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研究生:洪國祥
研究生(外文):Guo-Shian Hung
論文名稱:直流無刷馬達有感測器驅動系統之研製
論文名稱(外文):Implementation of Brushless DC Motor Hall Sensor Controller and Encoder Controller
指導教授:徐晉元
指導教授(外文):Chin-Yuan Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
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:101
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:直流無刷馬達霍爾感測控制方式編碼器控制方式轉速控制
外文關鍵詞:Brushless DC motorHall Sensor ControllerEncoder ControllerSpeed Control
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本論文主要以直流無刷馬達之霍爾感測控制器與編碼器來控制直流無刷馬達,並介紹兩種方式之分析。文中首先介紹馬達數學方程式,然後再針對霍爾感測控制的理論架構與驅動馬達之電流向量與轉子磁場向量之間的關係做詳細分析。之後再對編碼器控制原理做分析。然後再將這兩種有感測器之控制方法應用到馬達轉速控制。
本文先利用Simulink建立馬達模型,之後使用霍爾感測控制方式與編碼器控制方式,做轉速控制的軟體模擬。最後再用實際馬達來驗證霍爾轉速控制與編碼器轉速控制,以比對模擬和實作之間的差異。雖然直流無刷馬達霍爾轉速控制沒有編碼器轉速控制來的精確,但亦可達到馬達順逆運轉及轉速控制等功能。
The purpose of this thesis is to apply the Hall Sensor controller and Encoder controller to control the brushless DC motor, and analyzes these two controllers. At first the motor mathematical equation is derived, and then describes the theoretical framework of the Hall Sensor controller. The relationship between the current vector and rotor magnetic flux vector is analyzed. Then the principle of Encoder controller is analyzed. The two control methods are applied to the motor speed control.
At first the motor model is built using Simulink, and then uses the Hall Sensor controller and Encoder controller, to do the simulation of motor speed control. Finally the real Hall Sensor speed control and Encoder speed control of motor are manifested, to compare the difference between the simulation and real system. Although the Brushless DC Motor Hall Sensor speed controller is not as accurate as the Encoder speed controller, it still can do the forward and reverse rotation control and speed control of motor.
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
符號檢索 XII
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 1
1.3內容大綱 2
第二章 直流無刷馬達模型構造與數學模型 4
2.1簡介 4
2.1.1直流無刷馬達特徵 4
2.1.2直流馬達與直流無刷馬達之間差異 5
2.2 直流無刷馬達數學模型與繞線結構 6
2.2.1直流無刷馬達數學模型 6
2.2.2 實際馬達繞線結構與槽極關係 14
2.3 霍爾感測器 20
2.3.1 霍爾感測器簡介 20
2.3.2 霍爾感測器 20
2.4脈波波寬調變 22
第三章 直流無刷馬達霍爾感測控制原理 25
3.1 馬達驅動控制 25
3.2 矩形波電壓控制方式 26
3.3 120°矩形波電壓控制驅動方式 28
3.4 180°矩形波電壓控制驅動方式 38
第四章 直流無刷馬達霍爾感測控制模擬與實作 54
4.1 簡介 54
4.2 直流無刷馬達120°矩形波電壓與電流控制 54
4.2.1 120°矩形波電壓控制器 54
4.2.2 馬達數學模型圖 55
4.2.3 120°矩形波電流控制器 58
4.2.4 電流PI控制器 61
4.3 直流無刷馬達180°矩形波電壓與電流控制 63
4.3.1 180°矩形波電壓控制器 63
4.3.2 180°矩形波電流控制器 65
4.3.3 轉速PI控制器 69
4.4 直流無刷馬達霍爾感測控制實作系統圖 71
4.4.1 霍爾感測軟體控制與實作系統 72
4.4.2 NI PCI-6229 CARD介紹 73
4.4.3 變頻器 75
4.4.4 直流無刷馬達 77
4.4.5 PWM電路 78
4.4.6 變頻器啟動電路 79
4.4.7 電流感測電路 80
4.5 模擬與實作波形比較 81
第五章 直流無刷馬達編碼器控制方法 87
5.1 編碼器(ENCODER)簡介 87
5.2 編碼器之種類 87
5.3 光學絕對型旋轉編碼器 89
5.4 光學增量型旋轉編碼器 91
5.4.1 編碼器定位說明 94
5.4.2 編碼器的馬達啟動及運轉控制方法 95
第六章 直流無刷馬達編碼器控制模擬與實作 99
6.1 直流無刷馬達的編碼器控制模擬系統圖 99
6.2 直流無刷馬達模型 99
6.3 編碼器控制器 100
6.3.1 轉速PI控制器 101
6.3.2 目標電流與實記轉速計算器 102
6.3.2.1 目標電流產生器 103
6.3.3 電流PI控制器 104
6.3.4 PWM變頻器 104
6.4 直流無刷馬達的編碼器控制系統 105
6.4.1 編碼器軟體控制與實作系統 106
6.5 模擬與實作波形比較 108
第七章 結論 113
參考文獻 114
附錄 116
[1] 張育源,“直流無刷馬達無感測器驅動系統之研製”,國立中央大學電機工程系碩士論文,2002年6月。
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