臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出以單一霍爾感測器作為估算轉子磁場位置之永磁同步馬達向量控制驅動系統。首先，針對六步方波與電壓空間向量脈寬調變之向量控制兩種不同驅動的方式，對馬達運作效率進行分析。再根據分析結果進一步比較使用單一與三個霍爾感測元件的效率響應。最後驗證本論文所提出的以單一霍爾感測器實現永磁同步馬達向量控制之可行及有效性。

程式設計是選用Microchip公司所生產的數位信號控制器實現單一霍爾感測器實現永磁同步馬達向量控制技術所需之六步方波驅動、電壓空間向量脈寬調變驅動、霍爾感測器訊號偵測、轉子角速度與角位置估測、回授電流之向量控制與閉迴路速度控制器計算等。

This thesis aims to design a microcontroller-based vector control PMSM driver with single Hall sensors as rotor flux position’s estimate. First, two PMSM control methods six- step trapezoidal control and vector control of SVPWM（Space Vector Pulse-width Modulation） are compared with each method’s performance in engry efficiency. Then the power efficiency between using only single Hall sensor and three Hall sensors are discussed. Finally, expersimental results are provided to show its successful operation and feasibility in vector control of PMSM with single Hall sensor.

The control software is implemented with a Microchip’s microcontroller as the control kernel to realize of PMSM vector control with single Hall sensor. In additions, all reguired control modules, such as six-step trapezoidal control, SVPWM sinusoidal control, the detection of Hall sensor, estimate rotor flux speed and position, current feedback control and speed controller, are all included in the control software design

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖索引 vi
表索引 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 論文內容架構 2
第二章 永磁同步馬達原理與控制架構 3
2.1 永磁同步馬達簡介 3
2.1.1 永磁無刷馬達之分類 3
2.1.2 直流與同步馬達之差異 4
2.2 永磁同步馬達數學模型 4
2.3 永磁同步馬達驅動原理 11
2.3.1 六步方波驅動 11
2.3.1.1 120°導通模式 12
2.3.1.2 180°導通模式 15
2.3.2 正弦脈寬調變（SPWM）驅動 16
2.3.3 電壓空間向量脈寬調變（SVPWM）驅動 20
第三章 永磁同步馬達之向量控制 29
3.1 向量控制簡介 29
3.2 參考座標定義 30
3.3 座標轉換 31
3.3.1 Clarke轉換與Inverse Clarke轉換 36
3.3.2 Park轉換與Inverse Park轉換 38
3.4 向量控制架構 39
3.5 PI控制器 41
第四章 硬體電路介紹與程式設計規劃 43
4.1 系統架構 43
4.2 永磁同步馬達硬體介紹 44
4.3 數位訊號控制器與硬體電路 45
4.3.1 數位訊號控制器架構 45
4.3.2 三相變頻器與驅動電路 47
4.3.3 電流回授電路 48
4.4 程式設計規劃 49
4.4.1 偵測轉子位置與轉速 50
4.4.2 中斷服務程式 54
第五章 實驗結果與分析 57
5.1 轉子位置及速度估測 57
5.1.1 使用三組霍爾感測元件之位置估測結果 57
5.1.2 使用單一霍爾感測元件之位置估測結果 58
5.2 永磁同步馬達之向量控制實驗結果 60
5.3 永磁同步馬達之控制方法比較結果 65
第六章 結論與建議 68
6.1 結論 68
6.2 建議 68
參考文獻 70

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