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研究生:張誌良
研究生(外文):Zhi-Liang Zhang
論文名稱:無刷直流伺服馬達控制之設計與實現
論文名稱(外文):Design and Implementation for Brushless DC Servo Motor Control
指導教授:黃國興黃國興引用關係
指導教授(外文):Guo-Shing Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:資訊與電能科技研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:無刷直流伺服馬達數位訊號處理器dsPIC30F4011VisSim比例-積分控制器
外文關鍵詞:Brushless DC Servo MotorDigital Signal Processor dsPIC30F4011VisSimProportional–Integral Controller
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本文旨在設計及實現無刷直流伺服馬達的速度閉迴路控制系統,以作為未來應用在機器人行走系統上。此控制系統以VS-ECD2812當作控制器,負責下達控制伺服命令給驅動器。而驅動器則是由Microchip公司所推出之數位訊號處理器dsPIC30F4011為核心,來負責接收由控制器所下達的伺服命令,並利用它強大的內建周邊硬體功能來驅動無刷直流伺服馬達。本文的硬體製作部分包含了電源、dsPIC30F4011周邊電路、隔離電路、變頻器電路、相電流量測電路及保護電路的設計。軟體程式設計的部份則由「VisSim」及「MPLAB」這兩套軟體來完成,所設計的無刷直流伺服馬達系統的控制演算法則為使用傳統的比例-積分控制器。最後,利用實驗結果來分析本論文所實現的馬達速度響應。
This thesis presents to design and realize a speed closed loop control system for brushless DC servo motor in order to apply the mobile Robot in early future. This control system makes use of VS-ECD2812 as the controller that takes the responsibility to send the servo commend to the driver. The core of the driver is a digital signal processor dsPIC30F4011 which is produced by Microchip incorporation. It is to take the responsibility to receive the servo command from the controller, using powerful build-in peripheral hardware function to drive the brushless DC servo motor.
The hardware part of this thesis consists of the power supply, dsPIC30F4011 peripheral circuit, isolate circuit, frequency converter circuit, phase current measure circuit and the protect circuit. The part of software design is composed of VisSim and MPLAB software packages. The control algorithm of brushless DC servo motor is used the traditional proportional – integral controller and analyzed the speed response of brushless DC servo motor through the experimental results.
中文摘要 ............................................ i
英文摘要 ............................................ ii
誌謝 .................................................. iii
目錄 .................................................. iv
表目錄 .............................................. vii
圖目錄 .............................................. viii

第一章 緒論............................................ 1
1.1 研究動機......................................... 1
1.2 研究目的......................................... 5
1.3 內容大綱......................................... 6

第二章 三相無刷直流伺服馬達基本理論與數學模型............... 8
2.1 簡介............................................ 8
2.1.1 何謂無刷直流伺服馬達.............................. 9
2.1.2 無刷直流伺服馬達基本驅動原理....................... 10
2.1.3 六步方波驅動方式................................. 14
2.2 無刷直流伺服馬達的線性轉移函數近似推導.............. 21

第三章 三相無刷直流伺服馬達PI控制器設計.................... 24
3.1 PID控制器理論..................................... 24
3.2 PI控制器參數的設計................................. 32
3.3 PI控制器的設計與模擬............................... 35
第四章 控制系統實現...................................... 42
4.1 控制系統架構...................................... 42
4.2 VS-ECD2812簡介................................... 43
4.3 dsPIC30F4011簡介................................. 46
4.3.1 數位輸出入埠...................................... 50
4.3.2 計時器/計數器..................................... 52
4.3.3 中斷操作.......................................... 53
4.3.4 高速A/D轉換器..................................... 54
4.3.5 馬達控制PWM模組輸出................................ 52
4.4 MPLAB IDE與ICD2開發工具........................... 61

第五章 系統實務設計...................................... 65
5.1 前言............................................. 65
5.2 控制板硬體電路設計................................ 65
5.2.1 電源部分及dsPIC30F4011周邊電路設計................. 66
5.2.2 相電流量測電路設計................................. 71
5.3 功率板硬體電路設計................................. 74
5.3.1 隔離電路設計...................................... 74
5.3.2 變頻器與保護電路設計............................... 76
5.4 系統軟體規畫...................................... 87
5.4.1 霍爾位置信號判別.................................. 89
5.4.2 馬達轉速量測計算.................................. 91

第六章 實驗結果與討論..................................... 93
6.1 前言............................................. 93
6.2 實驗硬體.......................................... 93
6.3 實驗結果.......................................... 96
6.4 實驗結果討論...................................... 108

第七章 結論與未來展望.................................... 111
7.1 結論............................................. 111
7.2 未來展望......................................... 111

參考文獻 ............................................. 113
自 述 ............................................. 115
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