臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在研製永磁同步馬達之無位置感測驅動，利用高頻訊號注入法並結合T-S模糊控制器實現永磁同步馬達無位置感測控制，除了降低驅動器成本，同樣擁有良好的轉速追蹤能力與變動負載調節能力。首先將永磁同步馬達建模，以設計永磁同步馬達速度控制器，接著採用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型，並以平行分布補償(Parallel Distributed Compensation, PDC)概念設計控制器，由Lyapunov定理進行穩定度分析，最後利用線性矩陣不等式(Linear Matrix Inequality, LMI)求出控制器增益，無位置感測控制則採用高頻訊號注入法進行分析。文中會說明硬體架構，周邊電路及軟體規劃，馬達驅動則採用空間向量脈波寬度調變(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)，所有控制由微控制器採全數位化實現，最後以實驗驗證轉子角度估測，轉速追蹤及負載調節性能。

The main objective of this thesis is to design and implement the position sensorless drive for permanent-magnet synchronous motor (PMSM). The position sensorless control of PMSM is realized by using high-frequency signal injection (HFSI) and T-S fuzzy control. The cost of the driver is reduced via position sensorless control. Good speed tracking and variable load regulation capability is obtained. First, the model of a PMSM is established to design the speed controller. Next, the T-S fuzzy model is adopted, and the controller is designed based on the concept of parallel distribution compensation (PDC). The stability analysis is verified through Lyapunov theorem. Finally, the controller gains are solved using Linear Matrix Inequality (LMI). The position sensorless control is analyzed based on high-frequency signal injection method. The hardware configuration, auxiliary circuit and software scheme are introduced in this thesis. The PMSM is driven via space-vector pulse width modulation (SVPWM). All control schemes are digitally realized by the microcontroller. Eventually, the rotor position estimation, speed tracking and load regulation performance is validated via experimental results.

摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧與研究方向 2
1-3 論文大綱 3
第二章　永磁同步馬達 4
2-1 交流馬達 4
2-1-1永磁同步馬達轉子結構 4
2-1-2永磁同步馬達定子結構 5
2-1-3馬達編碼器 6
2-2 永磁同步馬達動態模型推導 8
第三章 永磁同步馬達驅動器系統 12
3-1 永磁同步馬達驅動器系統架構 12
3-2 硬體周邊電路 13
3-2-1 線電流回授電路 13
3-2-2 直流鏈電壓回授電路 14
3-2-3 開關隔離驅動電路 14
3-2-4 硬體保護電路 15
3-2-5 輔助電源電路 16
3-3驅動器驅動方式及原理 17
第四章 無位置感測原理 21
4-1 高頻訊號注入法原理 21
4-2 高頻訊號注入法數學模型 23
4-3 濾波器原理與設計 27
4-3-1 一階近似法(First Order Hold, FOH) 27
4-3-2 低通濾波器設計 28
4-3-3 帶通濾波器設計 29
第五章 T-S模糊控制法介紹 31
5-1 T-S模糊控制法理論介紹 31
5-2 應用於永磁同步馬達之T-S模糊控制法設計 32
5-2-1 系統狀態方程式 32
5-2-2 建立模糊規則與控制器設計 35
5-2-3 穩定度分析及求解增益 36
第六章 微處理器與軟體規劃 41
6-1 系統架構流程與微控制器介紹 41
6-1-1 系統架構流程 41
6-1-2 微控制器介紹 42
6-2 軟體流程規劃 45
6-2-1 主程式流程 45
6-2-2 中斷副程式流程 46
6-2-3 T-S模糊控制副程式流程 47
6-2-4 高頻估測副程式流程 48
第七章 實驗結果 49
7-1 電氣規格 49
7-2 實測結果 53
7-2-1 無載啟動與無載變轉速 53
7-2-2 定轉速變載 64
7-2-3 加載啟動 69
第八章 結論與未來研究方向 72
8-1 結論 72
8-2 未來研究方向 72
參考文獻 73

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