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研究生:羅國偉
研究生(外文):Kuo-Wei Luo
論文名稱:直流無刷馬達H∞控制之設計與實現
論文名稱(外文):Design and Implementation of PC-based H∞ Control for Brushless DC Motor
指導教授:陳盛基陳盛基引用關係容志輝
指導教授(外文):Seng-Chi ChenChee-Fai Yung
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
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:2003
畢業學年度:91
語文別:法文
論文頁數:82
中文關鍵詞:H∞控制強韌控制直流無刷馬達PWM驅動器
外文關鍵詞:H∞ controlRobust controlBrushless DC motorPWM Driver
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本研究重點是以直流無刷馬達之PWM驅動器製作及系統強韌控制技術為核心,以H∞控制法則來設計控制器,使整個系統具有強健穩定的功能,達到抗干擾及抗雜訊之目的。
在H∞控制器的設計方面,應用系統的轉移函數,開出所要求的規格,做迴路整形,選取適當的權重函數,轉換成標準的H∞控制問題,代入MATLAB求解兩個Riccati方程式,做γ疊代解出中心控制器K(s)。
代入MATLAB/SIMULINK下做抗干擾及雜訊衰減模擬,加以驗證所得的H∞控制器符合所要求的規格。最後並以C語言將H∞控制器實現於直流無刷馬達之伺服控制上。

This paper is concerned with implement of the PWM drivers and system robust control by using H∞ control for brushless DC motor. Such that the system have robust stabilize achieved disturbance rejection and noise attenuation.
The Design of H∞ controller apply the system transfer function satisfies the demand specification. The step of design controller includes loop shaping, selections of weighting function, transfer to standard H∞ control problem, solved two Riccati Equation and γ iteration find central controller K(s).
Simulation of disturbance rejection and noise attenuation in MATLAB/SIMULINK to prove H∞ controller satisfies the demand specification. Finally implementation of the H∞ controller for brushless DC motor servo control in C language.

目 錄
中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………… II
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………… 1
1.2 研究背景與動機………………………………………………… 1
1.3 研究方法及步驟………………………………………………… 4
1.3.1 研究方法…………………………………………………………4
1.3.2 研究步驟…………………………………………………………4
1.4 本文架構………………………………………………………… 7
第二章 直流無刷馬達之硬體架構……………………………………8
2.1 簡介…………………………………………………………… 8
2.2 無刷馬達驅動架構……………………………………………… 8
2.3 系統控制架構 …………………………………………………10
2.4 無刷馬達驅動電路………………………………………………11
2.4.1 三相全橋式功率晶體模組……………………………………11
2.4.2 前級驅動模組…………………………………………………12
2.5 I/O界面卡……………………………………………………… 16
2.6 編碼器回授電路…………………………………………………17
2.6.1 HCTL-2020動作原理………………………………………… 18
2.7 霍爾元件…………………………………………………………21
2.8 馬達之工作頻寬…………………………………………………24
2.9 編碼器、霍爾感測器、驅動器之實驗量測圖…………………25
2.9.1 編碼器量測圖………………………………………………… 25
2.9.2 霍爾感測器量測圖…………………………………………… 26
2.9.3 驅動器實驗量測圖…………………………………………… 28
第三章 無刷馬達之簡介及系統模型建立………………………… 30
3.1 直流無刷馬達簡介………………………………………………30
3.2 無刷馬達之優點…………………………………………………31
3.3 無刷馬達的旋轉原理……………………………………………32
3.4 系統參數的物理模型……………………………………………33
3.4 速度迴路鑑別 ………………………………………………… 33
3.5 狀態空間(State Space)模型識別法………………………… 36
第四章 H∞控制器之相關理論…….……………………………… 40
4.1 H∞控制理論概述………………………………………………40
4.2 H∞控制問題的公式化…………………………………………40
4.3 廣義的控制問題…………………………………………………42
4.4 迴路整型與混合靈敏度問題……………………………………45
4.5 外界干擾抑制問題………………………………………………48
4.6 H∞控制器之設計步驟………………………………………… 49
4.7 權重函數之協調.……………………………………………… 50
第五章 模擬與實驗結果…………………………………………… 54
5.1 無刷馬達控制迴路設計…………………………………………54
5.2 H∞控制器模擬結果……………………………………………54
5.2.1 混合靈敏度問題………………………………………………54
5.2.2 模擬結果………………………………………………………61
5.3.1 輸入端外界干擾的混合靈敏度問題…………………………62
5.3.2 模擬結果…………………………………………………… 64
5.4 位置響應H∞控制模擬結果………………………………… 66
5.5.1 設計PI控制器……………………………………………… 71
5.5.2 PI控制器速度控制實驗結果…………………………………72
5.6 H∞控制器速度控制………………………………………… 74
5.6.1 混合靈敏度問題實驗結果……………………………………74
5.6.2 外界干擾抑制實驗結果 …………………………………… 75
5.6.3 H∞控制器循正弦波的實驗結果…………………………… 78
第六章 結論與展望………………………………………………… 79
第七章 參考文獻…………………………………………………… 81

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