跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(100.28.0.143) 您好!臺灣時間:2024/07/18 07:04
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:陳銘昌
研究生(外文):Ming Chang Chen
論文名稱:複合型步進馬達參數分析之研究
論文名稱(外文):Analytical study on the parameters of the hybrid stepping motor
指導教授:劉宗平劉宗平引用關係
指導教授(外文):Chung Ping Liu
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
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:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:步進馬達
外文關鍵詞:step motor
相關次數:
  • 被引用被引用:19
  • 點閱點閱:763
  • 評分評分:
  • 下載下載:172
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:2
由於步進馬達動作為間歇性,因此容易產生振動。當換相激磁頻率過高時,馬達就會有失步的現象。這兩種情況皆會造成馬達不正常的運作;若適當地選擇馬達的工作頻率,則可改善上述的現象。
目前業界在調整工作頻率時,都是採用試誤法,此法常耗時甚久,效果亦未必佳。未來,可以利用優化的技巧,尋找驅動馬達的最佳工作頻率。為了避免用實體進行試誤法帶來太大的花費,我們可以先利用電腦模擬的技術來進行探討與分析。在模擬馬達的步進頻率時,必須先要掌握馬達的運動軌跡。換言之,就是先要知道馬達的特性參數值,如馬達的慣量、阻尼係數…等。因為一般的製造廠商,大都無法完全提供這些參數值。
基於上述觀點,本研究提出兩種方法,來求解步進馬達的參數。並且,比較。由於量測步進馬達的步階響應儀器,以及其擷取資料的能力各有不同,也將在文中做一番探討。如果所分析的參數值與實際的參數值吻合,那麼我們即可依照馬達的步階響應,推估馬達的實際參數值。對使用者而言,這是能夠比較容易決定控制馬達性能的策略。尤其是對於馬達運轉時所造成的振動及失步情形,可以提供更多的改善,以便提升整顆馬達的效益。在往後研發此型步進馬達時,希望能夠節省大量的研發成本。
Due to intermittence, a step motor vibrates frequently while acting. Furthermore, misstep is possible when excitation magnetism changes phase in the high frequency. Both the cases will cause the motor to operate abnormally. However, these situations can be improved if operating frequency is chosen appropriately.
Currently, the method of trial and error is adopted to get the applicable frequency. But, it is time consuming and hard to obtain acceptable solution! In the near future, the best operating frequency for a motor can be decided from optimal technique. To avoid large amount of expense of physical experiments, computer simulation can be used to study and analysis. Using the simulation, technique, it is necessary to realize the motion track of a motor. In other words, the values of characteristic parameters of the motor, such as inertia mass, coefficient of damping, … etc, must be available beforehand. Unfortunately, most of manufacturers can’t provide the whole parameters we needed.
In this study, we propose two methods to solve the problem of finding the required parameters of the motor. The results based on these two methods and the data acquisition capability of a step response instrument for measuring the step motor will be compared and investigated in this thesis. The practical values of parameters can thus be estimated according to the step response of the motor if analytical values of parameters are identical with practical values. For users, this is an easy strategy to determine a motor performance. Especially, a motor will raise its performance, improving vibration and misstep while operating, and it is expected that the cost in the research and development of new step motors will be reduced thereafter.
