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研究生： 蘇裕新
Yu-Sin Sue
論文名稱： 全數位化永磁同步馬達之直接轉矩控制驅動器研製
Analysis and Implementation of digitalized PMSM direct torque control driver
指導教授： 徐國鎧
Kuo-Kai Shyu
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 資訊電機學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 93
中文關鍵詞： 空間電壓向量波寬調變法 、數位訊號微控制器 、直接轉矩控制
外文關鍵詞： space vector pulse width modulation(SVPWM), direct torque control, digital signal microcontroller
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    • 本論文主要在研究具有空間向量脈波寬度調變的直接轉矩控制法來控制永磁同步馬達，並利用數位訊號微控制器（dsPIC）來完成實驗架構，藉著數位訊號微控制器高精確與可靠及不易受溫度變化和雜訊干擾之特性，以實現全數位化永磁同步馬達之驅動器系統。
    傳統直接轉矩控制方法中，受限於輸出只有六個有效與兩個零輸出電壓向量可選擇，無法切換出相當平
    順的弦波電壓供給永磁同步馬達，造成馬達在運轉時轉矩連波
    變大的缺點。因此，本論文針對傳統直接轉矩控制法於馬達運轉時有著轉矩連波較大的問題，採用以空間電壓向量脈波寬度調變的輸出方式，改善傳統選擇電壓向量表無法輸出平順弦波電壓的缺點，進而改善馬達運轉時之轉矩連波等問題。
    本論文所設計的全數位化永磁同步馬達驅動器的實現使用dsPIC30F4011做為整個系統的主要核心，而非文獻一般常用的DSP或FPGA，使得整體驅動系統的開發成本大大地降低，對於經濟效益的成本考量上，本系統的確具有相當高的競爭力。

    This thesis presents a space vector pulse width modulation (SVPWM) direct torque control (DTC) system to control the permanent magnet synchronous motor (PMSM) based on a dsPIC30F4011 digital signal microcontroller. The digitalized PMSM control system was implemented by using dsPIC with advantages such as high precision and reliability. Problems caused by the variation of temperature or noise can be improved.
    Observing traditional direct torque control, because of only six effective and two zero output voltage vector that could be chosen, it is difficult to produce a sinusoidal voltage to permanent magnet synchronous motor. Nonsinusoidal input voltage may result in torque ripple. To overcome the problem, this study proposes Space Voltage Pulse Width Modulation (SVPWM) to reduce the torque ripple.
    To verify the effectiveness of the proposed torque ripple minimization method, a prototype PMSM drive system is built. Experimental results show that the torque ripple is much improved as expected.

    中文摘要………………………………………………….………………I 英文摘要…………………………………………………………………II 目錄……………………………………...……………..……………….III 圖目錄……………………………………………....…………………...V 表目錄…………………………………….……..……….……………...X 符號列表…………………………………….….…………….....……...XI 第一章 緒論 1.1前言………………………………………………...……………1 1.2研究動機與目的…………………….…………...……………...1 1.3內容大綱…….……….…………………………..……………...4 第二章 永磁同步馬達的介紹 2.1 前言………….……………………………..…………………..6 2.2 永磁同步馬達結構特性及運轉原理……….…………..……..6 2.3 向量控制原理……………………...……………..……………7 2.4 永磁同步馬達之數學模型…..……………………...………..12 第三章 全數位化永磁同步馬達之驅動器系統設計與規劃 3.1 前言…………………………………….......………………....21 3.2 全數位化驅動器架構概述………………………...………....22 3.3 硬體架構………………………………….…………………..23 3.3.1 數位訊號微控制器……………………………………25 3.3.2 電源供應電路…………………………………………27 3.3.3 光耦合隔離驅動電路…………………………………29 3.3.4 切換開關與緩衝電路…………………………………31 3.3.5 速度回授單元……………………………...………….33 3.3.6 電流、電壓感測電路……………………………...….35 3.4 軟體設計流程……………….…………………..……………29 第四章 直接轉矩控制法之速度控制 4.1 前言…………….…….……………………………………….42 4.2 直接轉矩速度控制……………….…………………...……...42 4.3 磁通與轉矩之控制……………….....……………………......45 4.3.1 磁通之控制………………..……………..……………46 4.3.2 轉矩之控制…………………………………….……...47 4.3.3 切換向量表之選擇……………………………………48 4.4 模擬與實驗結果……………………………………………...49 4.5 結論與討論……………………………...……………………70 第五章 改良型直接轉矩控制法之速度控制 5.1 前言…………………………………………………………..71 5.2 轉矩磁通控制器…………………………………….……….72 5.3 空間電壓向量波寬調變策略……………………….……….73 5.4 模擬與實驗結果…………………………………….……….79 第六章 結論與展望 參考文獻………………………………………………………..………88 附錄A ..……………………………….…………………….………….90 附錄B………………………………………………………….……….91 附錄C……………………………………………………….………….92 作者簡介………………………………………………………………..93

    [1]T. A. Lipo, “Recent progress in the development of solid-state AC motor drives,” IEEE Trans. Power Electronics, vol. 3, no. 2, pp. 105-117, April 1988.
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    [15]dsPIC30F Family Reference Manual Datasheet。
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    [17]Microchip dsPIC30F4011/4012 Data Sheet High Performance Digital Signal Controllers。
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