無運動感測器之混合馬達控制

Abstract

高性能伺服控制電動機是高速、高精密度 自動化機械之基礎.由於以伺服控制的交流馬 達必須仰賴正確的位置與速度回饋訊號,馬達 轉軸上常須另外安裝如光學編碼器、速度計、 轉角分解器、同步轉角計等各類運動感測器. 在很多工業應用上,這些運動感測器都有太貴 、太大、太重、太脆弱易壞等缺點.因此,最好 能以某種便宜、準確、可靠、而且不占空間的 感測器去取代這些運動感測器.由於電動機除 了被當做致動器(馬達)來使用之外,很多運動感 測器事實上也是電動機的一種,例如速度計是 一種直流電動機,而轉角分解器和同步轉角計 都是交流電動機,因此以電動機同時來當做致動器以及它本身運動的感測器便成為一個很吸 引人的方案了.在本計畫中,我們將運用強韌非 線性觀測器理論來估測交流複合馬達的運動狀 態變數.複合馬達的轉子因為同時具有突出的 齒狀結構以及永久磁鐵,所以同時具有永久磁 鐵以及可變磁阻兩種特性.傳統上複合馬達都 是被當做是步進馬達來使用,但現代以伺服控 制的複合馬達因能在低速時產生大力距輸出, 故常被廠商叫做"直接驅動馬達".在本計畫中, 我們將從量測複合馬達的電機狀態變數、並透 過觀測器來估計馬達轉速及轉角等機械狀態變 數,以達到免運動感測器伺服控制之目的.我們 將針對複合馬達之特性,設計包括魯恩伯格觀 測器、線性化轉換觀測器以及滑模觀測器等各 類線性、非線性及強韌觀測器,並比較和探討 各觀測器的性能,例如穩定性、收斂速度、適 用操作範圍以及對動力模型誤差和量測誤差的 敏感度等問題.這些觀測器和馬達之伺服控制 器結合在一起後之穩定性也將是本計畫要探討 的主要問題之一.最後,這些觀測器之性能都將 接受電腦模擬及硬體實驗之測試,以驗證比較 其優劣.