本論文應用正弦脈寬調變技術以dsPIC30F4011建立直流無刷馬達驅動器，節能減碳為當今減緩地球暖化的有效方法之ㄧ，因此採用具有高運轉效率馬達作為機器設備的驅動裝置乃是必要的選項。直流無刷馬達因具有低噪音、高效能、高功率密度、以及保養維修容易等優點，已廣泛被應用於工業以及家電產品中。本論文依據直流無刷馬達本身霍爾元件所提供磁極資訊位置，應用簡易正弦脈寬調變法設計直流無刷馬達的脈寬調變驅動技術。整個系統規劃設計包含：P.I.控制器、SPWM(正弦脈寬調變)、保護電路…等之馬達驅動控制板。而在驅動器功率級板上主要是以Power MOSFET為核心，將控制板所產生的PWM觸發信號經功率放大後以驅動直流無刷馬達。

A brushless direct current motor (BLDCM) drive using sinusoid pulse width modulation (SPWM) skill based on dsPIC30F4011 is presented in this research. Today, reducing carbon emission and energy saving is a common view for environmental in the world. It is an essential tendency to select a motor with high efficiency. BLDCM provide with low noise, high power density, high efficiency, and less maintenance, which are widely used in industry and household appliances. In this research, the SPWM skill for BLDCM is established, which is according to the signals of the magnetic poles position that provided by hall elements in the motor. In the proposed BLDCM drive including PI controller, SPWM skill, inverter, protect circuit are established. The practical programs are realized by dsPIC4011 to confirm the proposed approach.

摘 要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖表索引 VIII
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究背景與目的 2
1.3內容大綱 3

第二章 直流無刷馬達控制理論 5
2.1前言 5
2.2直流無刷馬達的換相原理 7
2.3三相直流無刷馬達的數學原理 8
2.4座標轉換 9
2.4.1三相靜止座標與兩軸任意旋轉座標之轉換 12
2.4.2 兩軸座標間的轉換 13
2.5三相直流無刷馬達數學模式 14
2.6三相直流無刷馬達的二軸模式 17
2.7使用SIMULINK建立永磁同步馬達的模型 18

第三章 直流無刷馬達驅動理論 21
3.1前言 21
3.2六步方波調變(PULSE AMPLITUDE MODULATION,PAM) 21
3.2.1六步方波調變120°導通方式 22
3.2.2六步方波調變180°導通方式 24
3.3正弦脈寬調變(SPWM) 25
3.4空間向量脈寬調變之原理（SVPWM） 29

第四章 PID控制器設計 35
4.1前言 35
4.2 PID控制器介紹 35
4.2.1比例控制器(PROPORTIONAL CONTROLLER) 36
4.2.2 I型控制器 37
4.2.3 D型控制器 38
4.3 控制器設計 39

第五章 直流無刷馬達驅動器之實驗系統 45
5.1前言 45
5.2數位訊號處理單元 47
5.2.1 dsPIC30F4011簡介 47
5.2.2 dsPIC30F4011實作程式規劃 50
5.3驅動器單元 54
5.3.1交流端EMI濾波器 55
5.3.2 AC/DC橋式整流器 57
5.3.3光耦合隔離器 57
5.3.4閘極驅動電路 58
5.3.5功率場效電晶體 60
5.3.6驅動功率電路設計 62
5.3.7保護電路 63
5.3.8切換式電源供應器 67
5.4直流無刷馬達正弦脈寬調變型驅動器之實驗驗證 70
5.4.1霍爾訊號 71
5.4.2 六步方波調變 71
5.4.3直流無刷馬達的正弦驅動控制 74

