採用功率擾動之每安培最大轉矩控制內藏式永磁同步馬達驅動器之研製

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陳仕堯(Shih-Yao Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

採用功率擾動之每安培最大轉矩控制內藏式永磁同步馬達驅動器之研製
(A Power Perturbation Based MTPA Control for IPMSM Drive System)

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摘要(中)

本論文主要研究目的為開發新型每安培最大轉矩控制法應用於內藏式永磁同步馬達驅動系統以改善馬達效率，並藉由加入改良型干擾轉矩觀測器改善在週期性變動負載干擾下的速度響應。新型每安培最大轉矩控制法是基於磁場導向控制法發展，藉由訊號注入的概念將訊號注入至電流角度上造成功率擾動進而提供電流角度讓馬達運行在最佳操作點上。為了讓馬達有良好強健性，加入線上參數調整以及利用最小平方估測法進行即時的馬達參數估測，再利用改良型的干擾轉矩觀測器提供前饋補償控制力。本文所提出的每安培最大轉矩控制法不僅不會受到馬達參數變化的影響，也能夠改善無法在低速或馬達剛啟動時無法運行每安培最大轉矩控制法的困境，也能夠獨立於馬達電壓電流雜訊的影響。此外，藉由結合干擾轉矩觀測器，可改善傳統僅使用比例-積分速度控制器在外部負載擾動時之動態性能。另一方面，本論文亦提出利用改良型Elman類神經網路控制器取代傳統速度控制器，並保有良好的速度響應。最後利用微芯公司所生產之數位訊號處理器實現內藏式永磁同步馬達驅動系統，在測試平台上初步實測並驗證其功能，並由模擬結果及實驗結果中可以驗證在負載轉矩干擾下擁有良好的速度響應。

摘要(英)

A novel maximum torque per ampere (MTPA) method based on power perturbation for a field-oriented control (FOC) interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) drive system is proposed in this study. Moreover, to enhance the robustness of the control system, a real-time design scheme for the integral-proportional (IP) controller using recursive least square (RLS) estimator with disturbance torque feedforward control is developed, and the disturbance torque is obtained from an improved disturbance torque observer with online parameters updated. The proposed MTPA method, which is parameter independent and can improve the motor operation at low-speed or approaching to zero speed, is designed based on the power perturbation resulted from the signal injection in the current angle. Furthermore, the influence of current and voltage harmonics to the MTPA control also can be eliminated effectively. On the other hand, utilizing the improved Elman neural network (ENN) for the purpose of good performance of control strategy under a cyclic fluctuating load is proposed in this study. Finally, some experimental results using a prototype IPMSM drive system based on a low price digital signal processor (DSP) are presented. From the experimental results, the proposed control approach can guarantee the speed loop control performance even under a cyclic fluctuating load.

關鍵字(中)

★ 永磁同步馬達
★ 每安培最大轉矩控制
★ 干擾轉矩觀測器
★ 參數鑑別
★ Elman類神經網路

關鍵字(英)

★ Permanent magnet synchronous motor
★ Maximum torque per ampere control
★ Disturbance torque observer
★ Parameter identification
★ Elman neural network

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 文獻回顧與簡介 3
1-3 論文大綱 5
第二章內藏式永磁同步馬達變頻驅動器硬體介紹 7
2-1 前言 7
2-2 馬達變頻驅動系統 7
2-3 改良式磁粉式煞車 8
2-4 變頻驅動控制電路板 9
2-5 數位訊號處理器 13
第三章內藏式永磁同步馬達數學模型及電磁轉矩方程式 17
3-1 前言 17
3-2 內藏式永磁同步馬達數學模型 19
3-2-1 座標轉換 19
3-3 內藏式永磁同步馬達在abc座標系下之數學模型 22
3-4 內藏式永磁同步馬達在αβ座標系下之數學模型 24
3-5 內藏式永磁同步馬達在d-q座標系下之數學模型 27
3-6 凸極式反電動勢定義 29
第四章功率型每安培最大轉矩控制 32
4-1 前言 32
4-2 每安培最大轉矩控制 33
4-3 基於訊號注入法之每安培最大轉矩控制 35
4-4 功率型每安培最大轉矩控制 37
第五章基於每安培最大轉矩控制之改良型干擾轉矩觀測器 43
5-1 前言 43
5-2 參數估測法與速度迴路控制器設計 44
5-3 干擾轉矩補償觀測器 46
5-4 改良型干擾轉矩觀測器 47
第六章改良型Elman 類神經控制器結合功率型每安培最大轉矩控制 49
6-1 前言 49
6-2 改良型Elman類神經網路架構 50
6-3 改良型Elman類神經網路線上學習法則 52
第七章模擬與實驗結果 54
7-1 前言 54
7-2 設計 55
7-3 功率型每安培最大轉矩控制模擬 57
7-3-1 功率型每安培最大轉矩控制相位關係 59
7-4 遞迴最小平方參數估測及速度控制器設計模擬 61
7-5 功率型每安培最大轉矩控制結合改良型干擾轉矩觀測器模擬 64
7-6 改良型Elman類神經控制器結合功率型每安培最大轉矩控制模擬 68
7-7 改良型Elman類神經控制器與傳統控制器控制響應比較 70
7-8 功率型每安培最大轉矩控制實驗結果 73
7-8-1 功率型每安培最大轉矩控制與磁場導向控制效率比較 76
7-9 遞迴最小平方參數估測法及線上速度控制器參數設計實驗結果 80
7-10 結合功率型每安培最大轉矩控制及改良型干擾轉矩觀測器實驗結果 83
第八章結論與未來研究方向 86
參考文獻 87
作者簡歷 91

參考文獻

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指導教授

林法正(Faa-Jeng Lin)

審核日期

2016-8-25

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