簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 施予中
Yu - Chung Shih
論文名稱： 直流馬達PWM驅動與摩擦效應之建模與辨識
Modeling and Identification of PWM Driving and Friction Effects for DC Motors
指導教授： 高維文
Wei-Wen Kao
口試委員: 林紀穎
Chi-Ying Lin
陳亮光
Liang-kuang Chen
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 116
中文關鍵詞： 動態模型 、直流有刷馬達 、摩擦效應 、脈波寬度調變 、模型辨識 、電流釋放效應
外文關鍵詞： Model identification, PWM, Friction effect, Brushed DC motor, Dynamic modeling, Current dissipation delay.
相關次數： 點閱：173  下載：9 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 在日常生活中各個角落都有馬達的蹤影，而工業用的馬達要如何做到更有效率的精密控制將必須受到重視與深入探討。本論文主要是以Matlab 程式建立動態模型來模擬與辨識實際的直流有刷馬達種種的非線性物理特性與行為為目標，實驗過程中考慮馬達於負載下運轉時的摩擦力種類與產生的摩擦效應，動態模型的辨識範圍包括脈波寬度調變（Pulse Width Modulator, PWM）、齒輪變速箱負載產生的摩擦效應、馬達升速與降速過程等，特別是降速過程的模型辨識。
    摩擦效應除了有庫倫摩擦、黏滯摩擦，同時亦將Stiction 摩擦與極低轉速下所產生的Stribeck 效應納入考量，當馬達轉速遞減到極低速時，本論文的動態模型仍然能夠辨識Stribeck 效應，並有通用的數學方程式可以充分描述降速過程的速度曲線。
    本論文實驗所使用的馬達驅動器，其應用於馬達速度控制，降速過程可分為Coast 與Brake 兩種模式，本論文特別針對Coast 模式所衍伸出的電流釋放效應深入探討，同時動態模型亦能辨識此效應。

    Motors are almost everywhere in our daily life. It’s important to research how to control the industrial motors precisely and more efficiently. This paper focuses on the goal to identify the non-linear physical features of brushed DC motors by using the MATLAB to simulate the dynamic model. During the experiments, different kinds of friction and friction effects are considered while the motors work under the load. The models identified include PWM (Pulse Width Modulator), the friction effects generated by the load of gear box load, and the delay effects produced by the transistor current dissipation during deceleration process.
    In addition to coulomb friction and viscous friction, the Stribeck friction effect which is generated under very low speed is considered. The friction model is applicable even when the motors’ speed down to very low speed. This paper also has general equations to describe the velocity response during the deceleration.
    The PWM motor driver used to control the motor speed in this thesis offers two modes in the deceleration process, including Coast and Brake. This thesis focuses on the current release effect during the Coast mode and developed a model that can identify the effect.

    目錄 摘要...................................................... I Abstract................................................. II 致謝.................................................... III 目錄..................................................... IV 圖目錄................................................... VII 表目錄................................................... XII 第一章 緒論................................................ 1 1.1 前言.................................................. 1 1.2 研究動機與方法.......................................... 2 1.3 文獻回顧............................................... 3 1.4 論文架構............................................... 4 第二章 直流有刷馬達簡介....................................... 5 2.1 結構與原理............................................. 6 2.2 反電動勢的產生.......................................... 7 2.3 建立數學模式........................................... 10 2.3.1 Stiction 摩擦模型................................... 13 2.3.2 Coulomb 摩擦模型.................................... 14 2.3.3 Viscous 摩擦模型.................................... 15 2.3.4 Stribeck 效應...................................... 16 第三章 PWM 與馬達驅動....................................... 20 3.1 脈波寬度調變........................................... 20 3.2 馬達驅動與轉向控制...................................... 21 3.2.1 簡易的控制電路....................................... 21 3.2.2 加入邏輯控制......................................... 23 3.2.3 PWM 的實際實現...................................... 26 3.2.4 加入PWM的動態模型.................................... 28 3.3 電流釋放效應........................................... 32 第四章 參數估測與實驗方法.................................... 36 4.1 理論估測法............................................ 36 4.2 實驗估測步驟........................................... 39 第五章 實驗系統架構......................................... 42 5.1 系統架構.............................................. 42 5.2 硬體設備.............................................. 42 5.2.1 自走車與DC馬達....................................... 42 5.2.2 微控制器............................................ 44 5.2.3 馬達驅動器.......................................... 46 5.2.4 光學編碼器.......................................... 50 5.3 軟體設備.............................................. 51 5.3.1 Arduino 程式開發環境................................. 51 5.3.2 其他程式軟體......................................... 52 5.4 系統架構整合........................................... 53 第六章 實驗結果與討論....................................... 56 6.1 參數估測結果........................................... 56 6.2 馬達模擬結果........................................... 68 6.3 電流釋放實驗結果........................................ 83 第七章 結論與未來展望....................................... 96 7.1 成果討論.............................................. 96 7.2 未來展望.............................................. 97 參考文獻.................................................. 98

