利用迴授線性化實現直接轉矩控制於交流永磁同步馬達

Abstract

直接轉矩控制是以轉矩及磁通量做為輸入命令的一種控制方法，經由控制器的運算直接地求出符合命令 所需的電壓向量。本文中應用迴授線性化控制理論的觀念，針對永磁式交流同步馬達模型，設計轉矩及 磁通量軌跡追蹤控制器，並且考慮到控制器的穩健性來加以補償，避免參數誤差及非預期性干擾所造成 的影響，能夠調整系統保持在穩定的狀態。 另外，利用到適應控制中的方法 MRAC 法則作為速度的外部迴路達成轉速控制，並能即時的估測機械參 數與 外部負載慣量，以避免旋轉機械系統中不準確參數的影響，以增加系統之穩健性，文中將有整個穩 定性的證明 以及對於轉矩控制與轉速控制的實驗結果，作為驗證本文所提出方法的可行性。 且在本文中將以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可行性，以及軟體與硬體設計之正確性。

Direct Torque Control is to use torque and flux magnitude as input commands in the controller,which calculates the voltage vector for the motor. In this thesis, feedback-linearization theory is applied and the robustness is considered in designing the direct torque control law of PMSM.This control scheme can avoid the disturbance from any unpredicted condition, and will still keep the system stable. Besides, adaptive MRAC law will be also applied in speed tracking control. Since control scheme can immidiately estimate the mechanical parameters of the motor and the extra unknown load, the exact machanical parameters are not necessarity known. The proof of stability and the experiment results are presented in this paper. The simulations and experiments of the control structure will be implemented by C language with PC-based hardware. The results of simulations and experiments will verify the validity and practice of this technique. 英文摘要 目錄 圖例目錄 表例目錄 第一章 緒論 1.1 研究的背景與動機 1.2 研究的目的與方法 第二章 文獻回顧 2.1 DTC的理論與應用 2.1.1 建立電壓向量切換表實現DTC 2.1.2 直接定子磁場導向控制利用PI控制器 2.1.3 直接計算式計算電壓向量 2.2 DTC特性分析結果 第三章 永磁交流同步馬達的數學模型 3.1 座標轉換 3.1.1 三軸與二軸間的轉換 3.1.2 二軸靜止與同步間的轉換 3.2 永磁交流同步馬達的動態數學模型 第四章 直接轉矩控制利用電壓向量切換表的原理與應用 4.1 電壓空間向量 4.2 電壓向量切換表在PMSM上的應用 4.2.1 磁通大小的控制 4.2.2 旋轉磁通的控制 4.2.3 控制方法的實現 第五章 直接轉矩控制利用迴授線性化的原理與應用 5.1 迴授線性化控制在交流永磁同步馬達上的應用 5.1.1 轉矩追蹤誤差分析 5.1.2 轉矩追蹤誤差穩定性分析 5.1.3 磁通大小追蹤誤差分析 5.1.4 磁通大小追誤差穩定性分析 5.2 迴授線性化在交流永磁同步馬達上的實現 5.2.1 電壓向量的計算 5.2.2 控制方法的實現 5.3 適應控制MRAC控制法則應用於轉速控制 5.3.1 適應控制法則MRAC在轉速控制上的應用 5.3.2 適應控制穩定性分析 5.3.3 直接轉矩控制結合適應控制法則MRAC實現轉速控制 第六章 模擬結果 6.1 直接轉矩控制的模擬流程 6.1.1 電壓向量切換表的模擬流程 6.1.2 迴授線性化的模擬流程 6.2 電壓向量切換表之模擬例題Ⅰ 6.3 迴授線性化法之模擬例題Ⅱ 第七章 實驗系統與實驗結果 7.1 週邊介面電路之簡介 7.1.1 編碼器 7.1.2 電流檢測電路 7.1.3 數位訊號介面卡 7.1.4 類比訊號介面卡 7.2 PWM波產生器之簡介 7.3 功率及之簡介 7.4 實驗結果 7.5 直接轉矩控制結合加速度迴授估測法實現轉速控制 第八章 總結 附錄A 交流永磁同步馬達參數鑑定 A.1 電氣系統的參數鑑定 A.2 機械系統的參數鑑定 A.3 鑑定結果