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作者(中文):吳念宇
作者(外文):Wu, Nien-Yu
論文名稱(中文):應用滑模控制策略於葉片式氣動馬達之轉速控制
論文名稱(外文):Application of Sliding Mode Control Strategy on the Speed Control of a Vane-Type Pneumatic Motor
指導教授(中文):葉廷仁
指導教授(外文):Yeh, Ting-Jen
口試委員(中文):陳榮順
顏炳郎
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學號:100033549
出版年(民國):102
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:45
中文關鍵詞:滑模控制氣動馬達馬達模型轉速控制
外文關鍵詞:Sliding mode controlAir motorMotor modelingSpeed control
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本研究針對葉片式的氣動馬達做討論,與電動機相比,氣動馬達有著幾面的優勢,如高功率-體積比、啟動停止的切換不會產生火花等,因此在嚴苛的工作環境下-如礦場、化工廠等危險場所-使用氣動馬達仍然是個較為合適的選擇。
為了研究氣動馬達的控制特性,建立氣動馬達的模型是不可或缺的,故本研究先推導氣動馬達的數學模型,再實作滑模控制策略於氣動馬達的轉速控制。
因為氣動馬達有著高功率-體積比的特性,故本研究最後將使用氣動馬達改裝現有的沙灘車架,以實驗轉速控制在氣動載具上的效果。實驗中比較了滑模控制器與傳統PI控制器,對於沙灘車負重以及地面坡度變化的影響,結果驗證了滑模控制器的表現較佳。
摘要I
目錄II
圖目錄IV
表目錄VIII
第一章 序論1
1.1.研究動機與目的1
1.2.氣動馬達簡介2
1.2.1.葉片式氣動馬達3
1.2.2.活塞式氣動馬達4
1.2.3.齒輪式氣動馬達5
1.3.文獻回顧6
1.4.論文架構8
第二章 氣動馬達動態模型9
2.1.氣動馬達動態模型推導10
2.2.氣動馬達動態模擬13
第三章 控制器設計15
3.1滑模控制器設計15
3.2滑模控制器模擬結果18
3.2.1顫振(chattering) 19
3.2.2對阻尼變動的強健性模擬分析23
3.2.3對慣量變動的強健性分析28
第四章 轉速控制實驗30
4.1氣動馬達轉速控制實驗平台30
4.1.1實驗平台轉速控制33
4.2氣動沙灘車改裝34
4.2.1氣動車硬體架構34
4.2.2沙灘車實驗結果36
第五章 結論43
參考文獻44
[1] R. Saidu, “A Review on Compressed-Air Energy Use and Energy Savings,” Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 2010, pp. 1135–1153.
[2] S. R. Pandian, and F. Takemura, “Control Performance of an Air Motor,” Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Robotics & Automation, Detroit, MI, May, 1999, pp. 518-524.
[3] Y.-D. Shen, and Y.-R. Huang, “Dynamic Modeling and Controller Design for Air Motor,” SICE-ICASE International Joint Conference, Busan, Korea, Oct., 2006, pp. 461-466.
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[6] F. Takemura, S. R. Pandian and Y. Nagase, “Control of a Hybrid Pneumatic/Electric Motor,” Proceeding of the IEEE/RSJ Int. Conference on Intelligent Robots and System, 2000,
pp. 209-214.
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[8] Y.-R. Hwang, “Fuzzy MRAC Controller Design for Vane-type Air Motor Systems,” Journal of Mechanical Science and Technology 22, 2008, pp. 497-505.
[9] Y.-T. Shen, “A Robust Sliding Mode Controller Design for a Ball Screw Tabledriven by an AirMotor,” Journal of Mechanical Science and Technology 23, 2009, pp. 3005-3012.
[10]Y.-R. Hwang, “Dynamic Analysis and Fuzzy Logic Control for the Vane-type Air Motor,”
Journal of Mechanical Science and Technology 23, 2009, pp. 3232-3238.
[11]http://www.gastmfg.com/default.aspx
[12]http://www.tokyokeiso.co.jp/products/download/tg/TF-4150_TG-ES913.pdf
[13]http://www.kyowa-ei.co.jp/eng/product/sensors/torque/tps_a.html
[14] http://www.ni.com/pdf/manuals/374126e.pdf
 
 
 
 
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