永磁同步馬達模型建立與控制

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：96

、訪客IP：18.116.85.102

姓名

羅聲喨(Shen-Liang Lo) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系在職專班

論文名稱

永磁同步馬達模型建立與控制
(Permanent Magnet Synchronous Motor Modeling and Control)

相關論文

★ 影像處理運用於家庭防盜保全之研究	★ 適用區域範圍之指紋辨識系統設計與實現
★ 頭部姿勢辨識應用於游標與機器人之控制	★ 應用快速擴展隨機樹和人工魚群演算法及危險度於路徑規劃
★ 智慧型機器人定位與控制之研究	★ 基於人工蜂群演算法之物件追蹤研究
★ 即時人臉偵測、姿態辨識與追蹤系統實現於複雜環境	★ 基於環型對稱賈柏濾波器及SVM之人臉識別系統
★ 改良凝聚式階層演算法及改良色彩空間影像技術於無線監控自走車之路徑追蹤	★ 模糊類神經網路於六足機器人沿牆控制與步態動作及姿態平衡之應用
★ 四軸飛行器之偵測應用及其無線充電系統之探討	★ 結合白區塊視網膜皮層理論與改良暗通道先驗之單張影像除霧
★ 基於深度神經網路的手勢辨識研究	★ 人體姿勢矯正項鍊配載影像辨識自動校準及手機接收警告系統
★ 模糊控制與灰色預測應用於隧道型機械手臂之分析	★ 模糊滑動模態控制器之設計及應用於非線性系統

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本論文係以個人電腦為基礎來設計永磁同步馬達(PMSM)模型建立與控制，首先利用交流電機磁場導向控制理論(FOC)推導永磁同步馬達的數學模型，接著用座標系統轉換與解偶控制做到方程式的化簡。模型建立主要採用MATLAB/Simulink、Psim軟體工具來設計，並發展而建立一個原型化的實驗平台，並在此平台上進行控制設計、理論模擬及驅動驗證。
控制器設計方面，在電流和轉速的回授控制迴路中除了使用比例-積分(PI)控制器並且加入控制補償器方式來改善系統響應效能外，另外加入模糊PI控制器方法，調整kp、ki，最後針對Fuzzy的模糊推理系統(FIS)非線性部分，將採用雙前饋式類神經網路(DFNN)速度PI控制器，並使用尺規因素(scaling factors) 參數調整方式，其調整FIS非線性部分更為平順，最後模擬結果，具有快速響應及抗干擾的優良特性。
驅動器模型建立的目標是要得到減少驅動器的轉矩及速度漣波之影響，採用2種變頻調變方式技術，弦波脈波寬度調變(SPWM)，空間向量脈波寬度調變(SVPWM)方法，比較與驗證，最後在這個原型化的實驗平台完成馬達系統測試。

摘要(英)

This study is PC-based to design Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) Modeling Establish and Control. First, the mathematical model of a PMSM motor is derived by the field-oriented control (FOC) theory and then the mathematical model is simplified via the decoupling control and coordinate transformation.
Software module tools such as MATLAB/Simulink and PSIM are used to design and establish an experimental platform with model prototyping.
The design, simulation and implementation of the driver control can be carried out on this platform.
In the controller design, in additional to using proportional and integral (PI) controller in current and speed feedback loop control, another way to improve performance of the system response is by adding a control compensator. Subsequently, the method of fuzzy PI controller is used to adjust kp and ki. The dual feedforward artificial neural network (DFNN) speed PI controller and scaling factors to adjust it smoothly are used for the nonlinear part of the Fuzzy Inference System (FIS). Finally, the simulation results with fast response and excellent in anti-interference features are given.
The aim of this driver modeling is to get the driver to reduce ripples of the torque and speed by using two kinds of frequency modulation models. These are sinusoidal width modulation (SPWM), and space vector pulse width modulation (SVPWM) methods used to compare and verify the result of simulation.

關鍵字(中)

★ 永磁同步馬達
★ 磁場導向控制
★ 模糊PI控制
★ 前饋式類神經網路
★ 空間向量脈波寬度調變

關鍵字(英)

★ PMSM
★ Field-Oriented-Control
★ Fuzzy PI Control
★ Feedforward Artificial Neural Networks
★ SVPWM

