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研究生: 葉資圓
Tzu-yuan Yeh
論文名稱: 應用於電動起子之永磁式同步馬達驅動器研製
Implementation of Permanent-Magnet Synchronous Motor Drives for Electronic Screwdriver
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 王文智
Wen-Jieh Wang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 電動起子永磁同步馬達
外文關鍵詞: Electrical Screwdriver, Permanent-Magnet Synchronous Motor
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  • 本研究採用永磁式同步馬達之扭矩控制結合模糊滑動轉速控制器,以模擬電動起子之機械式扭矩離合器的扭矩限制功能,並完成一套用於電動起子之的轉速與扭矩限制永磁同步馬達驅動系統。本文將設計永磁同步馬達驅動系統,硬體部分是以數位信號處理器(TI TMS320LF2407A)為控制核心,微處理器(MSP430)為人機介面,結合三相變頻器、絕對型旋轉編碼器及電流偵測積體電路元件所完成之驅動系統。軟體程式方面含有扭矩控制策略,限制電磁扭矩輸出,並設計模糊滑動控制器用於轉速估測,以及轉速及電流閉迴路控制;藉此模擬電動起子之扭矩跳脫動作控制策略。

    本論文以直流鏈電壓為24V、額定功率30W之永磁式同步馬達驅動系統,在200rpm/1.0kgf.cm、500 rpm /1.0kgf.cm和1000 rpm /1.0kgf.cm設定狀況下,所表現的鎖附扭矩限制功能,並附上實驗結果,以驗證永磁式同步馬達之扭矩控制取代機械式扭矩離合器的扭矩限制功能的可行性。


    This research adopts the torque control strategy of the permanent-magnet synchronous motor and combine fuzzy sliding rotational speed controller to limit the motor torque output which imitates the machinery type torque clutch of an electronic screwdriver. This thesis text will design the driver system for permanent-magnet synchronous motor. This system hardware is integrated by the control system with a core Digit signal processor (TI TMS320LF2407A), a Microprocessor (MSP430) is used in human interface, combine three-phase frequency converter, absolute type rotary encoder and integrated circuit type current sensor. The software contains the torque control strategy, restrains the electromagnetic torque output, and it design a fuzzy sliding control strategy for rotational speed and current close loop, to simulated the clutch escape function of electronic screwdriver.

    The permanent-magnet synchronous motor that this thesis regards voltage of the direct current chain as 24V, rated power is 30W, set up under the state in 200rpm / 1.0kgf.cm, 500 rpm /1.0kgf.cm and 1000 rpm /1.0kgf.cm, the result displayed locking the screw and torque limit function, enclose the experimental result, in order to prove the torque limit control function of the permanent magnetism type synchronous motor is possible to replace machinery type torque clutch function.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌 謝 III 目 錄 IV 符號索引 VIII 圖表索引 XIII 第一章、緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 文獻探討 2 1.3 系統架構與研究方法 3 1.4 本文大綱 5 第二章、電動起子之分析及量測 6 2.1 前言 6 2.2 電動起子分析 6 2.2.1市售電動起子分析 6 2.2.2機械式扭矩離合器工作原理 8 2.3電動起子的扭矩量測系統 10 2.3.1實驗系統架構 10 2.3.2電動起子資料擷取紀錄裝置 11 2.4市售品量測結果 12 2.5 結語 13 第三章、永磁式同步馬達之控制及電動起子之應用 14 3.1 前言 14 3.2永磁式同步馬達之控制 14 3.2.1三相系統之永磁式同步馬達模式 14 3.2.2三相永磁式同步馬達之轉速及電流閉迴路控制策略同 18 3.3電動起子之轉速/電流閉迴路控制 21 3.3.1電動起子之電流閉迴路控制 23 3.3.2電動起子之轉速閉迴路控制 24 3.3.3模糊滑動控制器應用 27 3.4 模擬電動起子之機械式扭矩離合器控制策略 29 3.5應用於電動起子之三相永磁式同步馬達驅動流程 32 3.6結語 35 第四章、系統製作及實測 36 4.1 前言 36 4.2硬體電路 37 4.2.1 數位信號處理器介面電路規劃 37 4.2.2 三相變頻器之電力電路及閘極驅動電路 39 4.2.3 電流回授電路 40 4.2.4 轉速/位置回授電路 43 4.2.5 資料顯示傳輸模組 45 4.3轉速/電流閉迴路控制軟體規劃 47 4.4模擬電動起子機械式扭矩離合器動作軟體規劃 49 4.5 實測結果 50 4.6結語 58 第五章、結論與未來研究方向 59 5.1 結論 59 5.2 未來研究方向 60 參考文獻 61 附錄A 三相永磁式同步馬達規格及扭矩-轉速(T-N)曲線圖及反電動勢 64 附錄B 電動起子扭矩單位說明 67 附錄C 市售電動起子結構照片 68 附錄D 電動起子扭矩量測校正儀器 70 附錄E 扭矩量測儀器(扭矩計) 73 附錄F NIcDAQ-9172加上NI9205類比信號擷取卡 75 附錄G 實作成品照片 76 作者簡介 77

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