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系統識別號 U0002-0502201820573100
中文論文名稱 直流無刷馬達之模糊PD控制器設計
英文論文名稱 Design of Fuzzy PD Controller for Brushless DC Motor
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 106
學期 1
出版年 107
研究生中文姓名 徐麗雅
研究生英文姓名 Li-Ya Hsu
學號 703440106
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2018-01-15
論文頁數 42頁
口試委員 指導教授-翁慶昌
委員-蘇國和
委員-翁慶昌
委員-劉智誠
中文關鍵字 模糊理論  PD控制器  直流無刷馬達  可程式規劃系統晶片 
英文關鍵字 Fuzzy Theory  PD Controller  Brushless DC Motor  SOPC 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 本論文提出一個模糊PD控制方法來控制直流無刷馬達,使其能適應不同環境而達到期望之要求。本論文利用模糊方法來調變改善PD控制器之參數KP與KD,使其具有適應性功能。模糊控制器為二輸入與二輸出型式,輸入變數為位置誤差e及誤差變化量Δe,二組輸出變數為KP及KD。本論文利用模糊調變PD控制參數於實際直流無刷馬達控制上,經實驗過後得知,模糊PD控制較傳統PD控制,擁有適應性的參數調整、與較佳的控制特性。因此,本文設計之模糊PD控制器,有效改善PD控制器反應速度過慢造成控制效果不佳的問題。未來,在面對系統具有不確定性、時變性和非線性等複雜狀態時,模糊PD控制更能提供傳統PD控制器無法達到的成果。
英文摘要 In this thesis, a fuzzy PD control method is proposed to control brushless DC motor so that it can adapt to different environments and meet the expectations of the request. In this thesis, a fuzzy method is proposed to modify and improve the parameters KP and KD of the PD controller so that it has adaptability. Two-input-and-two-output fuzzy system is considered, where the two input variables are position error (e) and change of error (Δe) and the two output variables are KP and KD. We use the fuzzy modulation PD control parameters to control the actual brushless DC motor. In the experiments, we know that the fuzzy PD control has more adaptive parameters adjust and better control effect than the traditional PD control. Therefore, the fuzzy PD controller designed in this paper can effectively improve the poor control effect caused by the slow response of the PD controller. In the future, fuzzy PD control can provide the unattainable results of the traditional PD controller in the face of complex states such as system uncertainty, time-varying and non-linearity.
論文目次 目錄
目錄 I
圖目錄 III
表目錄 V
第一章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 論文架構 2
第二章 直流無刷馬達 3
2.1 直流無刷馬達結構 3
2.2 直流無刷馬達換相原理 5
2.3 直流無刷馬達驅動方式 7
第三章 模糊PD控制器 13
3.1 模糊控制系統 13
3.2 模糊PD控制器設計 15
第四章 軟硬體共同設計實現 21
4.1 軟硬體共同設計 21
4.2 實驗平台 23
4.3 控制器設計實現 29
第五章 實驗結果 35
5.1 單點位置控制實驗 35
5.2 連續多點位置控制實驗 37
第六章 結論與未來展望 39
6.1 結論 39
6.2 未來展望 40
參考文獻 41