    [1] Ivan Virgala*, Peter Frankovsky, Maria Kenderova,“Friction Effect Analysis of a DC Motor”, American Journal of Mechanical Engineering, 2013, Vol. 1, No. 1, 1-5.
    [2] Ivan Virgala*, Michal Kelemen,“Experimental Friction Identification of a DC Motor”, International Journal of Mechanics and Applications 2013, 3(1): 26-30.
    [3] T. Tjahjowidodo, F. Al-Bender, H. Van Brussel ,” FRICTION IDENTIFICATION AND COMPENSATION IN A DC MOTOR”, Mechanical Engineering Department, Division PMA, Katholieke Universiteit Leuven.
    [4] Armstrong-Helouvry, B., Dupont, P., and Canudas de Wit, C., 1994, “A Survey of Models, Analysis Tools and Compensation Methods for the Control of Machines with Friction,” Automatica, Vol. 30, No. 7, pp. 1083-1138.
    [5] Johnson, C. T. and Lorenz, R. D., 1992, “Experimental Identification of Friction and Its Compensation in Precise, Position Controlled Mechanisms,” IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 28, No. 6, pp. 1392-1398.
    [6] Yang, Y. P. and Chu, J. S., 1993, “Adaptive Velocity Control of DC Motors With Coulomb Friction Identification,” ASME J. of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 115, pp. 95-102.
    [7] Huang, S. J., Yen, J. Y., and Lu, S. S., 1999, “Dual Mode control of a System with Friction,” IEEE Trans. on Control Systems Technology, Vol. 7, No. 3, pp. 306-314.
    [8] Du, H., and Nair, S. S., 1999, “Modeling and Compensation of Low-Velocity Friction with Bounds,” IEEE Trans. on Control Systems Technology, Vol. 7, No. 1, pp. 110-121.
    [9] Chen, Y. Y., Huang, P. Y. and Yen, J. Y., 2002, “Frequency-Domain Identification Algorithms for Servo Systems With Friction,” IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 10, No. 5, pp. 654-665.
    [10] Kim, S-J., Kim, S. Y., and Ha, I. J., 2004, “An Efficient Identification Method for Friction in Single-DOF Motion Control Systems,” IEEE Trans. on Control Systems Technology, Vol. 12, No. 4, pp. 555-121.
    [11] Canudas de Wit, C., Olsson H., Astrom K. and Lischinsky, P., 1995, “A New Model for Control of Systems with Friction,” IEEE Trans. on Automatic Control, Vol. 40, No. 3, pp. 419-425.
    [12] 邱奕範。“命令及摩擦力前饋控制於工具機之研究”。國立成功大學機械工程研究所碩士論文。2002年。
    [13] 林正議。“以微控制器為基礎的智慧型跑步機系統研製”。國立中央大學電機工程研究所碩士論文。2007年。
    [14] 徐英峰。“可變饒性傳動系統之控制器設定”。國立中山大學機械工程研究所碩士論文。2001年。
    [15] 蕭輔智。“基因演算法於線性馬達之精密定位控制”。國立中山大學機械工程研究所碩士論文。2000年。
    [16] 潘亦杰、謝成。“永磁式有刷直流馬達之參數辨識”。1997自動控制研討會論文集pp.265-265。民國88年。
    [17] 李永瑤、吳日華。”有限行程電力機械致動器動態與摩擦參數鑑別”。2005自動控制研討會論文集。2005年。
    [18] 林安。2010年6月。控制系統(上)。台北：超級科技圖書股份有限公司。
    [19] 陳朝光、陳介力、楊錫凱。民國97年8月。自動控制。台北：高立圖書有限公司。
    [20] 謝承達、蕭進松。2007年10月。電機機械。台北：全華圖書股份有限公司。
    [21] 原著者：Benjamin C. Kuo。譯著者：詹魁•賴鑫奎。民國73年1月。數位控制系統。台北：曉園出版社。
    [22] Qik 2s12v10 User's Guide
    [23] 飆機器人，http://www.playrobot.com/cart/index.php
    [24] Ardiuno，http://www.arduino.cc/

    QR CODE