第五章 實驗結果
5.1 X 軸線性馬達之定位控制、追跡控制與強健性測試
5.1.2 X 軸線性馬達之追跡控制與強健性測試
(1) 振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡控制
(2) 振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡控制，負載 2kg (3) 振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡控制，負載 5kg (4) 振幅 10mm、頻率 0.3Hz 之正弦波追跡控制
首先先透過振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波來測試兩種不同的控制器在追 跡上的響應情形，接著再透過放置不同的負載來測試系統的強健性，最後參 考命令輸入的振幅及頻率放大來測試系統對於不同輸入訊號的精確度。透過 上述的 4 種不同的實驗可分析出兩種不同的控制器應用於 PMLSM 後的精確 度及強健性。對於追跡控制之控制器參數選擇如表 5-2 所示。
表 5-3 X 軸追跡控制之控制器參數
SMC SMC,10.22 kSMC,115
1 0 . 01
1 1
AISMC
1 0 . 21 k
1 20
1 0 . 01
1 0 . 1
1 120
實驗結果- 振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡實驗_X 軸
圖 5-9 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz)追跡實驗之系統響應圖
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圖 5-10 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz)追跡實驗之位置穩態誤差
圖 5-11 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz)追跡實驗 SMC 控制量
圖 5-12 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz)追跡實驗 AISMC 控制量 圖 5-9 為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡實驗系統響應圖，其中綠 色線為參考命令輸入，紅色虛線為 SMC 的系統響應情形，藍色線為 AISMC 的系統響應情形，由圖中顯示 AISMC 與 SMC 皆可使系統穩定並達成追跡 控制。圖 5-10 為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡實驗位置的穩態誤差
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圖，其中紅色虛線為 SMC 之位置的穩態誤差曲線，藍色線為 AISMC 之位 置的穩態誤差曲線，由圖可看出 AISMC 的穩態誤差可控制於 0.1mm 以下，
因此在精確度上 AISMC 優於 SMC。圖 5-11 為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正 弦波追跡實驗的 SMC 控制量，而圖 5-12 為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波 追跡實驗的 AISMC 控制量，由追跡實驗中可明顯的看出透過考量過去的控 制量輸入可明顯的降低抖振現象。
實驗結果- 振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡實驗，負載 2kg_X 軸
圖 5-13 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 2kg) 追跡實驗之系統響應圖
圖 5-14 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 2kg) 追跡實驗之位置穩態誤差
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圖 5-15 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 2kg) 追跡實驗 SMC 控制量
圖 5-16 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 2kg) 追跡實驗 AISMC 控制量
實驗結果- 振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡實驗，負載 5kg_X 軸
圖 5-17 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 5kg) 追跡實驗之系統響應圖
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圖 5-18 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 5kg) 追跡實驗之位置穩態誤差
圖 5-19 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 5kg) 追跡實驗 SMC 控制量
圖 5-20 X 軸正弦波(振幅 5mm、頻率 0.1Hz、負載 5kg) 追跡實驗 AISMC 控制量
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圖 5-13 至圖 5-16 為參考命令輸入為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波，
負載 2kg 之各種系統響應圖，而圖 5-17 至圖 5-20 為參考命令輸入為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波，負載 5kg 之各種系統響應圖，與先前沒有負載 之實驗圖比對後可發現，加入負載後對於 AISMC 與 SMC 兩個控制器的系 統響應情形並未有太大的改變，可見此兩種控制器皆有很好的強健性。
實驗結果- 振幅 10mm、頻率 0.3Hz 之正弦波追跡實驗_X 軸
圖 5-21 X 軸正弦波(振幅 10mm、頻率 0.3Hz)追跡實驗之系統響應圖
圖 5-22 X 軸正弦波(振幅 10mm、頻率 0.3Hz) 追跡實驗之位置穩態誤差
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圖 5-23 X 軸正弦波(振幅 10mm、頻率 0.3Hz) 追跡實驗 SMC 控制量
圖 5-24 X 軸正弦波(振幅 10mm、頻率 0.3Hz) 追跡實驗 AISMC 控制量 圖 5-21 為振幅 10mm、頻率 0.3Hz 之正弦波追跡實驗系統響應圖，其中綠色 線為參考命令輸入，紅色虛線為 SMC 的系統響應情形，藍色線為 AISMC 的系統響應情形。圖 5-22 為振幅 5mm、頻率 0.1Hz 之正弦波追跡實驗位置 的穩態誤差圖，其中紅色虛線為 SMC 之位置的穩態誤差曲線，藍色線為 AISMC 之位置的穩態誤差曲線，由圖可看出當輸入訊號之振幅與速度皆上 升時兩種控制器的精確度皆會下降，但 AISMC 的精確度仍優於 SMC。圖 5-23 為振幅 10mm、頻率 0.3Hz 之正弦波追跡實驗的 SMC 控制量，而圖 5-24 為振幅 10mm、頻率 0.3Hz 之正弦波追跡實驗的 AISMC 控制量，可看出 SMC 受到抖振現象之影響，穩態時控制量於特定點時會達到飽和，然而 AISMC 由於透過考量過去的控制量輸入與適應控制即時的估測與補償，在穩態時的 控制量都可控制於飽和限制以下。為能更清楚的分析出此兩種控制器的優
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劣，本研究將追跡誤差做統計分析並列於表 5-4 中。
表 5-4 X 軸追跡誤差之統計分析結果
Emax Erms Emean
SMC AISMC SMC AISMC SMC AISMC
(1) 113.8 60.7 33.9 11.7 27.5 16.8
(2) 129.8 62.8 33.7 18.2 26.7 13.1
(3) 114.1 66.6 34.3 18.3 27.8 12.8
(4) 193.3 119.7 105.2 102.2 88 48.2
Unit：μm 透過上述之分析可看出，無論在何種情形下 AISMC 在精確度上的表現 都會優於 SMC，因此可得證透過考慮過去控制量輸入與利用適應控制來估 測外在干擾並即時補償之方法可有效的提升系統的精確度。