圖目錄
圖2.1、直流無刷馬達基本電路圖 5
圖2.2、直流無刷馬達的反電動勢波形 6
圖2.3、霍爾感測器輸出信號 7
圖2.4、以弦波電壓PWM驅動之(a)相電壓波形以及(b)線電壓波形 8
圖2.5、BLDC驅動電路圖 8
圖2.6、馬達正轉之霍爾感測器訊號與MOSFET導通方式 9
圖2.7、馬達反轉時霍爾感測器訊號與MOSFET導通方式 11
圖2.8、加入PWM控制之晶體導通狀況 12
圖3.1、模糊控制系統的基本架構 14
圖3.2、模糊PD控制器之系統方塊圖 15
圖3.3、輸入變數誤差e歸屬函數圖 16
圖3.4、輸入變數誤差變化量Δe歸屬函數圖 17
圖3.5、輸出變數KP歸屬函數圖 17
圖3.6、輸出變數KD歸屬函數圖 17
圖3.7、PD位置控制器之系統方塊圖 20
圖3.8、P速度控制器之系統方塊圖 20
圖4.1、SOPC系統的軟硬體共同設計架構 22
圖4.2、Altera DE0開發平台 23
圖4.3、DE0平台的結構圖 24
圖4.4、三相直流無刷馬達 26
圖4.5、實驗平台 27
圖4.6、軟硬體共同設計之系統方塊圖 29
圖4.7、PWM訊號型式:(a)前緣對齊型、(b)中間對齊型與(c)後緣對齊型 30
圖4.8、PWM訊號產生方式:(a)前緣對齊型、(b)中間對齊型與(c)後緣對齊型 31
圖4.9、光電解碼器之正轉訊號 32
圖4.10、光電解碼器之反轉訊號 33
圖4.11、角度計算模組之系統方塊圖 34
圖5.1、PD控制器之響應:(a)位置及時間關係圖與(b)速度及時間關係圖 36
圖5.2、模糊PD控制器之響應:(a)位置及時間關係圖與(b)速度及時間關係圖 36
圖5.3、PD控制器的位置響應 37
圖5.4、模糊PD控制器的位置響應 38


表目錄
表2.1、馬達正轉時MOSFET導通方式 10
表2.2、馬達反轉時MOSFET導通方式 11
表3.1、KP模糊規則庫 18
表3.2、KD模糊規則庫 19
表4.1、三相直流無刷馬達規格表 26
表4.2、實驗平台的腳位定義 28
表4.3、馬達正轉時MOSFET導通方式 31
表4.4、馬達反轉時MOSFET導通方式 32
表5.1、PD控制器與模糊PD控制器之響應比較 38

參考文獻 [1] C. Mademlis and V. G. Agelidis, “On considering magnetic saturation with maximum torque to current control in interior permanent magnet synchronous motor drives,” IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 16, No. 3, 2001, pp. 246-252.
[2] M. F. Rahman, Md. E. Haque, T. Lixin, and Z. Limin, “Problems associated with the DTC of an interior permanent-magnet synchronous motor drive and their remedies,” IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 51, No. 4, 2004, pp. 799-809.
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[4] S. H. Choi, J. S. Ko, I. D. Kim, J. S. Park, and S. C. Hong, “Precise position control using a PMSM with a disturbance observer containing a system parameter compensator,” Proc. Electric Power Applications, Vol. 152, No. 6, 2005, pp. 1573-1577.
[5] L.A. Zadeh, “Fuzzy sets,” Information of the Control, vol. 8, 1965, pp. 338-353.
[6] L.A. Zadeh, “A rationale for fuzzy control,” Transactions of the ASME Journal Dynamic Systems Measurement, and Control, vol. 94, 1972, pp. 3-4.
[7] L.A. Zadeh, “Outline of a new approach to the analysis complex systems and decision processes,” IEEE Transactions Systems, Man, and Cybernet, vol. 3, 1973, pp. 28-44.
[8] E.H. Mamdani, “Applications of fuzzy algorithms for simple dynamic plant,” Proceedings of the IEE, vol. 121, no. 12, 1974, pp. 1585-1588.
[9] 林彥佐,具有功因調控與簡易位置回授裝置之永磁同步馬達驅動器研製,臺北科技大學電機工程系所碩士專班碩士論文(指導教授:黃明熙),2009。
[10] Altera公司,https://www.altera.com/。
[11] Altera DE0 多媒體開發平台,http://www.terasic.com.tw/cgi-bin/page/archive.pl?Language=Taiwan&No=371。
[12] 美商Teknic公司的三相直流無刷馬達M-2310P-LN-04K,http://www.ti.com/tool/LVSERVOMTR
[13] 美商Teknic公司的直流無刷馬達驅動套件DRV8302-HC-EVM,http://www.ti.com/tool/DRV8302-HC-C2-KIT。
[14] 唐佩忠,VHDL與數位邏輯設計,高立圖書,1999。
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