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研究生: 陳鶴斌
Ho-Ping Chen
論文名稱: 電動螺絲起子驅動器之研製
Research and Implement of Digital Driver for BLDC Electric Screwdriver
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
口試委員: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
黃忠偉
Jong Woei Whang
胡能忠
Neng-Chung Hu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 直流無刷馬達滑動控制轉速控制
外文關鍵詞: Brushless DC Motors, Speed Control, Sliding Mode Control
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本文旨在設計一個應用於高轉速之直流無刷馬達控制系統,常應用於電動手工具機等產品;馬達內的永久磁鐵採用稀土材料,具有高磁密度、高磁能積等特徵,能達到壓縮馬達體積與提高馬達效率之效果,因此本研究聚焦於高效能直流無刷馬達控制器的設計,藉以取代傳統有刷馬達,並可大幅提升產品之競爭力。
滑動控制( Sliding Mode Control,簡稱 SMC)法,係對轉動機械系統的參數變化具有強健性、良好的抗干擾性能與響應速度快等優點,因此滑動控制技術廣泛地被運用在直流無刷馬達的控器上。藉由設計好滑動平面與迫近條件,使系統軌跡從開始時能在有限時間內抵達滑動平面,並開始進入滑動模式朝向目標點前進。
本文設計一個直流無刷馬達驅動系統,其硬體架構上以數位信號處理器(Nuvoton NuEdu-SDK-M451)為主要控制核心,搭配周邊硬體電路:電流感測電路、霍爾感測元件偵測電路、三相變頻器等,完成整套驅動控制系統。在軟體方面主要為轉速以及電流雙閉迴路控制策略,其中包含轉速偵測,以及控制器的設計。實作及驗證確認了滑動控制技術在高速、響應速度快的應用方面,具有實用性及產品競爭優勢。


The purpose of the thesis is to design a brushless DC motor control system for high speed applications such as electric screwdrivers. The rare earth materials had been used to reduce motor’s dimension and volume, and raised the efficiency of motor due to high permeability and remanence. Therefore, the research focused on designing a brushless DC motor control system to replace the traditional brush motor constant speed control method can greatly enhance the competitiveness of products.
The Sliding Mode Control (SMC) has the advantages of robustness to parameters of the system, good anti-interference ability, and fast response etc. so that the sliding control is widely used for brushless DC motors control systems. By designing the sliding plane and the approaching conditions, the system trajectory can reach the sliding plane within a limited time from the beginning and enter the sliding mode to move toward the target point.
The DC brushless motor drive system is integrated by hardware, based the digital signal processor (Nuvoton NuEdu-SDK-M451) as the main control center, accompanied with the peripheral hardware circuit, current sensing circuit, the Hall sensing element detection circuit, and the three-phase inverter drive system. Mainly in the software for the speed and current double closed loop control strategy, including speed detection and control algorithm. The implementation and test verified the effectiveness and competitiveness of the SMC technique both high speed and fast response comparison.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 符號索引 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究方法與目的 3 1.3 文獻回顧 3 1.4 研究流程與章節架構 5 第二章 電動手工具機與直流無刷馬達介紹 8 2.1 前言 8 2.2 電動手工具機 8 2.3 直流無刷馬達 11 2.3.1 直流無刷馬達與有刷直流馬達之比較 12 2.3.2 直流無刷馬達數學模型 14 2.3.3 機械動能方程式 17 2.4 直流無刷馬達驅動方法 18 2.5 結語 24 第三章 滑動控制器設計 25 3.1 前言 25 3.2 滑動控制介紹 25 3.3 滑動控制原理 26 3.4 滑動控制條件 29 3.5 等效控制 31 3.6 滑動控制設計步驟 32 3.7 直流無刷馬達滑動轉速控制器設計 33 3.8 結語 36 第四章 實驗架構與實驗結果 37 4.1 前言 37 4.2 實驗硬體架構 38 4.2.1 電源穩壓電路 38 4.2.2 霍爾感測元件信號電路 39 4.2.3 電流感測電路 40 4.2.4 單臂驅動電路 43 4.2.5 三相全橋驅動器 44 4.2.6 直流無刷馬達 46 4.2.7 數位信號控制器 47 4.3 軟體規劃流程 48 4.3.1 主程式 48 4.3.2 中斷副程式 51 4.4 實驗結果 56 4.5 結語 63 第五章 結論與未來方向 64 5.1 結論 64 5.2 未來研究方向 65 參考文獻 66

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無法下載圖示 全文公開日期 2023/02/12 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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