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作者:莊易霖、許登傑、陳文瑞、麥朝創全數位高響應主軸馬達驅動技術

本研究主要針對全數位高響應主軸馬達驅動技術進行探討，工具機的主軸馬達大多以感應馬達為主，使用向量控制可使馬達之轉矩能力完全輸出，讓主軸具有高轉矩、高響應的輸出能力。為使驅動器之性能完全發揮，精準的位置回授系統及與控制器間的全數位通訊也是必須的，本研究亦將EtherCAT通訊技術與編碼器回授介面納入討論。

作者:蔡孟勳、謝東錦利用FPGA晶片開發全數位化馬達伺服驅動器

作者:蔡明發、李迪章、曾仲熙、陳譽元、林正軒、彭文陽軸向磁通永磁馬達之模型建構與向量控制設計

近幾年來，軸向磁通永磁馬達（Axial-Flux Permanent Magnet Motor, AFPM）因具有高效率、緊密結構與高轉矩密度等特性，吸引著工業界的注目，並已廣泛應用在電動車與飛輪儲能等系統上。在這些應用中，需要馬達平穩的運轉，以避免震動與噪音干擾，因此，精確的馬達模型與其控制器設計，使其性能優化是非常重要的。本文建立一個軸向磁通永磁馬達之模型並設計其向量控制器，首先推導此軸向磁通永磁馬達在三相靜止座標之數學模型，其中電磁轉矩方程式具有頓轉矩漣波，再利用PSIM模擬軟體所具備的電路元件、數學運算與轉移函數等功能來建構與驗證此模型，此模型具有三相電壓輸入端與負載轉矩輸入端，可以很方便直接地將此模型方塊連接到整體馬達驅動器的PWM變頻器；並做負載轉矩與馬達參數不準度和變化等整體馬達驅動器性能的評估與模擬，轉矩響應模擬結果並與利用ANSYS Maxwell有限元素分析法之結果做比較，以驗證其正確性。之後，進一步推導在同步旋轉座標之d-q軸模型，依此軸模型設計以轉子磁場為導向的向量控制器，包含PI解耦電流控制器與二自由度轉速控制器，模擬結果顯示所設計的控制器對轉速命令與負載轉矩的瞬間加入皆有理想的轉速響應，並且馬達轉動慣量參數在 60 %的不準度時，仍有穩定的轉速響應，但在低轉速時可看出轉速響應上有明顯的漣波，是頓轉矩所造成，有待進一步設計更高階的控制器來消除此頓轉矩漣波效應。

作者:蔡明發、曾仲熙、陳俊漢、楊竣翔同步磁阻馬達之單位電流最大轉矩控制器設計

同步磁阻馬達是一種同步機，比感應馬達有較高的能源轉換效率，它的轉子不像一般的永磁同步馬達安裝磁鐵，故不會有馬達因經年累月運轉造成轉子磁鐵磁性減弱的問題，它的轉子材料是如矽鋼片的導磁材料，藉由轉子凸極現象造成磁阻的不均勻，來產生力矩而轉動，故其構造簡單，具有堅固的特性，近年來吸引著工業界的注目。精確的馬達模型及控制器設計，使其性能優化是非常重要的。

本文設計同步磁阻馬達的單位電流最大轉矩（maximum torque per ampere, MTPA）控制器，是向量控制器設計的延伸，得出d軸電流參考命令與q軸電流參考命令的關係，MTPA控制的q軸電流命令是由轉速控制器產生；d軸電流命令是q軸電流命令的負值，如此可得到最佳化的設計，提高效率。模擬結果顯示在相同的轉速命令與負載轉矩之下，在MTPA控制情況下，可得最小定子電流大小的值，因此是最佳化的設計，在加載情況下，對給予的轉速命令有理想的轉速與電流響應。

作者:莊坤倫、林俊辰、簡士翔、宋柏嶒提升永磁馬達效能之雙模式控制技術

本文針對只採用霍爾感測器作為馬達轉子位置感測的永磁同步馬達提出ㄧ雙模式控制策略以提昇馬達輸出性能。此雙模式控制策略，其主要關鍵在於馬達啟動時利用六步方波控制，以減少啟動困難度，同時可藉由轉子位置估測器獲得精準之馬達轉子位置，並且當馬達啟動後再利用磁滯切換機制切入弦波向量控制，以使馬達輸出性能大幅提昇。因此，馬達可不用加裝解角器而降低成本。最後由實驗結果可以驗證本文所提出的雙模式控制策略之可行性。

