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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:朱平宇
研究生(外文):Ping-Yu Chu
論文名稱:手臂重量訓練機之設計與製作
論文名稱(外文):The Design and Implementation of an Arm Strength Training Equipment
指導教授:何子儀何子儀引用關係
指導教授(外文):Tze-Yee Ho
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程所
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:146
中文關鍵詞:正弦脈波寬度調變永磁同步馬達手臂重量訓練機
外文關鍵詞:Arm strength training equipmentPermanent magnet synchronous motorSPWM
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傳統手臂力量訓練裝置如啞鈴,一般是以鐵塊或是鉛塊的重量當作負載。在訓練中,使用者可以依照重量訓練課表或是復健運動選擇不同的重量。然而,若是沒有專業的訓練員在旁輔助而選用不當的重量便會造成嚴重傷害。
本論文以嵌入式系統為基礎設計與製作一個手臂重量訓練機,其組成包括以正弦脈波寬度調變驅動之變頻器與永磁同步馬達以及電腦端人機介面。硬體架構與軟體控制法則將會詳細地描述與呈現於本論文中,並在正弦脈波寬度調變模式與180°導通模式條件下進行實驗測量,最後成它a完成了手臂重量訓練機的原型。實驗結果證明與展示本系統實現的可行性與完整性。
The traditional arm strength training equipment such as the dumbbell, is generally coupled by a stack of iron or lead weights as the loads. In practice, the users can select different weights for scheduled weight training exercise to achieve fitness results, or for rehabilitation exercise. However, the severe injury can happen in case of improper weights being selected without the assistance of professional trainers.
An arm strength training equipment based on the embedded controller is designed and implemented in this thesis. It consists of a sinusoidal PWM driven inverter and a permanent magnet synchronous motor as well as a PC human interface. The hardware structure and software control algorithm are detailed described and presented. The experimental measurement under the conditions of SPWM mode and PWM counduction mode, are manipulated and compared. Finally, a prototype of arm strength training equipment is successfully fulfilled. The experimental results demonstrate and show the feasibility and integrity of the system realization.
摘 要 i
Abstract ii
目 錄 iii
圖目錄 vii
表目錄 xvii
符號說明 xviii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 2
1.2 文獻探討 3
1.3 研究方向 5
1.4 章節概要 6
第二章 永磁式交流馬達控制架構 8
2.1 永磁式交流馬達介紹 8
2.2 永磁式馬達數學模型推導 10
2.3 三相六開關變頻器 15
2.4 電流導通方式 16
2.4.1 兩相電流導通模式(120°導通) 17
2.4.2 三相電流導通模式(180°導通) 19
2.4.3 正弦波脈波寬度調變 22
2.5 轉子位置檢測 23
2.5.1 霍爾訊號 23
2.5.2 光學編碼器 25
2.6 PID控制器 29
2.6.1 比例控制 30
2.6.2 積分控制 31
2.6.3 微分控制 32
第三章 硬體電路設計 34
3.1 系統規格與參數 34
3.2 硬體系統架構 35
3.3 硬體電路 37
3.3.1 交直流轉換與保護電路 37
3.3.2 高壓側電壓偵測電路 39
3.3.3 三相六開關馬達驅動電路 41
3.3.4 光耦合隔離電路 42
3.3.5 閘極驅動獨立電源 44
3.3.6 Snubber緩衝電路 46
3.3.7 馬達電流偵測電路 50
3.3.8 微處理器 51
3.3.9 RS232通訊介面電路 52
第四章 系統軟體架構 54
4.1 主程式流程 55
4.2 保護電路控制 57
4.3 零流參考點設置 59
4.4 馬達轉子磁極區間判斷 61
4.5 捕捉中斷 65
4.6 PWM中斷 68
4.7 PID運算 73
4.8 電腦端人機介面 74
第五章 實驗結果 77
5.1 硬體電路實體 77
5.2 馬達訊號量測 82
5.3 相電壓與PWM波形測量 86
5.4 180°導通模式測試 93
5.4.1 180°導通模式開迴路測試 93
5.4.2 180°導通模式閉迴路比例控制測試 95
5.4.3 180°導通模式閉迴路比例-積分-微分控制測試 97
5.4.4 180°導通模式閉迴路比例-積分-微分控制有載測試 98
5.5 弦波脈衝寬度調變(SPWM)測試 115
5.5.1 SPWM開迴路測試 115
5.5.2 SPWM閉迴路比例控制測試 115
5.5.3 SPWM閉迴路比例-積分-微分控制測試 117
5.5.4 SPWM閉迴路比例-積分-微分控制有載測試 119
5.6 馬達電流限制 133
5.7 馬達舉重測試 135
第六章 結論與未來展望 141
附錄A 143
參考文獻 144
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