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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:涂雅森
研究生(外文):Ya-sen, Tu
論文名稱:以反電動勢基本波為基礎之直流無刷馬達無感測控制器設計與製作
論文名稱(外文):Design and Implementation of a Sensorless Brushless DCMotor Controller Based on the Fundamental Harmonic of Back Electromagentic Force
指導教授:施慶隆施慶隆引用關係
指導教授(外文):Ching-Long,Shih
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:直流無刷馬達有量測器控制無量測器控制反電動勢
外文關鍵詞:sensorless controlsensor-ed controlback electromagentic force.DC brushless motor
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摘要
直流無刷馬達具有高轉矩、高功率密度等特性,經適當電子式換向,使其具有與直流馬達相似的運轉特性。在工業伺服系統應用上成為主流,工作在許多場合上。由於一般直流無刷馬達運轉時,必須使用霍爾元件感測器及其對應之邏輯電路驅動馬達。若能夠不需使用量測器來達到相同的驅動目的,會更加符合經濟效益,故有無感測器控制方法的提出。
本論文針對永磁式直流無刷馬達控制,以Microchip公司出產的dsPIC30F4012數位訊號處理器晶片為核心,配合周邊電路發展出一套包括電流、速度、位置三個迴路的有感測直流無刷馬達控制架構。另外在直流無刷馬達的無感測器控制上,利用Y接電阻擷取馬達運轉反電動勢,再利用濾波電路,從反電勢基本波形估測轉子換向位置。發展出不需要電流量測器與控制器AD轉換功能的直流無刷馬達無感測運轉方法。最後加上估測轉子速度達到閉迴路速度控制,並分析比較實驗結果,評估此無感測運轉的性能。
Abstract
A DC brushless motor has the characteristics of high torque and high power density. With proper electronic commutation, it can achieve comparable performance of a dc motor and has become a dominant drive in servo application. Common application of dc brushless motor uses hall sensors and the associated logic circuits to drive the motor. This thesis proposes a method of sensorless control which can achieve comparable driving performance without using hall sensors and, thus, increases economic benefit.
Aiming at dc brushless motor control, this thesis uses the Mircochip
dsPIC30F4012 as the control kernel, and combines peripheral circuits to
develop a DC brushless motor control structure with current, velocity and
position close-loops by using rotor position sensors. Apply to DC
brushless motor sensorless control, this thesis using Y-connection
resistances to obtain back electromagentic force. Utilizing low-passed
filter to get its fundamental harmonic and estimate commutation
sequence, and then developing a DC brushless motor sensorless drive
method without current sensor and AD converter of controller . At last,
using rotor velocity calculation to achieve velocity close-loop control .
Analyzing results to verify the purpose of the sensorless control method
in this thesis.
目錄
中文摘要……………………………………………………………………i
英文摘要…………………………………………………………………ii
誌 謝……………………………………………………………………iii
目 錄……………………………………………………………………iv
符號索引……………………………………………………………………vi
圖表索引……………………………………………………………………viii
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 研究動機與目的………………………………………………1
1.2 論文回顧………………………………………………………2
1.3 內容大綱………………………………………………………4
第二章 直流無刷馬達原理與控制架構………………………………5
2.1 簡介……………………………………………………………5
2.1.1 直流無刷馬達的特徵………………………………………6
2.1.2 直流馬達與直流無刷馬達間的差異………………………7
2.2 直流無刷馬達的數學方程式…………………………………8
2.3 馬達驅動原理………………………………………………12
第三章 直流無刷馬達驅動方式……………………………………14
3.1 硬體與控制架構…..………………………………………………14
3.1.1 dsPIC30F4012數位訊號控制器…………………………………14
3.1.2 變頻器電路設計……………………………………………………16
3.2 直流無刷馬達有感測器模式之閉迴路啟動原理……………………17
3.2.1 脈波寬度調變技術與直流無刷馬達弦波啟動原理…………18
3.2.2 120°與180°矩形波電壓導電方式…………………………20
3.2.3 馬達轉子位置感測元件……………………………………23
3.3 直流無刷馬達開迴路啟動…………………………………………25
第四章 直流無刷馬達有感測閉迴路控制設計…………………………27
4.1有感測下閉迴路控制……………………………………………………27
4.1.1 電流感測電路……………………………………………………28
4.1.2 電流脈波寬度調變………………………………………………30
4.2 直流無刷馬達速度與位置控制………………………………………33
4.3 位置軌跡產生器………………………………………………………38
4.3.1 T型軌跡…………………………………………………………38
4.3.2 S型軌跡…………………………………………………………40
第五章 直流無刷馬達無感測啟動與閉迴路控制………………………44
5.1 無感測控制策略……………………………………………44
5.2 無感測模式之硬體電路架構………………………………………51
5.3 馬達速度閉迴路控制…………………………………………54
5.4 無感測控制程式流程圖.………………………………………56
5.5 實驗結果………………………………………………………60
第六章 結論與建議………………………………………………69
參考文獻……………………………………………………………………71
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