以DSP為基礎之交流馬達運動控制設計

Abstract

本研究是針對馬達通常會遇到的外在干擾(如負載、摩擦力、雜訊等)而影響到控制的精密度，我們使用數位式干擾觀測器(DDOB)於系統中，將觀測器的迴授訊號加於電流命令前，可以使得反應速度更快，更有效的降低外在干擾對系統的影響。前面所述的外在干擾是為系統的一種加法性的變化，所以用DDOB來補償它，當馬達慣量改變時則是為系統的一種乘法性的變化，此時我們應用參數自動調整(auto-tuning)的方法來調整速度迴路中PI控制器的參數值，使系統達到最佳化的效能。在位置迴路上我們使用極點配置的技巧來設計積分器與觀測器來完成一個伺服系統，明顯地比P控制器的嚮應更好，系統頻寬從19.7 Hz上昇至44.9 Hz，可是一有外在干擾加入時，系統頻寬會降至36.5 Hz，於是我們在伺服系統中加入DDOB與auto-tuning來降低干擾，使得系統頻寬會回昇至40.6 Hz。另外我們把DDOB中的估測電流當作監控系統的工具，一方面可以得知負載的變化量，另一方面則用來監控慣量是否有改變，隨時調整控制器的參數。因此由實驗中發現DDOB與auto-tuning確實可以降低外在干擾對系統的影嚮而提高控制的精密度。實作上採用德儀公司生產的TMS320F240 DSP單晶片和鑫鼎公司的驅動器及永磁式同步馬達，整個系統控制都在此DSP裡執行。

The external disturbance is the type of additive variation to the motion system. When the inertia changes, it is the type of multiplicative variation to the motion system. In this thesis, the digital disturbance observer (DDOB) is applied to reduce effects from external disturbance for AC servo motor drives. Parameters of PI controller can be automatically tuned in the velocity loop as the inertia changes. In the position loop, the integrator and the state feedback controller including an observer are applied to the servo system design by using the pole-placement method. Compared with the P controller, the bandwidth is improved form 19.7 Hz to 44.9 Hz. With external disturbance, the bandwidth decreases to 36.5 Hz. Then, the DDOB and auto-tuning technique are applied and the bandwidth is recovered to 40.6 Hz. Moreover, the estimated current from the DDOB can be used to monitor. Both the load variance and the inertia change. All algorithms and experiments are implemented in the developed TMS320F240 DSP motor control system.