碳化矽馬達驅動器加設諧振濾波器之向量控制改善

Abstract

本篇論文旨在研究馬達驅動器加設諧振濾波器後之控制改善。隨著半導體技術發展，使用寬能隙材料如碳化矽 (SiC) 驅動器具有高衝寬度調變切頻與低損耗之特性，但其高切頻也帶來較高的dv/dt瞬間電流與電磁干擾，加設諧振濾波器可以降低因寬能隙高切頻而產生之負面影響。然而增加諧振濾波器後，所產生之1)電壓電流相位變化與旋轉軸控制下耦合問題; 2)因濾波器所產生之自然頻率共振問題；3)諧振濾波器產生的驅動器電壓電流幅值與相位改變，皆會影響原本伺服馬達向量控制的動態性能與穩定度。 本篇論文將諧振濾波器之馬達向量控制分為三章節進行討論。第一，針對諧振濾波器所產生之電壓電流相位變化，提出一種多層狀態回授控制架構以改善其旋轉軸耦合問題；第二，針對諧振濾波器之自然頻率共振影響，利用控制器設計虛擬電阻進行主動式共振抑制；第三，針對諧振濾波器產生的驅動器電壓電流幅值相位改變，利用狀態估測器設計進行後級馬達端電壓電流估測，將其用於前面開發的濾波器耦合解偶與共振抑制系統，並討論其設計之估測器參數敏感度。 透過此篇論文所提出之控制架構，可有效控制串聯諧振濾波器之碳化矽馬達驅動器，並透過驅動器現有之電流感測器估測馬達端電流電壓進行向量控制，以改善其暫態與穩態之表現。