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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王信富
研究生(外文):WANG, HSIN-FU
論文名稱:低壓車用馬達驅動器研製
論文名稱(外文):Development of Motor Drive for Low Voltage Vehicle
指導教授:何子儀何子儀引用關係
口試委員:陳木松黃國興
口試日期:2022-07-01
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:資訊電機工程碩士在職學位學程
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:代替論文:技術報告(應用科技類)
論文出版年:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:永磁同步無刷馬達旋轉變壓器DCBUS預充電ARM處理器
外文關鍵詞:PMSMResolverDCBUS Pre-Charge CircuitARM
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近幾年來,由燃料汽車慢慢轉變為電動汽車,不管哪種類型的汽車,汽車內部會有數個電子控制單元(Electronic Control Unit),用來控制車內電氣系統,其中就有ECU是控制無刷馬達,使用此控制技術可讓受控物產生的振動,噪音降低許多,讓駕駛時更安靜與穩定。此外,更大優點就是沒有廢氣排放的環保問題。
本論文使用旋轉編碼器偵測馬達轉子位置,透過解角晶片轉換成數位訊號以供微控制器讀取,再使用比例積分法驅動永磁無刷馬達。另一方面使用電腦的人機介面觀測其馬達輸出電流、速度之波形。
硬體電路採用車用規格等級零件,DC BUS設有預充電電路,閘極驅動晶片內建各項保護機制,實現了一款高可靠度、高壽命的馬達驅動器。微控制器使用德州儀器公司Texas Instruments , TI所開發的TM4C123G Launch-Pad Evaluation Board開發板,微控制器型號為TM4C123GH6PM來編寫韌體。程式方面使用KEIL公司設計的MDK-ARM是一套使用C語言編寫程式的系統。

In recent years, fuel vehicles have been gradually transformed into electric vehicles, no matter what type of vehicle, there will be several Electronic Control Units (ECUs) inside the car to control the electrical system in the vehicle. Among them, ECUs are used to control brushless motors, using this control technology can reduce the vibration and noise generated by the controlled object, and make driving more quiet and stable. In addition, the greater advantage is that there is no environmental protection problem of exhaust emissions.
In this thesis, the resolver is used to detect the rotor position of the motor, and the resolver IC is used to convert analog into digital signal for the microcontroller to read, and use the PID method to drive PMSM motor. and use the computer human machine interface to observe the waveform of the motor output current and speed.
The hardware circuit adopts automotive-grade parts, DC BUS is put a pre-charge circuit, and the gate driver has built-in various protection mechanisms, realizing a high-reliability and long-life motor driver.
The microcontroller uses the TM4C123G Launch-Pad development board developed by Texas Instruments, and the microcontroller model is TM4C123GH6PM to write the firmware. In terms of programming, MDK-ARM designed by KEIL company that uses C language to write programs.

摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 2
1.2 文獻探討 3
1.3 研究方向 4
1.4 論文貢獻 4
1.5 章節概要 4
第二章 永磁同步馬達控制原理 6
2.1 永磁同步馬達介紹 6
2.2 永磁同步馬達數學模型推導 9
2.3 轉子位置檢測 12
2.4 驅動電流導通方式 13
2.4.1 兩相導通模式 13
2.4.2 三相導通模式 17
第三章 系統硬體架構 21
3.1 硬體電路板 22
3.1.1 核心控制板 22
3.1.2 馬達角度偵測板 23
3.1.3 旋轉編碼器介紹 27
3.2 MCU運算控制電路板 29
3.2.1 脈波寬度調變PWM 29
3.2.2 正交編碼器QEI模組 30
3.2.3 同步串列介面SSI模組 31
3.3 控制電源系統 33
3.3.1 預充電電路 33
3.3.2 電源電壓輸出電路 34
3.4 馬達驅動電路 37
3.5 電流偵測電路 42
第四章 系統軟體設計 44
4.1 系統軟體架構 44
4.2 主程式流程圖 44
4.2.1 QEI中斷副程式流程 46
4.2.2 ADC中斷副程式流程 47
4.2.3 TIMER中斷副程式流程 47
4.2.4 轉速計算 49
4.2.5 使用者人機介面 51
第五章 實驗結果 52
5.1 解角晶片訊號量測 52
5.2 系統實體架設 57
5.3 硬體實驗數據與波形圖 60
5.3.1 兩相導通模式 64
5.3.2 三相導通模式 65
5.4 訊號、電壓及電流關係驗證 67
5.4.1 兩相導通模式-電壓電流驗證 68
5.4.2 三相導通模式-電壓電流驗證 72
5.5 負載步階控制 75
第六章 結論與未來展望 79
參考文獻 80

