本論文目的為設計並實現永磁式同步馬達的穩速驅動器。本研究提出強韌型積分控制永磁式同步馬達，使整體穩速系統效能提升。整體驅動系統中還包括六步方波啟動策略、弦波驅動策略、電氣角度估測、速度迴路控制、電流回授控制。為驗證系統效能，以Microchip生產的dsPIC33FJ128MC804的數位訊號處理器為控制核心，建構實驗平台，並利用Simulink模擬與實驗結果進行比較，驗證強韌型積分控制器於馬達穩速系統中的優異性。

The objective of this thesis is to design and implement a velocity-stabilizing driver for permanent magnet synchronous motor. The research presents how to achieve high efficiency in stabilizing overall velocity for a permanent magnet synchronous motor. In order to drive the integral system, there are six steps square-wave starting device, sine-wave driver, estimation of magnetic angle, velocity feedback and current feedback control circuits designed. A test platform is built by Microchip-made dsPIC33FJ128MC804 digital signal processor used as a control core. “Simulink” simulator is used during the laboratory test. The simulation results are compared with those of experiments in order to verify the achievement of excellent performance of Robust Integral Velocity-stabilizing Controller on Permanent Magnet Synchronous Motor Driver.

中文摘要...................................................................................i
英文摘要..................................................................................ii
目錄.........................................................................................iii
圖目錄.....................................................................................vi
表目錄.....................................................................................xi
第一章 緒論....................................................................1
1.1 研究背景與動機................................................1
1.2 研究方法............................................................2
1.3 論文大綱............................................................3
第二章 強韌型積分控制永磁同步馬達等效模型........4
2.1 強韌型積分控制法則........................................4
2.2 永磁同步馬達等效模型與推導........................6
2.2.1 三相永磁同步馬達電氣方程式........................6
2.2.2 機械動能方程式................................................8
2.2.3 使用馬達規格..................................................11
2.3 無刷馬達驅動模式..........................................12
2.3.1 120度六步方波驅動模式...............................13
2.3.2 弦波驅動模式..................................................17
第三章 馬達驅動器硬體架構與DSP實現方法.........21
3.1 硬體整體架構..................................................21
3.2 數位訊號處理器..............................................22
3.2.1 記憶體配置......................................................24
3.2.2 數位訊號處理引擎與振盪器配置..................27
3.2.3 馬達控制PWM模組........................................29
3.2.4 Explorer16發展板..........................................33
3.2.5 MPLAB – ICD3線上除錯/燒錄器..................34
3.2.6 MPLAB – IDE 整合式發展平台.....................35
3.2.7 正交編碼器介面..............................................37
3.3 光學式編碼器..................................................39
3.4 Buffer緩衝IC與快速光耦合隔離IC...............41
3.5 電流感測IC......................................................42
3.6 變頻器..............................................................43
第四章 DSP系統程式撰寫與運用.............................48
4.1 軟體架構與設計..............................................48
4.2 組合語言小數表示方法..................................50
4.2.1 組合語言小數精準度......................................50
4.2.2 Q格式轉換方式及轉換數值...........................51
4.2.3 Q格式基本運算及注意事項...........................52
4.3 角度弧度轉換方式..........................................52
4.3.1 物理量轉換......................................................52
4.3.2 光編碼數值轉換電氣角演算法......................53
4.4 組合語言正弦演算法......................................54
4.4.1 建構sine table 運算正弦函數.......................55
4.4.2 撰寫sine function運算正弦函數..................55
4.4.3 sine table與sine function之優缺點............57
4.5 位置估測速度演算方法..................................58
4.5.1 傳統位置估測速度方式..................................58
4.5.2 圈式定址法......................................................58
4.6 積分控制器數位化..........................................61
4.6.1 傳統PI控制器..................................................61
4.6.2 強韌型積分控制器..........................................62
第五章 實驗結果分析與討論......................................64
5.1 實際波形與模擬結果比較..............................65
5.2 各轉速下之轉速估測漣波..............................81
5.3 各轉速下之總電流與消耗功率......................85
第六章 結論與未來展望..............................................88
6.1 結論..................................................................88
6.2 未來展望..........................................................89
參考文獻...............................................................................90