第六章 結論與未來展望 80
6.1結論 80
6.2未來展望 80
參考文獻 82

[1]P. Pillay and R. Krishnan, "Modeling, simulation, and analysis of permanent-magnet motor drives. I. The permanent-magnet synchronous motor drive," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 25,no.2, pp. 265-273, 1989.
[2]P. Pillay and R. Krishnan, "Modeling, simulation, and analysis of permanent-magnet motor drives. II. The brushless DC motor drive," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 25, no.2, pp. 274-279, 1989.
[3]R. Krishnan, “Selection Criteria for Servo Motor Drives,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol.IA-23, no.2, pp.270-275, 1987.
[4]T. Kenjo and S. Nagamori, “Permanent-magnet and brushless DC Motors,” Oxford, U.K. : Clarendon, 1985.
[5]P. Pillay, and R. Krishnan, “Application characteristics of permanent magnet synchronous and brushless DC motors for servo drives,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol.27, no.5, pp.986-996, 1991.
[6]Liu. Yong, Z. Q .Zhu , D.Howe , “Direct Torque Control of Brushless DC Drives With Reduced Torque Ripple,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol.41 , no.2, pp.599-608,2005.
[7]Kim. Dae-Kyong, Lee. Kwang-Woon, Kwon. Byung-Il, “Commutation，Torque Ripple Reduction in a Position Sensorless Brushless DC Motor Drive,” IEEE Trans. power electron., vol. 21, no. 6, pp.1763-1768,2006.
[8]孫清華，“最新無刷直流馬達” ，全華書局，2002年9月。
[9]郭天送，“交流伺服馬達FPGA控制IC之研製”，碩士論文，國立交通大學控制工程研究所，民國86年。
[10]蘇仲清，杜文淵，“無感測器感應馬達驅動器之直接轉矩控制”，中華民國第23 屆電力工程研討會，PP. 774~778, Nov. 2002。
[11]劉志文，鐘道宏， 洪崇文， 林文清，”感應電動機之DSP 速度無量測控制系統研製＂中華民國第24 屆電力工程研討會，2003。
[12]周信宏 ，“DSP技術在永磁式同步馬達驅動控制器之應用” ，南台科技大學電機工程系，碩士論文，2004。
[13]林柏希，“感應電動機無量測器向量控制之轉子電阻與滑差估測”，碩士論文，國立台灣科技大學電機工程研究所，民國90年。
[14]S. Stasi, L.Salvatore,and F.Cupertino , “Sensorless control of P M synchronous motors based on LKF estimation of rotor position,” in proc. IEEE Ind.Electron.Soc.Annu.Conf.,vol.1 ,pp.686 –691,2002.
[15]劉昌煥，“交流電機控制” ，三版，台灣東華書局，2005年9月。
[16]T. C. Green, and B. W. Williams, “Derivation of motor line-current waveforms from the dc link current of an inverter,” in Proc. IEE, Pt. B., vol. 136, no. 4, pp. 196-204, 1989.
[17]Y. X. Xue, T. G. Habetler, and D. M. Divan, “A stator flux- oriented voltage source variable-speed drive based on dc link measurem ents,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 27, no. 5, pp.962-969, 1991.
[18]張道弘編譯， “PID控制理論與實務” ，全華書局，民國84年。
[19]李裕賢，“應用比例積分控制器於直流無刷馬達之速度控制國立南台科技大學機械工程系研究所，碩士論文，民國九十八年七月。
[20]詹前茂，“電機驅動控制理論與實驗”，新文京開發出版股份有限公司。
[21]高旭佳，“向量控制感應馬達驅動系統電腦輔助設計” ，碩士論文，國立台灣科技大學電機工程所，1999年5月。
[22]梁適安編譯，“高頻交換式電源供應器原理與設計”，第二版，全華書局。
[23]W. Leonhard, “Control of Electrical Drives Ed.”, Berlin, Germany:Springer-Verlag,1997.
[24]王順忠編譯，“電力電子學”，東華書局股份有限公司，1998。
[25]鄭進義，“無量測器磁場導向直流無刷馬達驅動器的研製”，碩 士論文，國立勤益科技大學電機工程研究所，民國98年。
[26]李碩晟，“以DSP 為基礎之無刷直流伺服馬達驅動器及控制器設計與實現＂，國立勤益科技大學電子工程系研究所，碩士論文，民國九十七年六月。