臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要提出一種非線性適應性返步式(Adaptive Backstepping)控制器應用於線型永磁同步馬達(PMLSM, Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)控制系統中，應由此一理論來簡化複雜性的設計，將原本的非線性受控系統在經過適當的運算後，可直接轉換成線性系統，對速度及位置追蹤效果，達到改進後的準確率。在技術實現上，在MATLAB/SIMULINK環境下，使用數位訊號控制器及FPGA做為個人電腦及馬達間的使用介面，配合即時發展系統，完成PC-Based馬達控制系統，可改善傳統比例積分(PI, Proportional Integral)控制器閉迴路磁場導向控制(FOC, Field Oriented Control)的精密度。在穩定度的分析上，採用李亞普諾夫(Lyapunov)函數證明所設計控制器對整個系統的穩定性，對於控制器之效果，藉由馬達控制即時發展系統進行模擬及實測，以驗證其可行性。

This thesis mainly proposed a nonlinear adaptive backstepping controller system of a permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM). Instead of using the original nonlinear system, we transfer the nonlinear system to its equivalent linear form by some proper computations. As a result, we can simultaneously achieve the speed and position tracking with great precision. In practical realization, we adopt the MATLAB/SIMULINK environment to achieve a PC-Based motor control system. Meanwhile, a digital signal controller and a FPGA were used as a interface between PC and the motor. The proposed controller scheme can improve the precision and robustness of the conventional close-loop PI controller of the field oriented control (FOC). We use Lyapunov function to guarantee the stability of the proposed system. The simulation and experimental results validate the feasibilities of the proposed control algorithms.

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
1. 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與方法 3
1.3 文獻回顧 4
1.4 內容大綱 5
2. 線型永磁同步馬達數學模型推導 6
2.1 線型永磁同步馬達介紹 6
2.2 座標轉換 10
2.2.1 三相靜止座標與兩軸靜止參考座標間的轉換 12
2.2.2 三相靜止座標與兩軸同步旋轉參考座標間的轉換 18
2.3 永磁同步馬達數學模型 20
2.3.1 旋轉型永磁同步馬達數學模型之建立 20
2.3.2 二維座標間的空間向量轉換表示 25
2.3.3 線型永磁同步馬達於同步旋轉座標系之數學模型 30
3. 適應性返步式控制設計 31
3.1 前言 31
3.2 李亞普諾夫穩定理論介紹 32
3.2.1 穩定性定理 32
3.2.2 控制李亞普諾夫函數 35
3.3 線型永磁同步馬達控制器設計 36
3.3.1 輸入輸出回授線性化 36
3.3.2 適應性返步式速度控制設計 39
4. 線型永磁同步馬達控制系統 49
4.1 系統硬體架構介紹 49
4.2 驅動系統軟體架構 56
5. 實驗結果與討論 58
5.1 線型永磁同步馬達速度控制 58
5.1.1 線型永磁同步馬達速度控制實驗 60
5.1.2 線型永磁同步馬達改變機械參數及電氣參數值實驗 65
5.1.3 線型永磁同步馬達加載性能實驗 68
5.2 線型永磁同步馬達位置控制 71
5.2.1 線型永磁同步馬達位置控制實驗 71
5.2.2 線型永磁同步馬達改變機械參數及電器參數值實驗 74
5.2.3 線型永磁同步馬達加載性能實驗 77
5.2.4 線型永磁同步馬達更改動子電阻值位置誤差實驗 81
6. 結論與未來研究方向 88
6.1 結論 88
6.2 未來研究方向 88
參考文獻 90
自傳 93

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