目 錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表 錄 vii
圖 錄 viii
第一章 緒 論 1
1.1 研究動機與方法 2
1.2 研究目的 3
1.3 研究問題探討 3
1.4 步進馬達的回顧 4
1.5 步進馬達的特徵 6
1.6 步進馬達的分類 7
1.6.1依其構造上分類 7
1.6.2依極性及繞線方式不同 9
1.7 步進馬達激磁方式 11
1.8 步進馬達的動態特性與靜態特性 14
1.8.1動態特性 14
1.8.2靜態特性 16
1.9 步進馬達力矩產生之機構 20
1.10 複合型步進馬達之結構與特性 25
1.11 論文架構 30
第二章 建構方程式與學理探討 31
2.1 步進馬達控制與驅動 31
2.2 學理推導 32
2.2.1 馬達的運動方程式 32
2.2.2 電流源型驅動器的數學模式 34
第三章 演算的基礎理論與方法 40
3.1 最小平方法 40
3.2 數值分析的基礎 48
3.2.1 疊代法的概念 50
3.3 梯度法的基礎理論 51
3.3.1 對稱正定矩陣、向量的正交與共軛變換 51
3.3.2 梯度法的作法 53
第四章 實例演算結果與分析 55
4.1 最小平方法求未知參數 57
4.1.1 一個未知參數探討 57
4.1.2 二個未知參數探討 63
4.2 梯度法求未知參數 69
4.2.1 一個未知參數探討 69
4.2.2 二個未知參數探討 75
4.2.3 三個未知參數探討 82
第五章 結論與未來研究方向 86
5.1 結論 86
5.2 未來研究方向 88
參 考 文 獻 89
附 錄 步進馬達參數量測方法與探討 91
表 錄
表1-1 複合型步進馬達主要種類 26
表4-1 步進馬達參數及驅動器特性 55
表4-2 下邊界往上邊界計算慣量 71
表4-3 上邊界往下邊界計算慣量 71
表4-4 下邊界往上邊界計算衰減係數 72
表4-5 上邊界往下邊界計算衰減係數 72
表4-6 下邊界往上邊界計算力矩常數 74
表4-7 上邊界往下邊界計算力矩常數 74
表4-8 下邊界往上邊界計算衰減係數及慣量 77
表4-9 上邊界往下邊界計算衰減係數及慣量 77
表4-10 下邊界往上邊界計算力矩常數及慣量 79
表4-11 上邊界往下邊界計算力矩常數及慣量 79
表4-12 下邊界往上邊界計算力矩常數及衰減係數 82
表4-13 上邊界往下邊界計算力矩常數及衰減係數 82
表4-14 下邊界往上邊界計算力矩常數、衰減係數
及慣量近似值 85
表4-15 上邊界往下邊界計算力矩常數、衰減係數
及慣量近似值 85
圖 錄
圖1.1 可變磁阻型步進馬達的構造 8
圖1.2 永久磁鐵型步進馬達的構造 8
圖1.3 複合型步進馬達的構造 9
圖1.4 單極性定子形狀與激磁線圈 10
圖1.5 雙極性定子形狀與激磁線圈 10
圖1.6 1相激磁方式 12
圖1.7 2相激磁方式 13
圖1.8 1-2相激磁方式 13
圖1.9 步進馬達頻率─力矩特性 14
圖1.10 角度─轉矩特性 17
圖1.11 靜止角度誤差 19
圖1.12 一步階響應特性 19
圖1.13 的變化 19
圖1.14 力矩產生原理 21
圖1.15 移動方向磁作用力 21
圖1.16 簡易步進馬達模型圖 22
圖1.17 各相靜態力矩圖 25
圖1.18 各相之力矩關係圖 25
圖1.19 複合型步進馬達的側視圖 27
圖1.20 200步級步進馬達定子剖視圖 27
圖1.21 轉子與定子的關係 27
圖1.22(a) 複合型步進馬達轉子 28
圖1.22(b) A與B齒間關係 28
圖1.23 複合型步進馬達展開模型 28
圖2.1 步進馬達的驅動設備 31
圖2.2 驅動電路的方塊圖 32
圖2.3 力矩與慣量系統 32
圖2.4 定電流源驅動基本電路 35
圖2.5 定電流斬波器的基本電路 35
圖2.6 電壓和電流的關係 35
圖2.7 馬達運動時A相的等效電路 37
圖2.8 回饋型電流源的控制模型(A相激磁) 37
圖2.9 回饋型電流源的控制模型(B相激磁) 38
圖2.10 單相驅動電路的控制模組方塊圖 39
