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研究生:黃宗勝
研究生(外文):Tsung-Sheng Huang
論文名稱:永磁伺服馬達之自動切換式Fuzzy/Lead-Lag控制器設計
論文名稱(外文):Design of the Automatic Switching Fuzzy/Lead-Lag Controller for PM Servo Motors
指導教授:徐保羅徐保羅引用關係
指導教授(外文):Pau-Lo Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:電機與控制工程系所
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:96
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:模糊控制相位領先-落後補償器Bang-Bang控制永磁伺服馬達控制
外文關鍵詞:Fuzzy ControlPhase Lead-Lag CompensatorBang-Bang ControlPM Servo Control
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電流回路為伺服馬達控制架構最內層的控制回路,為伺服控制系統的核心所在。本研究從電流回路著手,藉由Medium Filter降低PWM切換雜訊和環境雜訊對電流回授信號的影響,進而使電流回路控制效能更佳,架構外層的速度回路時,將獲得較佳且較穩定的工作效能。研究探討速度回路線性與非線性的工作區間,並設計相位領先-落後補償器 (線性控制器),使系統在線性工作區得到較好的工作效能;而在非線性工作條件時,則設計模糊控制器(非線性控制器)克服系統的非線性特性,使系統達到較佳的控制效能。最後整合線性與非線性控制器的優點,設計自動切換式模糊與相位領先-落後控制器,使得伺服馬達於各種不同的工作條件,即使落入電流飽和之非線性區間,皆能擁有較佳的工作效能。硬體方面本研究採用德州儀器公司的TMS320 F2812 DSP作為控制晶片。實驗結果指出,在不同慣性負載及不同轉速測試條件下,本研究所設計的控制器均明顯改善了伺服馬達的系統頻寬及控制的穩定性。
In this thesis, a novel fuzzy/lead-lag switching control design is developed for the permanent magnetic (PM) DC brushless motor to improve its velocity response performance in both the bandwidth and stability. In the current feedback loop, the noise due to the Hall sensor, PWM switching, and environments has been practically reduced by applying the proposed medium filter and its velocity performance is significantly improved. Furthermore, to improve performance and stability of the velocity loop, both operations in linear and nonlinear ranges are concerned. In the linear operation region, the lead-lag compensator has been designed to effectively increase the bandwidth. On the other hand, the fuzzy controller has been designed to be more efficient in the nonlinear range due to the saturated current, the larger operation range, or significant load variation. Finally, the auto-switching fuzzy/lead-lag controller is designed by integrating two controllers to properly operate in various regions with a proper switching rule. The present controller is implemented on the TI TMS320 F2812 DSP and experimental results indicate that the proposed controller significantly improves both system bandwidth and response performance in the overshoot and steady-state oscillation under various conditions.
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究背景與發展概況 2
1.3 問題描述 3
1.4 研究方法 4
1.5 論文架構 5
第二章 交流伺服馬達之向量控制與硬體架構 6
2.1 永磁式交流伺服馬達之數學模型 6
2.2 座標轉換 9
2.3 空間向量脈波訊號調變SVPWM 15
2.3.1 SVPWM各扇區對應之三相電壓值 16
2.3.2 SVPWM扇區之判定 16
2.3.3 SVPWM各扇區分量推導 17
2.3.4 對稱式SVPWM 21
2.4 硬體簡介 24
2.4.1 eZdspTM F2812 DSK之功能介紹 25
2.4.2 DSP F2812與Power Stage介面電路 27
第三章 永磁式交流同步馬達伺服控制 32
3.1 同步馬達開迴路控制 32
3.2 電流回授的雜訊抑制 35
3.2.1 ADC多取樣點平均法 36
3.2.2 ADC多取樣點排序後中間值平均法 38
3.2.3 雜訊消除方法之比較 42
3.3 PI電流回授控制 45
3.4 PI速度回授控制 47
3.4.1 速度回授與低通濾波器 47
3.4.2 速度迴路之系統效能 49
3.4.3 小結 51
第四章 相位領先與相位落後補償器設計 52
4.1 相位領先與相位落後補償器之設計原理 52
4.1.1 相位領先補償器 52
4.1.2 相位落後補償器 57
4.2 速度迴路的相位領先補償器設計 59
4.2.1 速度迴路之開迴路系統辨識 59
4.2.2 速度迴路之相位領先補償器設計與實驗 61
4.2.3 速度迴路相位領先補償器於不同工作條件測試 66
4.3 速度迴路的相位領先-落後補償器設計 72
4.3.1 相位落後補償器設計與無載測試 72
4.3.2 相位領先-落後補償器之慣量負載測試 76
4.3.3 小結 81

第五章 模糊控制器設計 82
5.1 模糊控制器之簡介 82
5.1.1 模糊集合與歸屬函數 83
5.1.2 模糊控制器之結構 85
5.2 模糊控制器之設計 87
5.3 模糊控制器的實驗結果 90
5.3.1 模糊控制器之無載測試 90
5.3.2 模糊控制器之慣量負載測試 92
5.4 模糊控制器與積分控制器 94
5.4.1 模糊與積分控制器之無載測試 94
5.4.2 模糊與積分控制器之慣量負載測試 99
5.4.3 小結 103
第六章 整合線性/非線性之自動切換式控制器設計 104
6.1 固定切換式控制器設計 104
6.1.1 固定切換式控制器之無載測試 105
6.1.2 固定切換式控制器之慣量負載測試 107
6.2 自動切換式控制器設計 109
6.2.1 自動切換式控制器之無載測試 110
6.2.2 自動切換式控制器之慣量負載測試 112
6.2.3 工業應用之自動切換式控制器實現 115
6.2.4 小結 117
第七章 結論 118
參考文獻 120
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