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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:游世杰
研究生(外文):Shi-Chieh Yu
論文名稱:以內部模型原理為基礎之控制器初始值補償及其於精密線性平台之應用
論文名稱(外文):Initial Value Compensation of Internal Model Principle-Based Controllers and Its Application to Linear Stage
指導教授:呂有勝呂有勝引用關係
指導教授(外文):Lu, Yu-Sheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:139
中文關鍵詞:精密線性平台內部模型原理為基礎之控制器超越量振盪初始值補償
外文關鍵詞:linear stageIMP-based controllersovershootoscillationIVC
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本文針對內部模型為基礎之控制器會有超越量(Overshoot)或振盪(Oscillation)的問題進行控制器初始值補償(Initial Value Compensation, IVC)設計。內部模型原理為基礎之控制器具有抑制已知干擾模型的優點,透過IVC之設計可降低超越量或振盪的產生,大大地提升控制器的性能;本文並利用數位訊號處理器(DSP)與可程式邏輯閘陣列(FPGA)實現於精密線性平台系統。
本文實驗平台之架構上,採用美國德州儀器公司(Texas Instruments, TI)所生產之TMS320C6713 DSP搭配具FPGA之自製擴充子板為實驗平台。在FPGA方面,以硬體描述語言(VHDL)撰寫Encoder, A/D與D/A等週邊界面程式;在控制器實現上,利用TI所提供的Code Composer Studio (CCS)環境下以C/C++撰寫控制器程式並下載到DSP上執行。經由實驗結果證實,透過初始值補償之控制器,能有效改善傳統控制器設計的缺點,改善系統的暫態響應,並且可以消除穩態誤差。
This thesis presents a solution to the overshoot and oscillation problem in Internal Model Principle-based (IMP-based) controllers by using the Initial Value Compensation (IVC). By using IVC the plant can smoothly, fast and accuarately reach the desired position.
The experimental system for IMP-based controllers consists of a commercially avariable single axis linear stage, a brushless servo motor and a DSP/FPGA system that is the control kernel. We use C language and very-high- speed hardware description language (VHDL) as tools for developing a servo control system. Experimental results confirm the effectiveness of the presented schemes.
Keywords: , oscillation, ,
摘 要 I
ABSTRACT II
致 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 3
第二章 實驗系統介紹與系統鑑別 4
2.1 系統架構簡介 4
2.2系統硬體架構 6
2.2.1 訊號處理架構 6
2.2.2 系統之位置與速度 6
2.3 速度估測器架構 7
2.3.1 FDM與ITM速度估測法 7
2.3.2 FDM與ITM速度估測實驗結果 9
2.4 線性平台系統鑑別 11
第三章 內部模型原理為基礎之控制器設計 14
3.1 內部模型原理為基礎之線性控制器 14
3.1.1 靜態狀態回授控制器原理與設計 14
3.1.2 一階內部模型控制器之原理與設計 19
3.1.3 二階內部模型控制器之原理與設計 25
3.1.4 三階內部模型控制器之原理與設計 26
3.2 滑動模式控制器 28
3.3 內部模型原理為基礎之滑動模式控制器 34
3.3.1 內部模型為基礎之滑動模式控制原理及優點 34
3.3.2 一階內部模型控制器之原理與設計 34
3.3.3 二階內部模型控制器之原理與設計 39
3.3.4 三階內部模型控制器之原理與設計 44
3.4 內部模型原理為基礎之控制器於精密線性平台之模擬結果 46
3.4.1 內部模型原理為基礎之線性控制器模擬結果 46
3.4.2 內部模型原理為基礎之滑動模式控制器模擬結果 51
第四章 初始值補償之設計 60
4.1 初始值補償(Initial Value Compensation, IVC)之設計原理 60
4.2 初始值補償應用於內部模型線性控制器設計與模擬 61
4.2.1 一階內部模型控制器之初始值補償 61
4.2.2 二階內部模型控制器之初始值補償 62
4.2.3 三階內部模型控制器之初始值補償 63
4.3 初始值補償應用於內部模型滑動模式控制器設計與模擬 65
4.3.1 二階內部模型滑動模式控制器之初始值補償 65
4.3.2 三階內部模型滑動模式控制器之初始值補償 66
4.4 初始值補償於精密線性平台之模擬結果 67
4.4.1 內部模型線性控制器之模擬結果 67
4.4.2 內部模型滑動模式控制器之模擬結果 72
第五章 精密線性平台之控制實驗結果 78
5.1 內部模型原理為基礎之線性控制器之控制實驗結果 78
5.2 內部模型原理為基礎之滑動模式控制器之控制實驗結果 88
5.2.1 實驗結果 88
5.2.2 實驗結果 96
第六章 結論 109
參考文獻 110
附錄A TI TMS320C6713 DSK簡介 113
附錄B 自製TI TMS C6X DSK擴充子板簡介 117
附錄C 內部模型原理為基礎之n階滑動模式控制器穩定分析 121
C.1 n階滑動模式控制器穩定分析 121
C.2 傳統滑動模式控制器穩定分析 124
C.3 積分型滑動模式控制器穩定分析 125
附錄D 內部模型原理為基礎之n階控制器初始值補償設計 127
D.1 線性控制器設計 127
D.2 n階內部模型線性控制器設計 127
D.3 n階內部模型線性控制器之初始值補償設計 129
D.4 積分型滑動模式控制器設計 130
D.5 n階內部模型滑動模式控制器設計 131
D.6 n階內部模型滑動模式控制器之初始值補償設計 132
附錄E 負載變化於精密線型平台之模擬結果 133
附錄F 無刷伺服馬達驅動器使用說明 138
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