圖2.11 二相驅動電路的控制模組方塊圖 39
圖4.1 一步階響應特性曲線 56
圖4.2 慣量與時間的關係 58
圖4.3 慣量誤差率分析圖 59
圖4.4 慣量誤差率與不同取樣時間分析 59
圖4.5 力矩常數與時間的關係 60
圖4.6 力矩常數誤差率分析圖 60
圖4.7 力矩常數與不同取樣時間誤差率 60
圖4.8 衰減係數與時間的關係 61
圖4.9 衰減係數誤差率分析圖 62
圖4.10 衰減係數與取樣時間誤差率 62
圖4.11(a) 衰減係數誤差率分析圖 (b) 力矩常數誤差率分析圖 63
圖4.12(a) 衰減係數誤差率分析圖 (b) 力矩常數誤差率分析圖 64
圖4.13(a) 慣量誤差率分析圖 (b) 衰減係數誤差率分析圖 65
圖4.14(a) 慣量誤差率分析圖 (b) 衰減係數誤差率分析圖 66
圖4.15(a) 慣量誤差率分析圖 (b) 力矩常數誤差率分析圖 67
圖4.16(a) 慣量誤差率分析圖 (b) 力矩常數誤差率分析圖 68
圖4.17(a) 下邊界往上邊界計算慣量 69
圖4.17(b) 上邊界往下界線計算慣量 70
圖4.18(a) 下邊界往上邊界計算衰減係數 71
圖4.18(b) 上邊界往下邊界計算衰減係數 71
圖4.19(a) 下邊界往上邊界計算力矩常數 73
圖4.19(b) 上邊界往下邊界計算力矩常數 73
圖4.20(a) 下邊界往上邊界計算衰減係數及慣量 76
圖4.20(b) 上邊界往下邊界計算衰減係數及慣量 76
圖4.21(a) 下邊界往上邊界計算力矩常數及慣量 78
圖4.21(b) 上邊界往下邊界計算力矩常數及慣量 78
圖4.22(a) 下邊界往上邊界計算力矩常數及衰減係數 81
圖4.22(b) 上邊界往下邊界計算力矩常數及衰減係數 81
圖4.23(a) 下邊界往上邊界計算力矩常數、衰減係數
及慣量近似值 84
圖4.23(b) 上邊界往下邊界計算力矩常數、衰減係數
及慣量近似值 84
參 考 文 獻
1. 賴耿陽,“精密小馬達基礎及應用”,復漢出版社,81年10月。
2. J.D.Wale and C.Pollock,“Hybrid Stepping Motors And Drives”, Power Engineering Journal, February 2001.
3. S.L Ho, H. L.Li, W.N.Fu, and H, C. Wong,“A Novel Approach to Circuit-Field-Torque Couple Time Stepping Finite Element Modeling of Electric Machines”, IEEE , 2000.
4. Yoshihiro Kawase and Koji suwa ,“3-D Dynamic Transient Analysis of Stepping Motor for Wristwatch by Finite Element Method (FEM)”, IEEE, 1998.
5. 許溢适,“步進馬達原理與應用”,全華出版社, 83年5月。
6. 張書彰,“複合型步進馬達充磁座磁路模擬分析之研究”,輔仁大學物理研究所碩士論文,90年。
7. 陳喜隸,“步進馬達應用技術”,全華出版社,87年7月。
8. 陳連春,“步進馬達原理與活用要訣”,建興出版社,89年6月。
9. 葉明財,“步進馬達活用技術”,全華出版社,86年11月。
10 . 葉思武,“定位控制技術的基礎回路”, 復文書局,76年5月。
11. 陳哲光、陳嘉文,“線性代數與動態系統”,全華科技83年7月。
12. Strang,G ,“Linear algebra and its applications”, Harcourt
Brace Jovanovich, California, 1988.
13. 徐士良,“數值方法常用演算法”,儒林圖書有限公司,80年11月。
14. 楊錦洲,“管理數學”,華泰書局,73年3月。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top