[1]T. L. Chern, J. S. Wong and Jiluo, “Robust integral structure control for AC induction motor servo drives,” IEEE International on Electric Machines and Drives Conference, pp. 293-299, 2001.
[2]方嘉隆，“高效能主動功因修正電路研製”，國立中山大學電機工程學系碩士論文, 民國95年10月.
[3]林敦頤，“強韌型積分結構控制電液壓伺服驅動器之研製”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國99年10月.
[4]TAMAGAWA, “AC servo motor TBL-i Series TS4514仕樣書”，No.12, September 2005.
[5]趙安立，“無感測轉速控制驅動器應用於雙相半波無刷直流風扇馬達”，國立中山大學電機工程學系碩士論文, 民國96年7月.
[6]陳俊宇，“高效率無感測直流變頻壓縮機驅動器之研製”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國98年12月.
[7]林信晃，“具電流回授之空調壓縮機適應性驅動器研製”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國99年10月.
[8]陳立原，“以DSP為基礎之永磁式同步馬達驅動器設計與製作”，逢甲大學電機工程學系碩士班碩士論文，民國97年6月.
[9]張育源，“無刷直流馬達無感測器驅動系統之研製”，國立中央大學電機工程研究所碩士論文，民國91年6月.
[10]田文恭，“以數位訊號處理器為基礎製作嶄新無感測控制之無刷直流馬達驅動器”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國98年1月.
[11]洪得賢，“具Sine PWM與電流回授的適應性空調壓縮機驅動器之研製”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國99年10月.

[12]田景文，“以數位訊號處理器為基礎具Sine PWM之無刷直流馬達嶄新無感測驅動器”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國98年1月.
[13]Microchip, “dsPIC33FJ128MCX02/X04 Data Sheet,” Microchip Technology Inc. 2009.
[14]Microchip, “dsPIC33F Reference Manual Section 7. Oscillator,” Microchip Technology Inc. 2009.
[15]Microchip, “Code Examples 108 Oscillator Failure Traps and Failsafe Clock Monitoring ,” Microchip Technology Inc. 2009.
[16]Microchip, “dsPIC33F Reference Manual Section 14. Motor Control PWM,” Microchip Technology Inc. 2009.
[17]Microchip, “Explorer 16 Development Board User’s Guide,” Microchip Technology Inc. 2005.
[18]Microchip, “MPLAB ICD 3 User's Guide,” Microchip Technology Inc. 2008.
[19]Microchip, “dsPIC33F Reference Manual Section 15. Quadrature Encoder Interface (QEI),” Microchip Technology Inc. 2009.
[20]http://elearning.stut.edu.tw/teach/sensor/site.htm
[21]Fairchild Semiconductor Corporation, “DM7407 Hex Buffers with High Voltage Open-Collector Outputs,” Revised February 2000 http://www.fairchildsemi.com
[22]TOSHIBA, “6N137,” No.1, October 2007.
[23]Allegro Datasheet, “ACS712”.
[24]MITSUBISHI Datasheet, “PS21965,” 2009.
[25]江榮琳，“以數位信號為處理器製作一個具有積分可變結構控制法則之無刷直流馬達驅動器”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國83年5月.
[26]TEXAS INSTRUMENTS, “Creating a Sine Modulated PWM Signal Using theTMS320F240 EVM ,” January 1999

[27]Analog Devices, “ADSP-218x DSP Instruction Set Reference Chapter_4 Function Approximation ,” Revision 2.0, November 2004
[28]張耿魁，“製作一個具有積分可變結構模式追蹤控制法則之無刷直流馬達驅動器”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，民國84年5月.
[29]吳勁樺 編著，“資料結構使用C語言”，金禾資訊，民國93年8月20日.
[30]M GOPAL, “DIGITAL CONTROL AND STATE VARIABLE METHODS ,” McGrawHill , Second Edition Inc.2004