以順滑模態為基礎的感應馬達直接轉矩控制系統

Abstract

在本論文中將利用順滑模態技術來進行感應馬達之控制與狀態估測，提出了一順滑模態控制器以直接控制轉子轉矩與轉子磁通振幅平方值使其達到所期望之值。在此將選定一非線性之順滑平面，並設計出馬達定子之參考電壓，以使系統狀態軌跡能產生順滑模態之行為，以達到控制目的。 而由於在實際上轉子磁通值難以量測，因此使用一順滑模態觀測器以估測其值。此外，為了進行轉速之控制，加上了一MRAC速度控制器以產生參考轉矩至順滑模態控制器。 在本文中將以C語言建立模擬架構以進行電腦模擬，並以個人電腦為基礎(PC-Based)，配合硬體電路進行實際系統之硬體實現，而以實驗結果驗證理論之優越性，以及軟體與硬體設計之正確性。

This thesis deals with the problem of using sliding mode technique to control and observethe states of an induction motor.We hope to directly regulate the rotor torque and the square of the rotor flux magnitude to the desired value. Nonlinear sliding surfaces are chosen and stator voltages are derived such that the state trajectories have a sliding mode behavior for driving system to achieve the control objective. Since in practice the rotor fluxes are hard to measure, a sliding mode observer is used to estimate the rotor fluxes.Moreover, we use a MARC speed controller to control the rotor speed. Computer simulations in this thesis are performed using C language.Hardware implementation is based on a PC(Personal Computer) and relative circuits. Finally, experimental results are presented to show the superiority of the proposed theory and the accuracy of the software and hardware design for the experimental system. 英文摘要 ......................................... ii 目錄 ............................................. iii 圖例目錄 ........................................ v 表格目錄 ........................................ vii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 ............................. 1 1.2 研究背景與發展現況 .......................... 2 1.3 論文架構 .................................... 3 第二章 系統架構與設計 5 2.1 感應馬達動態模型 ........................... 5 2.1.1 交流馬達工作原理 ..................... 5 2.1.2 靜止參考座標系之轉換 ................. 5 2.1.3 感應馬達動態電氣方程式 ............... 7 2.2 間接MRAC(Indirect MRAC)速度控制器 .......... 9 2.2.1 MRC速度控制器 ......................... 9 2.2.2 MRAC速度控制器 ....................... 11 2.3 順滑模態控制簡介 ............................ 14 2.4 非線性順滑模態控制器 ........................ 16 2.4.1 順滑平面之選取 ........................ 16 2.4.2 控制輸入之設計 ........................ 18 2.5 順滑模態觀測器 .............................. 20 2.6 順滑模態直接轉矩控制系統 ..................... 25 第三章 電腦模擬結果 27 3.1 程式模擬流程 ............................... 27 3.1.1 RAC速度控制器 ....................... 29 3.1.2 非線性順滑模態控制器 .................. 30 3.1.3 順滑模態磁通觀測器 .................... 33 3.1.4 轉矩計算器 ........................... 37 3.1.5 磁通振幅計算器 ........................ 38 3.1.6 感應馬達模型 .......................... 38 3.1.7 Adams-Bashforth method ................ 39 3.2 模擬程式內容 ............................... 39 3.3 模擬結果 ................................... 40 第四章 實驗系統之實現 51 4.1 硬體電路之實現 ............................. 51 4.1.1 個人電腦(PC) ......................... 52 4.1.2 AD/DA伺服控制卡 ...................... 52 4.1.3 介面電路與功率模組 ................... 54 4.1.4 三相交流感應馬達 ..................... 63 4.2 控制軟體之發展 ............................. 63 4.2.1 主程式流程 ........................... 63 4.2.2 中斷副程式流程 ........... ........... 66 第五章 實驗結果 72 5.1 具有MRC速度控制器之非線性順滑模態控制之實驗結果.73 5.1.1 MRC控制 .............................. 73 5.2 具有MRAC速度控制器之非線性順滑模態控制之實驗結果76 5.2.1 MRAC控制目的1 ........................ 76 5.2.2 MRAC控制目的2 ........................ 79 5.2.3 MRAC控制目的3 ........................ 82 第六章 結論 ...................................... 86 參考文獻 ......................................... 87