無感測器直流變頻壓縮機驅動系統之研製

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張護繼(Hu-Chi Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

無感測器直流變頻壓縮機驅動系統之研製
(Design and Implementation of Sensorless DC Inverter-fed Compressor Drive System)

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摘要(中)

本論文旨在發展兩種直流變頻壓縮機驅動器之無感測器技術，其一為高頻信號注入法結合換相信號轉速估測法之控制架構，其二為高頻信號注入法結合參考模型適應性控制法之控制架構。兩種控制架構皆以高頻信號注入法為啟動策略，藉此以達成壓縮機弦波啟動之功能，當壓縮機轉速爬升至所設定之轉速下，則系統將切換控制法則至適合應用於中高轉速下之無感測器控制法則，使壓縮機可以運轉至更高的轉速。另外本論文亦提出以智慧型類神經比例微分積分控制器取代傳統比例微分積分控制器來與高頻信號注入法進行結合，藉此進一步提升高頻信號注入法之估測性能。本論文首先介紹空調系統之運作原理，接著會針對高頻信號注入法、換相信號轉速估測法、參考模型適應性控制法，與類神經比例微分積分控制器等原理做詳盡的介紹。本文以PSIM模擬軟體與C語言所撰寫之動態連結檔模擬所提出之直流變頻壓縮機驅動系統控制性能，實作則以dsPIC 型號30F4011之微處理機控制所設計之直流變頻壓縮機驅動器，以驗證所提出架構之可行性。

摘要(英)

The objective of this thesis is to develop two kinds of sensorless DC inverter-fed compressor control scheme. One is the high frequency signal injection method combined with the commutation-signal-based speed estimate method, and the other is the high frequency signal injection method combined with the model reference adaptive control method. Both kinds of control structure use high frequency signal injection method for the start strategy to achieve sinusoidal starting. When the motor speed gradually increases to the preset speed, the driver will switch to the commutation-signal-based speed estimate method or the model reference adaptive control method to achieve higher speed control. Moreover, this thesis proposes PIDNN controller to replace the PI controller which is used in traditional high frequency signal injection method to improve the estimation ability for the rotor flux position. In this thesis, first, the operating principle of air-conditioning system will be discussed. Then, the theories of the high frequency signal injection method, the commutation-signal-based speed estimate method, the model reference adaptive control method, and the PIDNN controller will be introduced in detail. Furthermore, PSIM simulation with C language is used to simulate the developed control architecture. In addition, microprocessor-based Microchip dsPIC30F4011 is adopted to implement the sinusoidal DC inverter drive system to verify the feasibility of the proposed control scheme.

關鍵字(中)

★ 直流變頻驅動系統
★ 磁場導向控制
★ 永磁同步壓縮機
★ 無感測器
★ 高頻信號注入法
★ 換相信號轉速估測法
★ 參考模型適應性控制法

關鍵字(英)

★ high frequency signal injection method
★ PIDNN controller
★ DC inverter-fed compressor system
★ commutation-signal-based speed estimate method
★ model reference adaptive control

論文目次

摘要………………………………………………………………………………I
目錄……………………………………………………………………………IV
圖目錄………………………………………………………………………VII
表目錄………………………………………………………………………XIII
符號列表……………………………………………………………………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 內容大綱………………………………………………………………8
第二章空調系統之介紹……………………………………………………11
2-1前言…………………………………………………………………11
2-2空調系統介紹…………………………………………………………11
2-2-1莫利爾線圖……………………………………………………16
2-2-2能源使用效率之計算…………………………………………18
2-3變頻空調與定頻空調之比較…………………………………………19
2-4控制法則與控制策略…………………………………………………22
2-4-1控制策略簡介…………………………………………………22
2-4-2控制法則簡介…………………………………………………25
第三章高頻信號注入法……………………………………………………26
3-1前言……………………………………………………………………26
3-2永磁同步馬達結構與動態模型介紹…………………………………26
3-3無感測器控制法則與啟動策略分析…………………………………33
3.4高頻信號注入法原理說明……………………………………………36
3-5高頻信號注入法於注入不同電壓信號之特性分析…………………40
第四章弦波驅動直流變頻驅動器之設計…………………………………44
4-1前言……………………………………………………………………44
4-2換相信號轉速估測法原理說明………………………………………45
4-3參考模型適應性控制法原理說明……………………………………52
4-4換相信號轉速估測法與參考模型適應性控制法之比較……………57
第五章類神經比例積分微分控制器控制器………………………………58
5.1前言……………………………………………………………………58
5.2比例積分微分型類神經網路控制器之原理說明……………………59
5.3比例積分微分型類神經網路控制器與傳統比例積分微分控制器應用
於高頻信號注入法之模擬比較……………………………………61
第六章高頻信號注入法結合換相信號轉速估測法與結合參考模型適應性
法之模擬結果………………………………………………………66
6-1前言……………………………………………………………………66
6-2 開迴路啟動法與高頻信號注入法之模擬結果……………………66
6-3高頻信號注入法結合換相信號轉速估測法之模擬結果……………71
6-4高頻信號注入法結合參考模型適應性控制法之模擬結果…………75
6-5 討論…………………………………………………………………79
第七章高頻信號注入法結合換相信號轉速估測法與結合參考模型適應性
法之實作結果………………………………………………………80
7-1 前言…………………………………………………………………80
7-2 直流變頻驅動系統硬體介紹………………………………………80
7-3 實作結果……………………………………………………………87
7-3-1比例積分微分型類神經網路控制器與傳統比例積分控制器應
用於高頻信號注入法之實作比較……………………………87
7-3-2高頻信號注入法結合換相信號轉速估測法實作……………91
7-3-3 高頻信號注入法結合參考模型適應性控制法實作…………97
7-4 討論…………………………………………………………………104
第八章結論與未來實驗規劃………………………………………………107
8-1 結論……………………………………………………………107
8-2 未來實驗規劃…………………………………………………108
參考文獻……………………………………………………………………R-1
作者簡歷……………………………………………………………………R-6

參考文獻

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指導教授

林法正(Faa-Jeng Lin)

審核日期

2010-7-27

推文