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研究生: 王景弘
Wang-ching hong
論文名稱: 無量測器直流無刷馬達控制與模擬
Sensorless Control and Simulation of a DC Brushless Motor
指導教授: 劉昌煥
Chang-Huan Liu
口試委員: 王乃堅
Nai-Jian Wang
胡龍
none
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: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 150
中文關鍵詞: 無量測器
外文關鍵詞: Sensorless
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摘 要
本論文的研究目的是建立一套完整的直流無刷馬達驅動器電腦模擬系統,涵蓋馬達數學模型、脈波寬調變(PWM)策略、無量測器速度控制等。本論文首先針對永磁式直流無刷馬達進行數學模式的推演,再以MATLAB-SIMULINK建立馬達的模擬架構。在輸入設定的三相端電壓於馬達模擬模組,可獲得並分析馬達旋轉所造成的各種物理現象,如定子三相電壓、反電動勢、電流、電壓等。接著本論文探討如何藉所建立的電腦模擬程式去檢測反電動勢以獲得轉子位置的估測資訊來進行速度控制。最後本論文將模擬的結果與利用DSP-FPGA混合系統獲得的實驗結果分別做分析與比較。比較結果顯示本論文所提出的模擬系統可以配合實體系統之開發,提供有效的電腦輔助設計工具。


Abstract
The prupose of this thesis is to establish a complete computer simulation system for a dc brushless motor drive, which includes the motor model, pulse-width modulation (PWM) strategy, and sensorless speed control. The thesis first derives the mathematical model for the permanent magnet dc brushless motor and then uses MATLAB Simulink to establish the motor simulatior programs. Applying the designated three-phase voltage commands to the motor simulator modules, various physical phenomena, such as three-phase stator voltages, back electromagnetic forces (BEMF), and currents can be obtained and analyzed. The thesis further investigates the establishment of the simulation programs to detect the back EMFs and to obtain the estimated rotor position for speed control. Lastly, the thesis gives a comparison of the simulation results with the experimental results obtained from a DSP-FPGA system. The comparison results show that the proposed simulation system can accommodate the development of the hardware system and provide an effective computer-aided design tool.

目錄 中文摘要………………………………………………………………...…….i 英文摘要……………………………………………………………….……..ii 目 錄……………………………………………………………………..i 符號索引……………………………………………………………………...i 圖表索引……………………………………………………………………...i 第一章 緒論…………………………………………………………….1 1.1 研究動機………………………………………………………1 1.2 研究目的………………………………………………………1 1.3 內容大綱………………………………………………………2 第二章 直流無刷馬達與控制架構…………………………………….3 2.1 簡介……………………………………………………………3 2.1.1 直流無刷馬達的特徵………………………………………...5 2.1.2 直流馬達與直流無刷馬達間的差異………………………...5 2.2 直流無刷馬達的數學方程式………………………………....7 2.3 馬達控制架構………………………………………………..12 2.3.1 直流無刷馬達驅動原理…………………………………….13 2.3.2 轉速控制…………………………………………………….20 第三章 直流無刷馬達驅動與控制…………………………………...24 3.1 矩形波電壓導電方式……………………………………....24 3.1.1 120°矩形波電壓導電方式……………………………….…25 3.1.2 180°矩形波電壓導電方式………………………………….27 3.2 脈衝波寬調變(PWM)………………………………………31 3.3 霍爾IC……………………………………………………....33 第四章 直流無刷馬達無量測器速度控制…………………………...35 4.1 Z、C、D事件…………………………………………….....35 4.1.1 零交越點(Z事件) …………………………………………..35 4.1.2 去磁終點(D事件) …………………………………………..38 4.1.3 轉換事件(C事件) …………………………………………..44 4.2 同步檢測……………………………………………………49 第五章 直流無刷馬達控制模擬系統………..……………………….52 5.1 簡介………..………………………..………..……………..52 5.2 上升斜坡控制開關與脈衝寬度調節(PWM)……………54 5.3 馬達與三相端電壓…………………………………………61 5.3.1 馬達的模擬………………………………………………….60 5.3.2 三相端電壓………………………………………………….69 5.4 零交越點檢測和事件轉換…………………………………..81 5.5 PI控制器……………………………………………………86 5.6 有感測器的系統模擬……………………………………..…88 第六章 模擬與實驗結果……………………………………..……….89 6.1 硬體系統介紹…………………………………………....…88 6.2 啟動同步測試……………………………………..………..91 6.3 穩態響應………………………………………………....…93 6.4 暫態響應………………………………………………..…104 第七章 結論與建議……………………………………..…………...107 參考文獻……………………………………..………….............................109 附錄……………………………………..………………………………….111 作者簡介……………………………………..…………………………….154

參考文獻
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