国立虎尾科技大学电机工程系专题精简报告.pdfVIP

國立虎尾科技大學電機工程系專題精簡報告 題目：線性馬達控制 執行期限：94 年3 月1 日至94 年 12 月8 日 指導老師：丁振聲教授 專題參與人員：王昭文、余政達、林國進、陳家宏、 陳慶洋、郭佳瑋、揚智崴 班級：技電二乙 一、摘要 本專題將重點放在線性馬達控制，利用數位訊號處理器 DSP 為控制核心， 透過功率級板、盲時電路來驅動線性馬達。此外對於影響線性步進馬達定位精度 甚鉅的齒槽效應力加以分析，加入電流諧波的方法來消除此效應力。先以Matlab 模擬以評估系統架構的可行性，並使用脈衝寬度調變法來改變馬達移動速度，利 用兩相線圈間相位的超前與落後來達到馬達正反轉功能。另外使用光學尺來產生 位移脈波，經 DSP 讀取數值並存檔，使用自製波形檢視軟體來觀看馬達位移波 形。 關鍵詞 ：線性馬達、DSP 、電機系 二、專題緣由與目的 線性伺服電動機相較於旋轉型馬達，有高精度、直接驅動的優點。以往旋轉 型馬達配合螺桿來達成直線運動對於定位精度不高，使得線性馬達在直線運動上 佔有很大優勢，像磁浮列車、雷射列印機…等，都廣泛的應用。 線性馬達為傳統旋轉式馬達之轉子與定子展開成為直線型之馬達，驅動原理 與傳統步進馬達相似。與旋轉式步進馬達不同的是，線性馬達轉子為線圈，旋轉 式馬達動子為線圈，這是考慮到馬達移動方式所呈現的差異。圖 1 所示為旋轉馬 達展開為線性馬達之基本原理圖。 (圖1)旋轉馬達與線性馬達 線性馬達優於旋轉馬達: 1.馬達直接帶動負載，無需其他元件，摩擦阻力小。 2.精確度高，無螺距誤差。 3. 結構堅固與可靠度高。 4. 行程(幾乎)無上限。 缺點: 1.線性伺服馬達價格較昂貴。 2. 線性馬達上的永久磁鐵或漏磁會吸引鐵磁性材料，故須適當的遮蔽阻隔。 線性馬達依激勵型式可分為三大類:線性直流馬達(Linear DC motor, LDM) 、 線性交流馬達(Linear AC motor, LAM) 、線性脈波馬達(Linear pulse motor, LPM) ， 如圖2所示。 (圖2)線性馬達分類 三、執行步驟與方法 為實現電壓空間向量脈寬調變法，我們利用調變波與三角波作比較以產生控 制信號，此方法稱為三角波比較法或斜坡比較法(ramp comparison) 。 (圖3)單極性切換示意圖 如圖3 所示，為電壓空間向量脈寬調變法配合單極性切換示意圖，(a)調變 信號+-Tao 及對稱性三角波Ttri ，調變信號也就是+Sin-Sin 波，(b)圖為+Sin 波 與三角波比較後產生之方波，(c)圖為-Sin 波與三角波比較後產生之方波，(d)圖 為b 、c 兩方波相減後產生之輸出波形。 基於C語言發展速度快之特性，故使用C語言來撰寫馬達控制程式。其控制 方法為使用4*4小鍵盤來改變速度、方向與紀錄位置，並在LCD上顯示目前狀況， 以達到監控功能。由於內建PWM指令無法達到空間向量脈寬調變，必須使用DO port來輸出。使用2A 、2B port來讀取光學尺之脈波，每秒取樣一次，最後將取樣 結果儲存於硬碟，此檔可用Matlab開啟並繪製波形圖，為求方便，另外使用VB 程式語言設計波形檢視軟體 。 四、結果與討論 使用示波器檢視兩相輸出波形，圖4為DSP外觀與測試接線，經由LCD來顯 示目前狀態(如圖5) ，切換兩調變信號超前與落後90度來改變馬達移動方向，如 圖6 、圖7為A 、B相輸出波形，改變調變信號頻率來控制馬達移動速度，如圖8 為提高頻率後之輸出波形。 (圖4) (圖5) (圖6)Mode1 (圖7)Mode0 (圖8)頻率變高 將所讀取之位移值儲存起來，使用Matlab軟體來撰寫繪圖指令，執行結果如 圖9所示；使用自製的波形檢視軟體來讀取檔案並秀出波形(如圖10) 。 (圖9)Matlab檢視 (圖10)波形檢視軟體 本專題研究以TMS320C32數位訊