學位論文
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Item 回授急動度感測之撓性機械人關節主僕雙向控制(2024) 曾偉鈞; Tseng, Wei-Chun壓電感測元件產生的電量微小，並容易受到雜訊影響，因此有Integrated Electronics Piezo-Electric（IEPE）型式感測器的發展。此型式的感測器內部整合了放大器，使得原本高阻抗的輸出變成低阻抗的輸出，提供更好的抗雜訊能力。本研究目的為研發一IEPE型式的急動度感測器，並回授IEPE急動度感測，對撓性機械人關節進行雙向控制。本雙向控制方法藉由回授急動度訊號，以抑制關節撓性導致的抖動，達到主從兩端位置同步與力量重現的控制目標。此外，進一步擴展運動觀測器，以觀測系統的負載端位置、速度及加速度訊號，以免除負載端位置感測器的需求。本研究採用實驗室成員研發設計之撓性關節系統平台，使用IntervalZero公司的RTX64即時作業系統，以電腦為主站，透過乙太網控制自動化技術 (EtherCAT) 連接其它從站，例如台達電子的ADC、研華的 DAC與德國Sensodrive GmbH的馬達關節。透過微軟的Visual Studio編譯環境，以C++程式語言發展控制程式。由實驗結果可知，本研究所設計之急動度感測器可以有效地感測急動度，所設計的擴展式運動觀測器可用於觀測負載端的位置、速度與加速度。此外，本文所提出之方法能有效地改善關節撓性造成的抖動，提升系統性能。本研究以實驗的方式與其它控制方法進行比較，顯示本研究方法的有效性。Item 急動度感測器之設計及其於諧波驅動系統之控制應用(2021) 于宸斌; Yu, Huan-Pin本研究目的為研發一急動度感測器，以直接獲得急動度訊號，並設計一運動觀測器，使用所研發的急動度感測器量測到的急動度訊號，與編碼器所量測到的位置訊號，用於觀測系統的速度訊號與加速度訊號，並且進一步將運動觀測器進行改良，設計一偏壓漂移補償運動觀測器，觀測急動度感測器之輸出漂移並加以補償，改善感測器的偏壓漂移問題，以獲得更好的急動度訊號，結合所設計的線性控制器，使系統達到更好的控制性能。本研究採用的實驗環境為實驗室內部成員共同研發設計、組裝之諧波驅動系統實驗平台，其控制核心使用美國德州儀器公司（Texas Instrument, TI）生產的TMS320C6713 DSK開發板做為數位訊號處理器（DSP），並搭配Xilinx所生產XCV-50PQ204-6C晶片為主體的可程式邏輯閘陣列（Field-Programmable Gate Array, FPGA），並以硬體描述語言（VHSIC hardware description language, VHDL）撰寫數位邏輯電路，並透過TI的編譯軟體（Code Composer Studio, CCS）發展控制程式。由實驗結果可知，本研究所設計之急動度感測器，可以量測到準確的急動度訊號，所設計的運動觀測器可以準確的觀測到系統的速度與加速度，所設計的偏壓漂移補償觀測器可以準確的觀測到感測器之偏壓漂移量，並由比較結果得知所設計之觀測器優於文獻的觀測器，結合設計的線性控制器，進一步提升系統性能。Item 急動度觀測器之設計及其於運動控制系統之應用(2021) 徐珮瑜; Hsu, Pei Yu本研究目的為獲得急動度訊號，並應用於運動控制平台，以達到更良好的控制性能。本研究實驗所使用之加速規包括電容式和電荷式加速規，使用其量測加速度，再透過設計的觀測器，觀測得到急動度訊號，以提升運動控制系統的性能。本研究考慮的系統在運動時容易產生振動，其限制了控制目標的動態性能，本論文提出一結合加速度與位置之急動度觀測器，其中加速度訊號由電荷式與電容式加速規獲得，位置由光學尺感測。該觀測器藉由加速度及位置訊號獲得急動度訊號，並將其回授至控制系統，以降低系統的振動問題。本研究使用兩種不同的急動度觀測器進行比較研究，並改善系統之振動情形。本研究實驗平台為伺服馬達結合滾珠螺桿組成之線性平台，進行直線運動位置追蹤控制。採用 TI TMS320C6713 DSP 與 Xilinx 可程式閘陣列(FPGA)結合而成之控制器硬體核心，並以 C 語言與硬體描述語言(VHDL)作為控制器設計之發展工具。本研究使用電荷式及電容式加速規，以得到不同的加速度訊號，並且使用於急動度觀測器於平台，以比較不同加速度訊號與觀測器架構對控制性能的影響。由實驗結果可知，本研究提出的方法能提供較好的控制性能。Item 急動度限制下之定位伺服及其干擾補償方法(2013) 謝立文; Raymond Shieh本論文提出一種急動度限制下之定位控制及其干擾補償法，以改善系統輸出響應。在機械系統裡，急動度(加速度對時間的微分)若是太大可能會對系統造成不良的影響。故提出一急動度限制下之最佳時間定位控制法(Jerk-constrained time-optimal control, JCTOC)，此控制法不僅可限制最大急動度，又可達到最佳時間控制的效果。JCTOC是利用最佳時間控制器結合一積分器與受控體，直接控制系統的急動度來做其限制。 但由於提出的JCTOC是一種高度依賴受控體模型又俱備控制法則切換的控制法，故很容易受到系統不確定性以及系統干擾的影響。故在此加入一干擾補償器(Disturbance observer, DOB)以補償干擾並降低對系統的影響。本論文主要探討的干擾估測器以積分器的方式呈現，故在此稱為積分型干擾估測器(integral disturbance observer, IDOB)。在此IDOB加入一動態補償器或內部模型原理(Internal model principle, IMP)補償器，可讓干擾估測對於不同階數的干擾有更優越的抑制效果。 本文實驗平台以一裝對稱性負載之無刷伺服馬達為受控體，並以一DSP/FPGA結合之單元為控制器，分別以C語言及VHDL撰寫。以此機台為實驗系統並實現本文提出之干擾補償及急動度限制下之最佳時間控制法，並由實驗結果證實其控制法的可行及實用性。