作者:羅永昌、王觀茗、彭文陽、陳譽元、楊涵評永磁同步馬達無感測驅控高效率室內送風機

本文探討空調系統之室內送風機用高效永磁同步電機驅控技術，以永磁同步馬達（permanent-magnet synchronous motor, PMSM）取代傳統交流感應馬達，採用創新之無量測器向量控制永磁同步驅動器，簡化驅控器設計，同時兼顧功耗降低與系統效能提升，實現綠色節能送風機產品開發驗證。本研究開發可量測定子電壓與電流達到定子磁通估測單元，進而取得轉子位置與速度估測值，搭配電壓空間向量脈寬調變技術，建立無量測器向量控制永磁同步馬達驅動系統。此外，搭配功率因數修正技術改善電源電流波形，提升功率因數（0.94~0.99）。本研究之研發驗證平台主要是英飛凌公司微控制器MCU XE164FM-72F80L，以其PWM驅動信號與電機相關輸出特性，驗證此無感測向量控制PMSM驅控器，與傳統馬達相較，整體性能提升達33%。

作者:蔡明發、陳柏志、鄭詠仁、顏鴻程、陳俊漢同步磁阻馬達之建模與向量控制器設計

同步磁阻馬達是一種同步機，但其轉子不像一般同步機那樣，需要在轉子繞線以激磁或裝置永久磁鐵，它的轉子材料是如矽鋼片的導磁材料，藉由轉子凸極現象造成磁阻的不均勻，來產生力矩而轉動，它也不會像永磁同步馬達那樣，其轉子磁鐵經年累月運轉後會產生磁性減弱的問題。故其構造簡單，具有堅固的特性，近年來吸引著工業界的注目。故精確的馬達模型，以分析其特性與效率，以及其控制器設計，使其性能優化是非常重要的。

本文描述一個同步磁阻馬達之相變數模型之建構，以電磁、機電與機械三部份來推導感應馬達的數學方程式，並利用PSIM模擬軟體工具建立該同步磁阻馬達的相變數模型，仿如一實際的馬達操作，在其三相輸入端以電阻、電感與相依電壓源電路元件來建構其模型。所建模型的特色有二：一是三相定子輸入端是採用電路元件建立的，可以和馬達變頻驅動電路連接，以便做馬達驅動控制的整合模擬；二是負載轉矩輸入端是以數學函數元件建立的，可用數學函數的形式加入負載轉矩。給予三相輸入電壓的頻率並加入負載轉矩來模擬分析，驗證了該模型轉速穩態響應的正確性。

本文並提出以鎖相迴路為基礎的功率因數角量測電路，藉由機械功率與輸入電功率的比值，得出該同步磁阻馬達在不同負載轉矩情況下運轉時的能效曲線，並得出定子電阻大小是影響該馬達的能效的主因。

除此，本文並推導在同步旋轉座標之d-q模型，依此模型設計以轉子轉軸為導向的向量控制器，包含PI解耦電流控制器與包含一前饋補償器的二自由度PI轉速控制器，模擬結果顯示所設計的控制器對轉速命令與負載轉矩的瞬間加入皆有理想的轉速響應。

作者:周信宏、龔應時多軸伺服驅動器設計

作者:蔡孟勳、周家駿、吳明政、黃仁樹、莊易霖、陳文瑞感應馬達最大化加速度、最佳化效率與全數位控制之研究

工具機主軸馬達大多以感應馬達為主，其控制方法有純量控制與向量控制，純量控制方法就是俗稱的V/F控制，V/F控制大多操控在開迴路系統，特色是方法簡單，但是會有多餘的能量損耗、無法控制電磁轉矩與磁通大小等問題；向量控制則是相反，此方法可以將馬達三相座標系統，藉由空間座標轉換，將複雜的三相座標系統，轉換至d、q軸旋轉座標系統，進而可以將複雜且耦合的電磁轉矩與磁通解耦合，達到獨立控制的目的。然而就算使用向量控制來控制感應馬達，不同的d、q軸電流命令，仍然會有不同的影響產生，q軸電流命令可以由速度迴路計算得知，d軸命令則是使用者自訂，因此本文提出如何選定適當的d軸電流命令，使感應馬達可以得到最佳化效率及最大加速度。在全數位控制中，EtherCAT為目前所較流行的數位通訊，本研究亦說明如何將EtherCAT如何整合入整體控制。

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