduey R. Bowes and Pual R. Clark”Transputer-Based Harmonic-Elimination PWM Control of Inverter Drives” IEEE Trans. Industry Applications, vol. 28, Issue: 1 Part: 1, pp. 72-80, Jan.-Feb. 1992 .[2]Yen-Shin Lai,Chun-Ming Li and Chang-Huan Lin”Harmonic El imination Pulse-Width Modulation Techniques of Real Time Inverter Control for Induction Motor Drives” Industrial Electronics Society, 1999. IECON ''99 Proceedings. The 25th Annual Conference of the IEEE , Vol: 3 , pp. 1391 —1396, 1999 [3]J.F.Moynihan,M.G.Egan and J.M.D.Murphy ”Theoretical Spectra of Space-vector-modulation waveform” IEE,1998[4] T. Kenjo and Nagamori, Permanent Magnet and Brushless DC Motor. Oxford: Clarendor Press, 1985.[5] P. Pillay, and R. Krishnan, “Application characteristics of permanent magnet synchronous and brushless DC motors for servo drives,” IEEE Trans. Industry Applications, vol. 27, no. 5, pp. 986-996, Sept 1991.[6] P. Pilly and R. Krishnan, “Modeling, simulation, and analysis of permanent-magnet motor drives -- Part II:The Brushless DC Motor Drive,” IEEE Trans. Industry Applications, vol. 25, no. 2, pp. 274-279, Mar 1989.[7] T. M. Jahns, "Flux-weakening regime operation of an interior permanent- magnet synchronous motor drive," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 23, pp. 681-689, July/August, 1987.[8] B. Sneyers, D. W. Novotny, and T. A. Lipo, "Field weakening in buried permanent magnet AC motor drives," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 21, pp. 398-407, July, 1985.[9] R. C. Becerra, and M. Ehsani, "High-speed torque control of brushless permanent magnet motors," IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 35, no. 3, August, 1988.[10] N. Hemati, and Ming C. Leu, "A complete model characterization of brushless DC motors," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 28, no. 1, January/February, 1992.[11] S. J. Kang, and S. K. Sul, "Direct torque control of the brushless DC motor with nonideal trapezoidal back EMF," IEEE Trans. Power Electronics, vol. 10, no. 6, November, 1995.[12] 許溢适 編譯/劉昌煥 校訂,”變頻器實用電路設計與驅動軟體”,文笙圖書。[13] 吳南億,”以數位信號處理器為基礎之電動機車無刷馬達驅動器” ,國立中山大學電機所碩士論文,民國八十九年。[14] 許中平/許煌嘉 編譯,”控制用電動機應用”,全華圖書[15] 黃朝顯,“無刷直流馬達在電動機車應用之控制設計”,國立成功大學碩士論文,民國八十六年。[16] 陳皇佑,“無刷直流馬達高性能轉矩控制設計在動力系統之應用”, 國立成功大學碩士論文,中山大學 電機所 碩士論文[17] 梁適安 譯,”高頻交換式電源供應器---原理與設計”,全華圖書[18] 許溢适 編譯,”實用電機設計手冊”,文笙圖書[19] 仲成儀器股份有限公司編輯部 編著,”交流無刷馬達伺服控制 修訂版”,全華圖書[20] 羅永昌 編譯,”電動機控制”,高立圖書[21] 鄭勝文,“電動車輛專輯”,機械月刊,88年8月,pp. 354-405。[22] 尤如瑾,“我國電動機車產業發展現況與趨勢”,機械工程雙月刊,89年4月,pp. 44-57”[23]”台灣電動機車機電系統發展現況_經濟部產業技術資訊服務推 廣計畫”
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