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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:洪瑋成
研究生(外文):Hung, Wei-Cheng
論文名稱:以ARM為基礎之 直流無刷洗衣機之設計與製作
論文名稱(外文):The Design and Implementation of an ARM-Based BLDC Washing Machine
指導教授:何子儀何子儀引用關係
指導教授(外文):Ho,Tze-Yee
口試委員:林明星陳木松
口試委員(外文):Lin, Ming-ShingChen, Mu-Song
口試日期:2017-07-04
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程學系
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:脈波寬度調變直流無刷馬達電流感測電路
外文關鍵詞:Pulse Width ModulationBLDCCurrent Sensing circuit
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:332
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本論文採用德州儀器(Texas Instruments, TI) 之LM4F232H5QD開發板,其核心包含進階精簡指令集機器 (Advanced RISC Machine, ARM)之Cortex-M4核心,使得處理器在使用上能夠得到高效率以及快速的運算。硬體部份包含三相橋式驅動器電路、電流感測電路。軟體則是利用Keil μVision4 開發平台並以C語言撰寫整體程式,包含主程式與ADC、PWM、UART等副程式與Timer以及霍爾位置(Hall signal)感測等中斷副程式。
本論文利用改變脈波寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號之責任週期的方式,再將此訊號送至馬達驅動器使直流無刷馬達(Brushless DC motor, BLDC)轉動然後將感測位置之霍爾訊號傳送至控制器,藉此變更三相六開關馬達驅動器之導通區間以及計算馬達轉速,並輸出至Visio Studio使用者介面,顯示整體馬達狀態,以達到即時監控效果。最後,完成一個直流無刷驅動器之洗衣機的原型機,透過步階響應方式測試馬達的控制方法,在一定的變化下是否能控制馬達穩定運轉。

The aim of this thesis is to design and implement a BLDC motor drive based on an ARM microcontroller for washing machine. The system hardware consists of a three-phase bridge drive circuit and current sensing circuit. The system software which is developed under the Keil μVision4 development platform and written by C language. It includes the Analog to Digital conversion subroutine. Pulse Width Modulation (PWM) subroutine Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) subroutine and the sensing interrupt routine.
The duty cycle of a PWM signal can be adjusted by the microcontroller and employed to the motor inverter to change the speed running. The speed can be calculated by counting the interrupt number of the Hall senser. It also displays in the user interface panel for real time monitoring and control. Finally, a BLDC motor drive based on an ARM microcontroller is fulfilled in this thesis. The experimental results show the feasibility of the complete designed system.

摘 要 i
Abstract ii
目 錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻探討 2
1.3 研究方向 4
1.4 論文貢獻 5
1.5 章節概要 5
第二章 交流永磁式馬達控制理論 6
2.1 交流永磁式馬達介紹 6
2.2 永磁式馬達數學模型推導 9
2.3 三相六開關變頻器 13
2.4 電流導通方式 14
2.4.1 兩相電流導通模式(120°導通) 15
2.4.2 三相電流導通模式(180°導通) 17
2.4.3 正弦波脈波寬度調變 20
2.5 轉子位置檢測 21
2.5.1 霍爾訊號 21
2.5.2 光學編碼器 23
2.6 PID控制器 27
2.6.1 比例控制 27
2.6.2 積分控制 28
2.6.3 微分控制 29
2.6.4 數位比例-積分-微分控制 31
2.7 齊格勒-尼克斯方法 32
第三章 硬體電路設計 33
3.1 硬體系統架構 33
3.2 三相六開關馬達驅動電路 34
3.3 電流感測電路 34
3.4 ARM微處理器 38
第四章 系統軟體架構 40
4.1 控制軟體系統架構 40
4.2 轉速計算 44
第五章 實驗結果與討論 46
5.1 洗衣機實驗測試與架構 46
5.1.1 實測反電動勢與霍爾元件輸出 49
5.2 使用者介面功能測試 51
5.3 實測洗衣機馬達負載時工作狀況 52
5.3.1 Case 1 轉速步階(空載) 52
5.3.2 Case 2 洗衣模式(空載) 56
5.3.3 Case 3 轉速步階(負載5 kg) 57
5.3.4 Case 4 洗衣模式(負載5kg) 58
5.3.5 Case 5轉速步階(負載10kg) 59
5.3.6 Case 6洗衣模式(負載10kg) 60
第六章 結論與未來展望 62
6.1 結論 62
6.2 未來展望 63
參考文獻 64


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[23] 黃冠霖,“直流無刷馬達驅動器設計與製作”,碩士論文,逢甲大學電機工程學系,民國98年6月。
[24] 張國民,“永磁式馬達驅動器於電子式重量訓練機之設計與製作”,碩士論文,逢甲大學電機工程學系,民國98年6月。

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