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研究生: 陳榮志
Rong-Jyh Chen
論文名稱: 小腦模型控制器於超音波馬達定位控制
Cerebellar Model Articulation Controller for the Position Control of Ultrasonic Motor
指導教授: 洪欽銘
Hong, Chin-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 小腦模型控制器超音波馬達PIC18F452
英文關鍵詞: CMAC, USM, PIC18F452
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:163下載:37
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  • 本論文研製以小腦模型為理論基礎之控制器(Cerebellar Model Articulation Controller, CMAC),於直線型超音波馬達(Linear Ultrasonic Motor, LUSM)定位控制,控制精度在10μm的要求,並使用8位元微控制器加以實現。LUSM是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產生超音波震動,透過摩擦來轉換動能,極適合運用於需要精密定位的儀器或設備中,但LUSM本身具有時變與非線性的輸出特性,其輸出性能會隨運轉時間與工作溫度有所差異。

    CMAC本身具有良好學習與模仿能力的特性,所以使用CMAC來控制LUSM,可以藉由簡單的學習法則,來達到學習LUSM數學模型,為了求得LUSM的數學模型,首先使用PIC18F452微控制器製作Rule-based控制器來找出LUSM的數學模型,再將此數學模型經由PC作離線學習後求得各記憶體的權值,最後使用PIC18F452微控制器來作為整個CMAC的核心,撰寫組合語言程式並輸入CMAC學習樣本, 並証明CMAC可以有效控制LUSM定位問題。

    A procedure is controller based on the theorem of the Cerebellar Model Articulation (CMAC). It can apply to control the position control of Linear Ultrasonic Motor (LUSM) and use an 8-bit microcontroller to achieve under 10μm precision of displacement. LUSM produces the shake of ultrasonic wave by the inverse piezoelectricity effect of the piezoelectric ceramic and changes rubbing to the kinetic energy. It is suitable for applying of accurate instrument or equipment. But LUSM has some defects which has time-variant and non-linear output characteristics. The output performance of LUSM can be changed with working time and temperature.

    The specialties of CMAC are good abilities of learning and imitation, so it is suitable to control LUSM. CMAC uses some simple learning rules to learn the mathematical model of LUSM. First, in order to get the mathematical model of LUSM, we use a microcontroller of PIC18F452 to make a rule-based controller to find them. Then, using PC calculates weight values of memory of LUSM from the mathematical model of LUSM. At least, it uses a microcontroller of PIC18F452 as the core of CMAC to proof that can achieve to control efficiently the position control of LUSM.

    誌  謝 IV 目 錄 V 圖 目 錄 VIII 表 目 錄 XI 第一章  緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 第二章 超音波馬達簡介 3 2.1 超音波馬達的分類 3 2.2 超音波馬達的特點 5 2.3 壓電效應與壓電材料 8 2.4 超音波馬達的動作原理 10 第三章 小腦模型控制器理論 11 3.1 傳統小腦模型控制器 11 3.2 傳統小腦模型控制器演算法 12 3.3 一維小腦模型之基本架構 14 3.3.1 一維小腦模型記憶體單元的分割方式 14 3.3.2 一維小腦模型記憶體單元索引指標建立表 15 3.4 二維小腦模型控制之基本架構 16 第四章 規則控制器應用於超音波馬達定位控制 20 4.1 規則控制器應用於LUSM定位控制 20 4.2 LUSM的非線性數學模型 21 4.3 規則控制器的處理流程 22 4.3.1 Timer執行流程圖 23 4.3.2 中斷副程式的控制流程 24 4.4 規則控制器的誤差修正方法 26 第五章 小腦模型控制器應用於超音波馬達定位控制 29 5.1 小腦模型控制器應用於LUSM定位控制 29 5.2 小腦模型控制器的製作流程 30 5.2.1 離線(Off-line)學習 30 5.2.2 線上控制 32 5.4 小腦模型控制器理論分析 33 5.3.1 小腦模型控制器學習樣本 37 5.3.2 小腦模型控制器記憶體權值 39 第六章 實驗結果 44 6.1 電路分析 44 6.1.1 精密全波整流 46 6.1.2 數位轉類比電路(12 bits) 48 6.2 規則控制器實驗結果 48 6.2.1 規則控制器追蹤方波 51 6.2.2 規則控制器追蹤正弦波 57 6.2.3 規則控制器追蹤三角波 60 6.2.4 規則控制器控制LUSM的響應時間 63 6.3 小腦模型控制器實驗結果 66 6.3.1 小腦模型控制器追蹤方波 67 6.3.2 小腦模型控制器追蹤正弦波 71 6.3.3 小腦模型控制器追蹤三角波 74 6.3.4 小腦模型器控制LUSM的響應時間 76 6.4 雜訊干擾 79 第七章 結論與未來研究方向 80 7.1 結論 80 7.2 未來研究方向 81 參 考 文 獻 82 附 錄 一 85 附 錄 二 88 附 錄 三 92 附 錄 四 97 附 錄 五 99 附 錄 六 103 附 錄 七 105 自  傳 106 學 術 成 就 106

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