改善 PDFF 控制器用於永磁同步馬達速度命令追蹤控制之研究

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黃達群(Da-Cyun Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

改善 PDFF 控制器用於永磁同步馬達速度命令追蹤控制之研究
(A Research on Improved PDFF Controller for the Permanent Magnet Synchronous Motor Speed Command Tracking Control)

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摘要(中)

本論文提出使用適應性模糊控制器改善PDFF(Pseudo Derivative Feedback with Feedforward gain)控制器用於永磁同步馬達速度命令追蹤控制時的追蹤誤差及暫態響應，另一方面，本論文也分別比較使用補償式模糊控制器及參數調整式模糊控制器這兩種改善PDFF控制器的方法之速度追蹤性能。
傳統磁場導向控制法一般是藉由調節比例積分(Proportional Integral, PI)控制器來達到馬達速度及位置控制，PI控制器具有簡單的演算法及傑出的暫態響應的優點，但容易造成過調量和低直流剛性，因此偽微分反饋控制(Pseudo Derivative Feedback, PDF)控制器被提出來改善PI控制器的缺點，它無過調量且高直流剛性，但由於暫態響應慢，所以在很多應用場合被大幅的限制，而PDFF控制器的特色為可以透過調整前饋增益，等同於PI控制器或PDF控制器，所以可獲得彈性的暫態響應。
為了增強PDFF控制器的速度命令追蹤性能，本論文利用適應性模糊控制器控制輸入至PDFF控制器的速度誤差，並且藉由梯度下降法推導適應控制律，讓模糊控制器的規則可以線上即時更新，改善模糊控制器不具學習能力的缺點，最後藉由TMS320F28335 數位訊號處理器(DSP)實作結果及PSIM 模擬結果來實現及驗證所提出的方法。

摘要(英)

A pseudo derivative feedback with feed forward gain (PDFF) controller combined with an adaptive fuzzy controller is proposed in this study in order to improve the speed command tracking error and transient response of a permanent magnet synchronous motor (PMSM). The speed tracking performance attained using two improved versions of the PDFF controller, which incorporate a compensation fuzzy controller and a parameter adjusting fuzzy controller respectively, are also compared in this study.
Traditional field oriented control methods used to control the motor speed or position is generally achieved by adjusting a proportional integral (PI) controller. The PI controller has the advantages of a simple algorithm and excellent transient response, but causes overshoot and low DC stiffness. Therefore, the pseudo derivative feedback (PDF) controller is proposed to improve the aforementioned drawbacks of the PI controller. It has high DC stiffness and no overshoot, but is seriously constrained in many applications due to its slow transient response. The unique feature of the PDFF controller is that it can become a PI or PDF controller by adjusting the feed forward gain. Thus, a flexible transient response can be obtained.
In order to increase the speed command tracking performance of the PDFF controller, an adaptive fuzzy controller is used to control the speed error, which is the input of the PDFF controller. In addition, the adaptive control law is derived by the gradient descent method, thereby enabling the rules of the fuzzy controller to update online in real time; the learning ability drawback of a fuzzy controller is thereby improved in this study. Finally, the proposed methods were implemented in the PSIM simulation and also validated in the digital signal processor (DSP) TMS320F28335 experimental results.

關鍵字(中)

★ PDFF控制器
★ 永磁同步馬達
★ 適應性模糊控制器
★ 補償式模糊控制器
★ 參數調整式模糊控制器
★ 磁場導向控制法
★ 梯度下降法
★ 數位訊號處理器

關鍵字(英)

★ Pseudo derivative feedback with feed forward gain
★ Permanent magnet synchronous motor
★ Adaptive fuzzy controller
★ Compensation fuzzy controller
★ Parameter adjusting fuzzy controller
★ Field oriented control methods
★ Gradient descent method
★ Digital signal processor

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xiv
第一章緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 成果與貢獻 5
1.4 論文結構 6
第二章永磁同步馬達之數學模型及控制原理 7
2.1 永磁同步馬達簡介 7
2.2 永磁同步馬達三相數學模型 9
2.3 座標轉換法及永磁同步馬達d-q軸數學模型 14
2.4 永磁同步馬達控制原理 19
第三章永磁同步馬達控制系統之硬體架構介紹 35
3.1 永磁同步馬達控制系統之硬體架構概述 35
3.2 TMS320F28335數位訊號處理器簡介 36
3.3 TMS320F28335週邊功能介紹 39
3.3.1 脈波寬度調變模組 39
3.3.2 正交編碼器脈衝模組 41
3.3.3 串列週邊介面模組 44
3.3.4 外設中斷擴展模組 45
3.4 永磁同步馬達控制系統之硬體電路及元件簡介 46
3.4.1 數位/類比轉換電路 47
3.4.2 類比/數位轉換電路 49
3.4.3 編碼器之解碼電路 52
3.4.4 脈波寬度調變電壓準位轉換電路 53
3.4.5 電流感測電路 54
3.4.6 智慧型功率晶體模組隔離電路 55
第四章傳統的永磁同步馬達速度控制器分析與比較 58
4.1 永磁同步馬達閉迴路速度控制 58
4.2 比例積分控制器 61
4.3 偽微分反饋控制器 64
4.4 偽微分反饋與前饋增益控制器 67
4.5 離散型PI、PDF及PDFF控制器表示法 72
第五章模糊控制器設計 74
5.1 模糊理論簡介 74
5.2 補償式模糊控制器 74
5.3 參數調整式模糊控制器 78
5.4 適應性模糊控制器 81
第六章結果與討論 86
6.1 永磁同步馬達驅動系統實驗平台 86
6.2 模擬結果 87
6.2.1 傳統控制器之步階速度命令模擬測試 88
6.2.2 加減速速度命令追蹤模擬測試 89
6.3 數位訊號處理器之程式規劃流程 105
6.4 實作結果 107
6.4.1 傳統控制器之步階速度命令實作測試 107
6.4.2 加減速速度命令追蹤實作測試 107
第七章結論與建議 120
7.1 結論 120
7.2 建議 121
參考文獻 122
附錄一 128
附錄二 139

參考文獻

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指導教授

鍾鴻源(Hung-Yuan Chung)

審核日期

2016-7-15

推文