[1]李建昌,“智慧節能抽水控制系統之設計與製作,”於逢甲大學資訊電機工程碩士在職學位學程碩士論文, 台中市, 2019.
[2]林宗憲,“鑽床馬達驅動器之設計,”於逢甲大學電機工程學系碩士班碩士論文, 台中市, 2020.
[3]胡博竣,“直流無刷馬達再生煞車之研究,”於逢甲大學電機工程學系碩士班碩士論文, 台中市, 2018.
[4]林坤茂, 無刷直流BLDC馬達控制實務:使用Atmel SAM C21 ARM Cortex-M0+控制核心, 旗威科技有限公司, 2016.
[5]劉昌煥, 交流電機控制, 向量控制與直接轉矩控制原理, 第四版, 東華書局, 2008
[6]郭宗勝、謝瑛之、曲建仲, 嵌入式微控制器開發ARM Cortex M4F架構及實作演練, 全華圖書, 2015.
[7]沈建華, 嵌入式系統教程-基於Tiva C系列ARM Cortex-M4微控制器, 北京航空航天大學出版社, 2015.
[8]EDN TAIWAN電子技術設計, 具備故障注入功能的高精度解角器模擬系統, [線上] Available:https://www.edntaiwan.com/20191108ta31-high-accuracy-resolver-simulator-system-with-fault-injection-function/
[9]面包板社區-中國電子工程師的專業互動平台, 帶你深度了解旋轉變壓器, [線上] Available:https://www.eet-china.com/mp/a65813.html
[10]美蓓亞三美株式會社, VR旋轉變壓器標準系列,
[線上] Available:http://www.minebeamitsumi.com.cn/product_resolver.aspx
[11]Sohu.com, 旋轉變壓器最詳解, [線上] Available:http://www.sohu.com/a/135510087_486207
[12]Texas Instruments, Tiva TM4C123GH6PM Microcontroller DATA SHEET, [線上] Available:https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tm4c123gh6pm.pdf
[13]Analog Devices, AD2S1205 Data Sheet, [線上] Available:https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad2s1205.pdf
[14]Infineon Technologies, TLE8366 1.8A DC/DC Step-Down Voltage Regulator, [線上] Available:
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLE8366-DS-v01_00EN.pdf?fileId=5546d46258fc0bc1015969d2def641fa
[15]Infineon Technologies, TLE7189QK 3-Phase Bridge Driver IC
Data Sheet, [線上] Available:
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLE7189QK-DS-v02_02-EN.pdf?fileId=db3a30432239cccd0122c1ca7b54599f
[16]Analog Devices, 旋變數字轉換器常見問題解答, [線上] Available:https://ez.analog.com/cfs-file/__key/communityserver-wikis-components-files/00-00-00-02-83/RDC_5F00_FAQ.PDF
[17]黑手黨的部落格內湖汽車保修廠-順成汽車, [線上] Available:http://pics.gtabattery.com.tw/gtabattery-Knowledge/gtabattery-Knowledge07.htm?cv=1
[18]Analog Devices, CN0317 Reference Designs, [線上] Available:https://www.analog.com/en/design-center/reference-designs/circuits-from-the-lab/cn0317.html#rd-overview
[19]Advanced Monolithic Systems, AMS1117 1A Low Dropout Voltage Regulator, [線上] Available:http://www.advanced-monolithic.com/pdf/ds1117.pdf
[20]Texas Instruments, Tiva C Series TM4C123G LaunchPad Evaluation Board User's Guide, [線上] Available:https://www.ti.com/lit/ug/spmu296/spmu296.pdf?ts=1647353715769&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com.tw%252F
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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