學位論文
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Item 具關節力矩感測之撓性關節系統雙向控制(2024) 鄭鈞庭; Zheng, Jun-Ting針對撓性關節系統，本研究旨在透過讀取關節力矩感測器和軸編碼器，獲得關節力矩與角位置，實現關節力矩控制，並應用於雙向控制。考慮關節撓性，對關節手臂進行系統鑑別之後，設計一雙迴路系統，內迴路實現關節力矩控制，而外迴路實現雙向控制，發展適用於撓性關節系統之雙向控制架構。此外，進一步設計一估測器，利用關節力矩和馬達端的位置，估測負載端的位置及外力，以免除負載位置編碼器的與外部力量感測器的安裝。實驗室內部成員共同研發設計與組裝一雙撓性關節系統，以作為實驗平台。該平台使用Sensodrive GmbH的SENSO-Joint 3008關節，利用RTX64即時作業系統將一般的個人電腦轉變為即時控制核心，以電腦為主站透過EtherCAT連接其他從站，並使用微軟的Visual Studio Code(VS)發展C++控制程式。本研究設計的方法將與其它控制方法進行實驗比較，包括不考慮關節撓性的控制方法及考慮撓性系統但未量測關節力矩的控制方法，通過性能指標來評估其優劣。實驗結果顯示，考慮關節撓性的控制系統優於基於剛體模型的控制系統，而量測關節力矩的回授控制又優於僅回授馬達及負載位置的控制。此外，估測器能準確地估測負載位置及外力，並應用於雙向控制，其表現優於其它控制方法，進一步提升系統性能。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。