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研究生: 王漢祺
Wang, Han-Chi
論文名稱: 數位孿生應用於永磁馬達快速特性量測系統
Digital Twin-Based Fast Characteristic Measurement System for Permanent Magnet Motors
指導教授: 蔡明祺
Tsai, Mi-Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 124
中文關鍵詞: 馬達特性量測永磁馬達數位孿生
外文關鍵詞: Digital twin, permanent magnet motor, characteristic measurement, quality control, manufacturing efficiency
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  • 本研究探討馬達生產過程中,系統參數與最初設計間可能產生的差異。這些差異可能導致馬達性能偏離,進而影響其正常運作和壽命。為解決此問題,本研究提出利用數位孿生技術應用在馬達生產過程,特別是全檢環節的品質控制。傳統的品質檢測方法常依賴於動力計等昂貴且耗時的設備,而本研究不需要使用動力計即可進行快速量測,將原本需花費一至二小時的檢測縮短至二分鐘以內,極大地提高了檢測效率和成本效益,類似於全面的生產品質控制(Quality Control)系統。
    本研究首先介紹數位孿生技術的基本概念及其在製造業中的應用潛力。接著詳細說明如何構建量測系統的數位孿生模型,包括數據採集、模型建構及數據分析方法。最後通過實驗數據驗證所提方法的有效性,結果表明,利用數位孿生技術可以顯著提升量測系統的品質控制和問題預測能力。本研究為馬達生產中的量測系統提供創新解決方案,不僅提升檢測效率,還降低成本,具有重要的理論意義和實際應用價值。

    This paper presents an innovative application of digital twin technology for the rapid characteristic measurement of permanent magnet motors, particularly during the production quality control phase. Conventional methods rely on dynamometers, which are both costly and time-intensive. Our approach leverages digital twin technology to eliminate the need for dynamometers, significantly enhancing measurement efficiency and reducing costs. The construction of a digital twin model for the measurement system, including data acquisition, model building, and data analysis, is detailed. Experimental results validate the effectiveness of the proposed method, showing substantial improvements in quality control and problem prediction capabilities. This research offers a cutting-edge solution for motor production measurement systems, improving inspection efficiency and cost-effectiveness.

    摘要 I SUMMARY II 致謝 XX 目錄 XXI 表目錄 XXIV 圖目錄 XXV 符號表 XXIX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 頻率響應法 4 1.2.2 有動力計的量測 4 1.2.3 無動力計的量測 6 1.2.4 雙埠網路架構與數位孿生 9 1.3 研究目的 12 1.4 本文架構 13 第二章 永磁馬達模型建立與量測方式 14 2.1 直流有刷馬達 14 2.1.1 直流有刷馬達數學模型 14 2.2 永磁同步交流馬達 15 2.2.1 永磁同步交流馬達數學模型 15 2.2.2 克拉克轉換 19 2.2.3 帕克轉換 20 2.3 已有的特性曲線取得方法 21 2.3.1 改變慣量方式 21 2.3.2 改變電壓方式 22 2.3.3 改變電阻方式 23 2.4 量測方式總結 25 第三章 數位孿生系統建立 26 3.1 直流有刷馬達 26 3.1.1 設計直流有刷馬達量測流程 26 3.1.2 設計外掛電阻 27 3.1.3 分析加速度法與電流暫態 30 3.1.4 直流有刷馬達量測系統之數位孿生 34 3.2 永磁同步表貼式交流馬達 36 3.2.1 通過相量圖分析特性 37 3.2.2 設計永磁同步表貼式交流馬達量測流程 48 3.2.3 永磁同步表貼式交流馬達電氣端之建立 49 3.2.4 永磁同步表貼式交流馬達機械端之建立 53 3.2.5 永磁同步表貼式交流馬達量測系統之數位孿生 56 第四章 實驗結果與討論 59 4.1 實驗系統架構與軟硬體介紹 59 4.1.1 直流有刷馬達 59 4.1.2 永磁同步表貼式交流馬達 60 4.1.3 硬體介紹 61 4.1.4 軟體介紹 65 4.2 直流有刷馬達 68 4.2.1 系統架構圖 68 4.2.2 實驗流程 69 4.2.3 實驗結果分析與討論 70 4.3 永磁同步表貼式交流馬達 72 4.3.1 系統架構圖 72 4.3.2 實驗流程 74 4.3.3 實驗結果分析與討論 74 第五章 結論與未來建議 82 5.1 結論 82 5.2 未來建議 83 參考文獻 84

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