本論文實現了感應馬達的速度及位置閉迴路控制，並加入精密控制器，使其 與特性差異甚大的永磁馬達做同步運動控制，並應用此技術在 CNC 剛性攻牙過 程中降低同動誤差。並在最後推導了位置迴路交叉耦合控制器，使其更容易實現 在一般驅動器上。
本論文所達成之研究成果整理如下：
1. 感應馬達控制
(a) 轉子常數自動調整
本文設計一套轉子常數自動調整方法，無論初始值比實際值大或小 都能調整至接近實際的值，使感應馬達的響應達到最好，上升時間約 為 50 ms。
(b) 弱磁控制
在運動命令超過額定轉速後，可藉由降低磁通來防止反電動勢飽和，
成功讓感應馬達突破原來被限制的速度 900 rpm 並提升至 4000 rpm。
2. 攻牙之雙軸同動誤差改善
(a) 以 CCC 控制協調雙軸特性不同
使用 CCC 雙軸補償將兩軸誤差同時納入考量，補償至雙軸協調其 特性，最大同動誤差可從 132.1 um 改善至 14.9 um。其補償效果相較於 Z 軸追隨主軸改善至 53.8 um 和 CCC 單軸補償改善至 24.0 um 均來得 好。
(b) 補償非線性因素
除了以 CCC 雙軸補償來協調雙軸特性，並進一步加入 NFC 補償非 線性摩擦力與 DOB 以抑制外部擾動，整合 CCC、NFC 及 DOB 將最大
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同動誤差由 132.1 um 降至 4.3 um，改善率達 96.74%。
(c) 攻牙速度改變
在同樣的時間內，將主軸攻牙速度作 300 rpm 的變化，加入了整合 控制器(CCC+NFC+DOB)之後，最大同動誤差變化由 40 um 縮減至 0.5 um 內，即使主軸攻牙速度提高，最大同動誤差的變化可以保持很小。
3. 位置迴路交叉耦合控制器
一般驅動器不易實現原始交叉耦合控制器(V_type CCC)架構，本文推導 出位置迴路交叉耦合控制器(P_type CCC)，使其補償位置改由位置命令輸入，
雖然取樣頻率較慢而導致補償效果較差，但是其架構較易實現於一般驅動 器上，且網路延遲時間容忍度較 V_type CCC 佳，在本文中， V_type CCC 架構在延遲 5 ms 時發散，但 P_type CCC 可容忍至 9 ms 依然保持穩定。而 將其架構實現於 CNC 攻牙機上，在調整至最佳增益值的情況下，成功在主 軸轉速 6000 rpm 時最大同動誤差改善至 10 um 以內。
本論文之研究成果，使用 P_type CCC 實現在 CNC 剛性攻牙機上，達到減少 同動誤差的效果。未來將進一步探討其加速度的變化，減少刀具的磨損，並期望 進一步在實際機台上陸續實現 NFC 以及 DOB 的架構，使整體改善效果更佳。
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參考文獻
[1] 段漢民, “PC-Based 架構下工具機軌跡追蹤控制性能之提升,” 逢甲大 學, 碩士論文, 中華民國 91 年
[2] 蘇 奕丞, “CNC 工具機剛性攻牙之實現,” 國立中央大學, 碩士論文, 中華民國 91 年
[3] 林栩永, “鼠籠式感應馬達 DSP 向量控制伺服驅動器之研製,” 國立交通 大學, 碩士論文, 中華民國 86 年
[4] “F281x ACI3_3: Sensored Indirect FOC of 3-phase ACI Motor,”Texas Instruments,2007
[5] M. Tomizuka, “Zero Phase Error Tracking Algorithm for Digital Control,”
ASME Transactions on Journal of Dynamic System, Measurement and Control, Vol. 109, pp. 65-68, 1987.
[6] 蔡政宏, “發展先進運動控制之 CAD 及其於精密 CNC 之實現,” 國立交 通大學, 碩士論文, 中華民國 93 年.
[7] 謝鎮州, “以 CAN bus 建構出高速精密之多軸運動控制器,” 國立交通大學, 碩士論文, 中華民國 91 年
[8] Y. Koren, “Cross-coupled biaxial computer for manufacturing systems,” ASME Trans. J. Dyn. Syst., Meas. Contr., vol. 102, no. 4, pp. 265-272, 1980.
[9] Y. Koren and C. C. Lo, “Variable gain cross-coupling control,” CIRP Proc.
Manufacturing Systems, vol. 40, pp. 371-374, 1991.
[10] Y. Koren and C. C. Lo, “Advanced controller for feed drivers,” Annals of the CIRP, vol. 41, pp. 689-698, 1992
[11] 葉賜旭, “改善 CNC 工具機運動輪廓精度的控制器設計策略,” 國立交 通大學, 碩士論文, 中華民國 85 年.
[12] 葉賜旭, “多軸運動系統之整合式控制器及參數化差值器設計,” 國立交 通大學, 博士論文, 中華民國 89 年.
[13] S. S. Yeh and P. L. Hsu, “Theory and applications of the robust cross-coupled
78
control design,” ASME J. Dyn. Syst., Meas. Contr., vol. 121, no. 3, pp. 524-530, Sep. 1999a
[14] S. S. Yeh and P. L. Hsu, “Analysis and design for the integrated controller for precise motion systems,” IEEE Trans. on Control Systems Technology, vol. 7, no. 6, pp. 706 –717, Nov. 1999b.
[15] S. S. Yeh and P. L. Hsu, “Estimation of the contouring error vector for the cross-coupled control design,” IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol. 7, no.
1, pp. 44 –51, 2000.
[16] Benjamin C. Kuo and Farid Golnaraghi, Automatic Control Systems,8thED, John Wiley & Sons, 2003
[17] C. T. Johnson and R. D. Lorenz, “Experimental Identification of Friction and Its Compensation in Precise, Position Controlled Mechanisms,” IEEE Transactions on Industry Application, Vol. 28, Issue 6, pp. 1392-1398, Nov.-Dec. 1992.
[18] A. H. Brain, D. Pierre, and C. D. W. Carlos, “A Survey of Models, Analysis Tools and Compensation Methods for the Control of Machines with Friction,” Automatica, Vol. 30, No. 7, pp. 1083-1138, 1994.
[19] C. Canudas, K. Astrom, and K. Braun, “Adaptive Friction Compensation in DC Motor Drives,” Proceedings 1986 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol. 3, pp. 1556-1561, Apr. 1986.
[20] H. Lee, J. W. Ahn, and Y. J. An, “Dual Speed Control Scheme of Servo Drive System for a Nonlinear Friction Compensation,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 23, Issue 2, pp. 959-965, March 2008
[21] G. F. Franklin, J. D. Powell, and M. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, 3rd ED, Addison Wesley Longman, 1998
[22] 劉醇偉, “CNC 伺服馬達之精密控制、自動調整補償、與遠端監控,” 國 立交通大學, 碩士論文, 中華民國 97 年