人機介面經常是馬達驅動器的製作者，必須提供給使用者的重要軟體，因為使用者只能透過人機介面來設定馬達驅動器裡的參數，以及觀察轉速、轉矩等的重要資訊。本論文設計且製作了一個能與無刷直流馬達驅動器，以通用序列匯流排通訊的多執行緒人機介面。多執行緒人機介面使用的開發環境為Microsoft Visual Studio 2012，使用的程式語言為Visual C#。多執行緒人機介面共有五種功能，分別是轉速控制、位置控制、轉矩控制、測試模式，和設定其餘參數。轉速控制能設定轉速命令、轉速PI控制器的Kp和Ki、以及取得目前轉速值並繪製成圖形。位置控制能設定位置命令、編碼器解析度、電子齒輪分子、電子齒輪分母等參數，以及繪製位置曲線圖。轉矩控制能設定轉矩命令時間常數、轉速限制、轉矩輸出、零轉速通知等參數，以及繪製轉矩曲線圖。測試模式能進行位置的弦波函數測試、位置的步階函數測試、與轉速的步階函數測試，並且將這三種函數繪製成曲線圖。由實驗的結果證明，本研究確實地完成能應用在無刷直流馬達驅動器的多執行緒人機介面。

The human-machine interface is always an important software application which developers of motor drivers must provide for users, because users only can set variables of the motor driver and watch important information of the speed and the torque by the human-machine interface. This thesis designs and implements a multithreading human-machine interface that can communicate with brushless DC motor drivers by USB. The human-machine interface was developed by Microsoft Visual Studio 2012 and programming language of Visual C#. There are totally five functions in the multithread human-machine interface, such as speed control, position control, torque control, tested mode, and the other setting of parameters. Speed control can determine command of the speed, Kp and Ki of the speed PI controller, and request the present speed to draw the line diagram. Position control can determine command of the position, resolution of the encoder, numerator of the electronic gear, denominator of the electronic gear, and sketch the position curve. Torque control can determine time constant of the torque command, restriction of the speed, output of the torque, notification of the zero speed, and sketch the torque curve. Tested mode can execute the test of sine function of position, the test of step function of position, the test of step function of speed, and use these data to sketch curves. The results from the experiment demonstrate that this study absolutely completes a multithread human-machine interface for brushless DC motor drivers.

論文審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
目錄 v
圖次 viii
表次 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與相關文獻 1
1.2 研究方法 2
1.3 論文大綱 3
第二章 無刷直流馬達與驅動器硬體架構 4
2.1 無刷直流馬達介紹 4
2.1.1 無刷直流馬達規格 4
2.2 無刷直流馬達等效數學模型 6
2.3 無刷直流馬達驅動方法 9
2.3.1 弦波驅動法 9
2.4 驅動器硬體架構 10
2.4.1 智慧型功率模組 11
2.4.2 高速光耦合邏輯閘 13
2.4.3 緩衝器 14
2.4.4 光學編碼器 14
第三章 驅動器軟體架構 16
3.1 數位訊號處理器 16
3.2 驅動器軟體架構 18
3.3 轉速PI控制器 21
3.3.1 PID控制器 21
3.3.2 反積分終結PI控制器 22
3.4 轉速演算法 23
3.4.1 轉速計算 24
3.4.2 一階數位低通濾波器 25
第四章 多執行緒人機介面 26
4.1 整合開發環境 26
4.2 通訊方式 27
4.2.1 通用非同步收發器 28
4.2.2 通用序列匯流排 30
4.3 橋接器 32
4.4 電腦繪圖 34
4.5 多執行緒 36
4.6 圖形化控制項 37
4.7 多執行緒人機介面 42
4.7.1 指令編碼 42
4.7.2 各頁面規劃 44
第五章 實作成果 55
5.1 轉速控制實驗結果 55
5.2 位置控制實驗結果 65
5.3 轉矩控制實驗結果 67
5.4 測試模式實驗結果 69
5.5 其餘參數設定實驗結果 71
5.6 單一指令所需時間的實驗結果 72
第六章 結論與未來展望 74
6.1 結論 74
6.2 未來展望 74
參考文獻 76

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