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系統識別號 U0026-0812200915362872
論文名稱(中文) 具備線上參數鑑別和離線自動靜摩擦鑑別功能的馬達自調式控制器之研發
論文名稱(英文) The Development of a Self-Tuning Motor Controller with On-Line Parameter Identification and Automatic Off-Line Static Friction Identification
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 湯惟宇
研究生(英文) Wei-yu Tang
電子信箱 p4695124@mail.ncku.edu.tw
學號 p4695124
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 97頁
口試委員 口試委員-陳介力
口試委員-賴維祥
口試委員-譚俊豪
指導教授-謝成
中文關鍵字 自動靜摩擦鑑別  線上參數鑑別  梯度搜尋法  曲線擬合 
英文關鍵字 automatic static friction identification  curve fitting  on-line parameter identification  gradient search method 
學科別分類
中文摘要 高度精度結構控制實驗室對於靜摩擦力和極限精密定位的研究已有多年,而且有不錯的研究成果。因此,希望能在應用到工業上時,能夠更有效率,能自動化鑑別馬達的靜摩擦階段的參數。
在靜摩擦階段,必須先自動鑑別出馬達的阻尼和較大界限(lower bound)的彈簧常數,所以必須使用曲線擬合(curve fitting)的方法來擬合在靜摩擦階段的非線性彈簧力矩對角位移的曲線。首先,使用二階和十階多項式來擬合,發現有反曲點的問題並不符合實際曲線,所以使用Hsieh 和 Pan[1]所提出的曲線方程式來擬合。在尋找最佳彈簧非線性曲線時,使用二分法(binary method)來尋找最佳曲線。
另外,由於受控廠的環境並不是不變的,常常會因為外界的干擾而改變參數,或是一開始所使用的系統參數就是不準確的。因此,必須設計出一套能即時偵測出參數變化的方法,即線上參數鑑別,即時的改變相對應的控制律,使得輸出能達到想要的規格。
所用的方法為,先從離線的參數鑑別所得到的參數當作一開始的預測值,然後從這些參數和其他輸出、輸入來預測下一個取樣時間(sampling time)的輸出。而實際的下一個取樣時間輸出減去預測的下一個取樣時間輸出就是系統參數不準造成的誤差。然後,使用梯度搜尋法(gradient search method)來預測這些參數的誤差,本文使用了正規梯度搜尋法(gradient search method)做線上參數鑑別和加權重梯度搜尋法做線上參數鑑別,並經由模擬和實驗驗證其結果。
英文摘要 For static friction identification, from Hsieh and Pan[1], there is a nonlinear spring in the static friction phase. So, use the equation that is represented by Hsieh and Pan[1] to fit the nonlinear spring curve via binary method.
For on-line identification, Use estimated output and actual output to get error, and use gradient search method with weighting and gradient search method without weighting to improve the motor parameters. If the motor parameters change or the intial motor parameters are wrong, we will find and use on-line identification to decrease the error between the actual parameters and the estimated parameters. With simulation and experiments, verify the above method.
論文目次 中文摘要 ------------------------------------------------------------------------------------I
英文摘要 -----------------------------------------------------------------------------------III
誌謝 -----------------------------------------------------------------------------------------IV
目錄 -----------------------------------------------------------------------------------------V
圖目錄 -------------------------------------------------------------------------------------VIII
符號 ----------------------------------------------------------------------------------------XII

第一章 緒論 ----------------------------------------------------------------------------------1
1-1 研究動機 ------------------------------------------------------------------------------1
1-2 文獻回顧 ------------------------------------------------------------------------------1
1-3 目的 ------------------------------------------------------------------------------------3
1-4 論文架構 ------------------------------------------------------------------------------3

第二章 系統分析和定位控制 -----------------------------------------------------------4
2-1 系統硬體架構 ----------------------------------------------------------------------4
2-2 連續的動摩擦階段系統模型 ----------------------------------------------------6
2-3 動摩擦階段參數鑑別 -------------------------------------------------------------7
2-4 數位化的動摩擦階段系統模型 ------------------------------------------------14
2-5 連續的靜摩擦階段系統模型 ---------------------------------------------------17
2-6 靜摩擦階段參數鑑別 ------------------------------------------------------------17
2-6-1 彈簧常數參數鑑別 ----------------------------------------------------------17
2-6-2 阻尼參數鑑別 ----------------------------------------------------------------20
2-7 動靜摩擦階段的轉換條件 -------------------------------------------------------22
2-8 動摩擦階段控制律推導 ----------------------------------------------------------23
2-9 靜摩擦階段控制律推導 ----------------------------------------------------------27
2-10 定位控制的實例 ------------------------------------------------------------------28

第三章 自動化靜摩擦參數鑑別 -------------------------------------------------------32
3-1 目標 ---------------------------------------------------------------------------------32
3-2 利用二階多項式來擬合非線性彈簧曲線 ------------------------------------32
3-3 利用十階多項式來擬合非線性彈簧曲線 ------------------------------------37
3-4 利用指數(exponential)函數來擬合非線性彈簧曲線 -----------------------41

第四章 線上馬達參數鑑別 -------------------------------------------------------------48
4-1 目標 ---------------------------------------------------------------------------------48
4-2 梯度搜尋法(gradient search method) -------------------------------------------48
4-3 線上參數鑑別的演算法:使用梯度搜尋法 ---------------------------------50
4-4 線上參數鑑別的模擬 ------------------------------------------------------------55
4-4-1 用正規梯度搜尋法做線上鑑別的模擬 ----------------------------------55
4-4-2 用加權重梯度搜尋法做線上鑑別的模擬 -------------------------------60
4-4-3 負載改變的模擬 -------------------------------------------------------------65
4-4-4 線上改變控制增益的模擬 -------------------------------------------------70
4-5 線上參數鑑別的實驗 ------------------------------------------------------------75
4-5-1 用加權重梯度搜尋法做線上鑑別的實驗 -------------------------------75
4-5-2 用加權重和正規梯度搜尋法做線上鑑別的實驗結果比較 ----------81
4-5-3 離線參數鑑別不準的實驗 -------------------------------------------------87

第五章 結論及未來工作 ----------------------------------------------------------------91
5-1 結論 ---------------------------------------------------------------------------------91
5-2 未來工作 ---------------------------------------------------------------------------93

參考文獻 ------------------------------------------------------------------------------------94
自述 ------------------------------------------------------------------------------------------97
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2009-08-26起公開。
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