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研究生:劉育瑋
研究生(外文):Yu-Wei Liu
論文名稱:以DSP實現馬達位置與速度之可變結構控制器及其人機操作介面設計
論文名稱(外文):The Implementation of DSP-based Variable Structure System and Human Machine Interface Design for Motor Position and Velocity Control
指導教授:賴秋庚
指導教授(外文):Chiu-Keng Lai
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:電機工程系
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:93
中文關鍵詞:數位訊號處理器位置控制器人機介面可變結構控制永磁式同步馬達
外文關鍵詞:DSPLabVIEWHuman Machine InterfaceVariable Structure SystemVelocity ControlPMSM
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本文利用德州儀器公司(Texas Instruments, TI)所生產之編號TMS320F2808數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)進行控制器之硬體實現設計。並透過C語言程式撰寫以及週邊硬體電路設計,實現全不變性可變結構控制(Totally Invariant Variable Structure Control, TIVSC)之永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motors, PMSM)位置與速度控制。此控制理論設計結合典型狀態回授控制與可變結構控制(Variable Structure Control, VSC)之優點,包括:
1. 採用狀態回授控制概念,具有極點指定之方便性。
2. 採用可變結構控制,使系統具有足夠的強健性。
透過實驗驗證,包括系統加入負載,或者是考量控制系統參數不確定,都能有良好的控制效果。本設計並與線性平方法(Linear Quadratic Regulator, LQR)最佳控制器以及改良型線性平方法(Modified Linear Quadratic Regulator, MLQR)最佳控制器做比較,來顯示其性能之強健性。
本文亦使用圖形化程式語言(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, LabVIEW) 開發人機介面 (Human Machine Interface, HMI) ,並透過RS232串列通訊介面與DSP控制器做控制參數以及系統資料互傳。透過人機介面的實現,使用者可更容易、正確、迅速的下達控制器參數,並且人機介面可同時回傳控制變數資料,更新控制器的狀態顯示在人機介面上,即時顯示受控馬達的相關資訊。

In the thesis, using the TMS320F2808 digital signal processor (DSP) produced by Texas Instruments (TI) to the realization of position and velocity control is the main theme to be discussed. F2808 DSP is with the 32-bit fixed-point CPU, and has a variety of built-in control functions and interfaces for the users to adopt them to deal with their control problems. Also, a robust controller which is designed by employing Variable Structure Control (VSC) is presented for a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) position/velocity control system with load and uncertainties, and the control results are compared with two known control structures, Linear Quadratic Regulator (LQR) and Modified Linear Quadratic Regulator (MLQR), to show its performance and robustness. The simulations for all the control types are executed under the Matlab/Simulink system, and practical experiments and results are processed by the LabVIEW-based Human Machine Interface (HMI). Both the simulation and experimental results show that the performances with the VSC controller are guaranteed.
中文摘要
英文摘要
目錄
圖目錄
表目錄
第一章 序論
1.1 前言
1.2 研究動機與方法
1.3 論文架構
第二章 交流同步馬達與馬達數學模型
2.1前言
2.2永磁同步馬達數學模型
2.3永磁同步馬達規格與驅動器
2.4受控系統參數判別
第三章 數位訊號處理器及其介面電路設計
3.1 前言
3.2 TMS320F2808特性簡介
3.2.1 32-Bit CPU計時器
3.2.2 ADC類比轉數位模組
3.2.3中斷
3.2.4 QEP正交脈衝編碼
3.2.5 SCI非同步串列通訊
3.2.4 SPI同步串列通訊
3.3 DSP控制發展板
3.4 LabVIEW人機介面設計
3.4.1 設計理念
3.4.1 人機介面功能介紹
3.5 DSP控制發展板驗證實驗
3.5.1周邊電路設計
3.5.2 ADC與DAC實驗
3.5.3 PI controller實驗
3.5.4 PI控制器實驗結論
第四章 控制器設計
4.1前言
4.2 LQR控制器
4.3 Modified LQR控制器
4.4加權矩陣的選擇
4.5全不變性可變結構控制
第五章 模擬分析與實作驗證
5.1 人機介面設計
5.1.1 參數輸入視窗
5.1.2 串列通訊協定
5.1.3 數據視窗
5.2 系統模擬
5.2.1 系統模型建立
5.2.2 外加負載模擬
5.3 DSP位置控制器模擬與實作分析
5.3.1 空載模擬與實作
5.3.2 加載實驗實作(改變摩擦係數)
5.3.3 加載實驗實作(改變慣量模式)
5.4 模擬與實作結論
第六章 結論與未來研究方向
6.1 結論
6.2 未來展望
參考文獻

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