論文目次

摘要……………………………………………………………………………………………………………………………i
Abstract……………………………………………………………………………………………………………ii
致謝………………………………………………………………………………………………………………………iii
目錄…………………………………………………………………………………………………………………………iv
圖目錄………………………………………………………………………………………………………………………vi
表目錄…………………………………………………………………………………………………………………………x
符號列表……………………………………………………………………………………………………………………xi
第一章緒論……………………………………………………………………………………………………………1
1.1 研究動機……………………………………………………………………………………………………………1
1.2 研究背景……………………………………………………………………………………………………………2
1.3 文獻探討……………………………………………………………………………………………………………3
1.4 研究結果與貢獻………………………………………………………………………………………………4
1.5 論文架構……………………………………………………………………………………………………………4
第二章永磁同步馬達模型建構與問題描述……………………………………………………6
2.1 永磁同步馬達之數學模型………………………………………………………………………………6
2.2 永磁同步馬達之模型建立及模擬………………………………………………………………13
2.2.1 座標轉換模型建立…………………………………………………………………………13
2.2.2 永磁同步馬達D-Q模型建立…………………………………………………………15
2.3 模型架構問題描述…………………………………………………………………………………………17
2.4 永磁同步馬達雙迴路控制器設計………………………………………………………………18
2.4.1 電流迴路及解偶控制器設計………………………………………………………19
2.4.2 電流迴路控制模擬…………………………………………………………………………23
2.4.3 速度迴路控制器設計……………………………………………………………………25
2.5 速度迴路控制器問題探討及改良策略………………………………………………………28
2.5.1 運用估測負載轉矩改善馬達控速性能………………………………………28
2.5.2 馬達速度PI控制器性能調整與2-DOF前饋補償控制
器…………………………………………………………………………………………………………30
第三章智慧型控制理論之設計與模擬…………………………………………………………………34
3.1 模糊理論……………………………………………………………………………………………………………34
3.1.1 模糊PID控制器設計………………………………………………………………………36
3.2 類神經網路理論基礎………………………………………………………………………………………40
3.2.1 單一前饋式類神經網路PI速度控制器………………………………………42
3.2.2 雙前饋式類神經網路PI速度控制器……………………………………………44
第四章永磁同步馬達驅動設計與模擬…………………………………………………………………50
4.1 前言………………………………………………………………………………………………………………………50
4.2 變頻器架構…………………………………………………………………………………………………………50
4.3 弦波脈波寬度調變(SPWM)技術……………………………………………………………………53
4.4 空間向量脈波寬度調變(SVPWM)技術…………………………………………………………55
4.5 空間向量脈波寬度調變(SVPWM)模型建立與模擬……………………………………68
第五章永磁同步馬達模型整合模擬及討論…………………………………………………………74
5.1 永磁同步馬達之弦波脈波寬度調變變頻器(Inverter)驅動模型實
現……………………………………………………………………………………………………………………………74
5.2 永磁同步馬達之空間向量脈波寬度調變變(Inverter)驅動模型實
現……………………………………………………………………………………………………………………………79
第六章結論與未來工作……………………………………………………………………………………………82
參考文獻…………………………………………………………………………………………………………………………84
附錄…………………………………………………………………………………………………………………………………88

