本論文設計與製作以數位訊號處理器為基礎之永磁同步馬達伺服驅動器。此驅動器具有速度控制與位置控制兩種閉迴路模式，這兩種閉迴路模式的控制架構均包含電流控制迴路，電流控制迴路主要的目的為使永磁同步馬達的三相電流能夠追隨三相弦波電流命令，以獲得平滑的轉矩，並且能夠限制相電流的峰值達到電流保護的效果。本論文中亦提出以強韌積分結構控制法則來設計永磁同步馬達伺服控制系統，此控制法則不僅可以使系統達到快速和精準的伺服控制，並且對外部輸入干擾和參數變化具有強韌性。實驗結果顯示本論文所設計的永磁同步馬達伺服控制系統可完成精準的位置與速度伺服追蹤，並且具有良好的暫態與穩態響應。

The thesis designs and implements servo driver of permanent magnet synchronous motor based on the digital signal processor. There are two control modes of this driver, including velocity control and position control closed-loop mode with current control loop. The main purpose of current control loop is that the three-phase current of the permanent magnet synchronous motor can follow the three-phase sinusoidal current commands to make the torque smoothly and limit the peak value of phase current for protecting the driver. The thesis also proposed the robust integral structure control scheme to design the permanent magnet synchronous motor servo control system. This control scheme is to achieve not only the servo control of the system is fast and accurate, but also the system is robust to external input disturbance and parameter variations. The results of the experiment show that the servo control system of permanent magnet synchronous motor can be achieved precise velocity and position servo tracking, and has a superior transient and steady state response.

論文審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
目錄 v
圖次 vii
表次 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 研究目的與方法 2
1.3 論文架構 3
第二章 永磁同步馬達數學模型與驅動方式 4
2.1 永磁同步馬達簡介 4
2.2 永磁同步馬達規格 5
2.3 永磁同步馬達數學模型建立與推導 7
2.4 永磁同步馬達的驅動方法 11
2.4.1 方波電流驅動 11
2.4.2 弦波電流驅動 13
2.5 正弦脈波寬度調變 14
第三章 以強韌積分結構設計永磁同步馬達 16
3.1 強韌積分結構控制法則 16
3.2 永磁同步馬達位置伺服控制系統設計 18
3.3 永磁同步馬達位置伺服控制系統模擬 22
第四章 實驗系統架構設計 24
4.1 數位訊號處理器 25
4.2 功率轉換單元 29
4.3 位置感測器 30
4.3.1 光學編碼器 30
4.3.2 霍爾感測器 31
4.4 電流感測器 32
4.5 光耦合器 34
4.6 程式架構 35
4.6.1 速度控制架構 35
4.6.2 位制控制架構 36
4.7 程式流程 38
4.8 速度演算法 41
4.9 數位低通濾波器 42
第五章 實驗結果分析與討論 44
5.1 電流閉迴路控制實驗結果 45
5.2 速度控制系統實驗結果 53
5.3 位置控制系統實驗結果 63
5.3.1 步階定位控制 63
5.3.2 弦波追蹤控制 67
5.3.3 斜坡定速控制 70
第六章 結論與未來方向 73
6.1 結論 73
6.2 未來研究方向 73
參考文獻 75

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