參考文獻

[1] 高效率馬達節能應用技術/鄭詠仁博士機械所/工研院。
[2] 陳泓傑，“直接轉矩控制於永磁同步馬達之轉矩漣波改善研究” 中央大學電機
所碩士論文，民國96 年7 月。
[3] MUHAMMAD H.RASHID,POWER ELECTRONICS HANDBOOK”,
“Inverters”,“Motor drives”,pp.183~196, pp.663~727 ACADEM
PRESS.
[4] 劉昌煥編著，交流電機控制第2 版，東華書局，中華民國92年5月版。
[5] 林法正、魏榮宗和著，電機控制，滄海書局，民國91年4月初版。
[6] R.Krishnan,廖東成,王順源譯,”電動機控制 ELECTRIC MOTOR DRIVES
Modeling,Analysis and Control”,學銘圖書,2009年8月,初版。
[7] K. Vinoth Kumar, Prawin Angel Michael, Joseph P. John
and Dr. S. Suresh Kumar ,” SIMULATION AND COMPARISON OF
SPWM AND SVPWM CONTROL FOR THREE PHASE INVERTER “, ARPN
Journal of Engineering and Applied Sciences VOL. 5, NO.
7, JULY 2010.
[8] Seema Chopra, Ranajit Mitra, and Vijay Kumar,” Reduction
of Fuzzy Rules and Membership “, International Journal
of Control, Automation, and Systems, vol. 4, no. 4, pp.
438-447, August 2006.
[9] Xianqing Cao, Meng Bi,“Self-Tuning Fuzzy PI+PD
Controller for PMSM Servo System”, Proceedings of the
IEEE International Conference on Automation and
Logistics Shenyang, China August 2009.
[10]Mavungu Masiala, Student Member, IEEE, Behzad Vafakhah,
Student Member, IEEE, John Salmon, Member, IEEE, and
Andrew M. Knight,85 Senior Member, IEEE,“Fuzzy Self
Tuning Speed Control of an Indirect Field-Oriented
Control Induction Motor Drive”,IEEE Transactions On
Industry Applications vol. 44, no. 6,November/December
2008.
[11]Y. Shen, D. Wu, and Z. Ji, "Model Reference Fuzzy
Adaptive Control of Permanent Magnet Synchronous Motor,"
in Control Conference, 2006.CCC 2006. Chinese, 2006, pp.
1522-1527.
[12]F. J. Lin and S. L. Chiu, "Adaptive Fuzzy Sliding-Mode
Control for PM Synchronous Servo Motor Drives," Control
Theory and Applications, IEEE Proceedings -, vol. 145,
pp. 63-72, 1998.
[13]W.D. Chang, J.J. Yan, J.L. Chen, "On-line PID
Controller Design via a Single Auto-tuning Neuron".
[14]Ieroham S. Baruch, Carlos R. Mariaca-Gaspar, Irving
Pavel de la Cruz A., and Oscar Castillo,"Direct Torque
Adaptive Vector Neural Control of a Three-Phase
Induction Motor," Neural Networks (IJCNN), The 2010
International Joint Conference on,pp.1~8,2010.
[15]趙健利,“永磁同步馬達智慧型控制之研究”,中央大學電機所碩士論文,民國
101 年7 月。
[16]Mituhiko Araki and Hidefumi Taguchi,“Two-Degree-of-
Freedom PID Controllers” International Journal of
Control, Automation, and Systems Vol. 1, No. 4, December
2003.
[17]張道弘,“PID控制理論與實務”,全華圖書,民國86年1月。
[18]Umesh Kumar Bansal, Rakesh Narvey,“Speed Control of DC
Motor Using Fuzzy PID Controller”,Advance in Electronic
and Electric Engineering, “Inverters”,ISSN 2231-1297,
Volume 3, Number 9 (2013), pp.1209-1220.
[19]Jiang, S.; Liang, J. ; Liu, Y.; Yamazaki, K.; Fujishima,
M.,” Modeling and cosimulation of FPGA-based SVPWM
control for PMSM”, 31st Annual Conference of IEEE,
Industrial Electronics Society,2005.
[20]Gupta, N.P. ; Gupta, P.,”Performance analysis of direct
torque control of of PMSM drive using SVPWM
inverter”IEEE Trans. Power Electronics, pp.1~6 2012.
[21]Ting-ting Liu ; Yu Tan ; Gang Wu ; Shu-mao Wang,
”Simulation of PMSM Vector Control System Based on
Matlab/Simulink”,Measuring Technology and Mechatronics
Automation, vol. 12 no.4 pp.343~346 2009.
[22]FUJITSU Cortex M3,”Space Vector Pulse Width
Modulation”,AN706.
[23]Microchip,”Using the dsPIC30F for Vector Control of an
ACIM” AN908.
[24]蘇裕新, “全數位化永磁同步馬達之直接轉矩控制驅動器研製”,中央大學電
機所碩士論文，民國96 年7 月。
[25]PSIM User’s Guide Version 6.0。
[26]李宜達,“控制系統設計與模擬“,使用MATLAB/SIMULINK,全華圖書,200年2
月。
[27]張建章,“視窗化馬達驅動器開發平台之設計”, 逢甲大學電機工程學系碩士論
文,民國92年5月。
[28]張國明,“永磁式馬達驅動器於電子式重量訓練機之設計與製作”,逢甲大學電機
工程學系在職專班碩士論文, 民國98年6月。
[29]羅銘翔, “永磁同步馬達調速驅動系統於跑步機之研製”,國立成功大學電機工
程學系碩士論文，民國96年7月。
[30]Texas Instruments,”Digital Signal Processing Solution
for AC Induction Motor" Application Note BPRA043.
[31]Texas Instruments Europe,” Field Orientated Control of
3-Phase AC-Motors”,Literature Number: BPRA073,1998.
[32]Deepak M.Sajnekar, Dr. S.B.Deshpande, Dr.R.M.Mohri,
”Comparison of Pole Placement & Pole Zero Cancellation
Method for Tuning PID Controller of A Digital Excitation
Control System” ,International Journal of Scientific and
Research Publications, Vol.3 , Issue 4, April 2013.
[33]Seiya Abe, Toshiyuki Zaitsu, Satoshi Obata,Masahito
Shoyama and Tamotsu Ninomiya, “Pole-Zero-Cancellation
Technique for DC-DC Converter”.
[34]周鵬程,“遺傳演算法與應用,活用MATLAB”,全華圖書,2005年,3月。
[35]王文浚,“認識FUZZY”,全華圖書,2005年6月第三版。
[36]Hui-ying Dong,Wen-guang Li,“Design and Simulation
Fuzzy-adaptive PI Controller Based on MRAS”, 2010 Sixth
International Conference on Natural Computation (ICNC
2010).
[37]蔡明發,“交流馬達控制模擬及其空間向量波寬調變SIMULINK模擬方式之建
立”,明新科技大學電機工程系。

指導教授

鍾鴻源(Hung-Yuan Chung)

審核日期

2014-8-25

推文