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傳統上，一般均以旋轉式馬達透過齒輪、皮帶及滾珠螺桿等傳動機構，方能將旋轉運動轉換為直線運動，而間接傳動的方式對於要求高速化、精密化、經濟化的今天已不敷使用。由於線型電機天生具有直接驅動的特色，可以直接設計為3-D直線型運動方式，對於傳動機構而言，可以大大簡化機械之複雜度，並且可以提昇工具機之運作精確度。隨著產業科技的進步，線性馬達以其具有低噪音、線型運動及受力點平均的特點，使得在各種需求精密及較大出力的應用場合上有越來越多的趨勢。因此，線性馬達被認為是二十一世紀的主流電機。 除已經發展完成線性感應馬達、線性永磁同步馬達及線性超音波馬達之驅動技術發展外，並完成各式線性馬達動態模型之發展，且發展步階迴歸(Backstepping)、遞迴(Recurrent)類神經網路、遞迴模糊類神經網路與監督 (Supervisory)等控制器，使上述線性馬達驅動系統能適用於高精密與高動態響應之位置控制之工業應用上。
由於永磁線型同步馬達(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)驅動系統並沒有齒輪或滾珠螺桿(Ball Screw)等配備，因此直接以永磁線型同步馬達驅動之機構具有長距離的高速移動及高精密度、高可靠性和堅硬的結構、高推力(Thrust Force)等優點。此外，永磁線型同步馬達的邊界效應(End Effect)相較線型感應馬達易於控制，所以永磁線型同步馬達適合於高性能伺服的應用場合。但永磁線型同步馬達卻易受漣波力、參數變化、外來負載干擾和摩擦力所影響，而且邊界效應及雙軸系統常見的交叉耦合干擾(Cross-Coupled Interference)亦使得推力的控制更加困難。因此，如何設計補償這些等效作用力的干擾同時達到準確的輪廓軌跡追隨，並且快速且直接地施加在永磁線型同步馬達驅動系統上，通常必需配合複雜的控制設計。 除已經發展完成以兩台磁場導向控制之單軸永磁線型同步馬達驅動系統所組成的X-Y平台雙軸運動控制系統外，並採用TMS320C32數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)為處理核心的STC-32單板控制電腦，且發展適應性步階迴歸滑動模態(Adaptive Backstepping Sliding-Mode)、放射狀基底函數網路(Radial Basis Function Network)與遞迴模糊類神經網路(Recurrent Neural Network)等控制器，來達到X-Y平台雙軸運動控制系統精密伺服定位控制的目的。此外為了補償最佳控制法則和遞迴式類神經網路控制器之間的近似誤差，發展以Lyapunov穩定度為基礎之遞迴式類神經網路的混合型控制系統和適應混合型控制系統。此X-Y平台適用於需要高精密度與高加減速之應用場合如wire-bonding及其它電子封裝技術上。
磁浮系統藉由磁力將物體懸浮在空中，可避免由摩擦所產生的磨耗、噪音、能量損失等問題。一般傳統之精密定位機構，大多以伺服馬達搭配極大轉數比的導螺桿，以達成精密定位的目標，但因為本身機構的限制，有嚴重的摩擦力及齒隙的問題，因而影響系統精密度。然而，克服摩擦力和齒隙的方法，除了提高系統硬體的加工精度外，一般使用潤滑劑來減少摩擦力。不過，這些方法都不如直接避免機械上的接觸來的有效。由於電磁力屬非接觸力，無須與物體接觸便能驅動物體，可改善傳統機械裝置中摩擦及耗損的問題，延長機械壽命，並減少能量的損失。此外，磁浮系統非接觸式的特性，可避免摩擦產生粉塵的問題，也沒有一般機械系統潤滑的問題。然而，磁浮系統基本上為一不穩定系統，具有高度的非線性及外來干擾的問題。因此，設計控制器來達成磁浮系統之精密定位控制已成為相當重要的研究方向。 除已經發展完成磁浮系統之運動控制系統外，並採用數位訊號處理器為處理核心，且發展計算轉矩(Computed Torque)、適應性步階迴歸(Adaptive Backstepping)、滑動模態、遞迴式類神經網路與放射狀基底函數網路等控制器，來達到磁浮系統的精密定位控制。
再生能源如風力、太陽能、水力等多元的能源，因為具有環保、低溫室氣體排放及自產能源的特性，愈來愈多的國家將再生能源列為未來能源政策的主要方向，其中風力發電技術目前已相當成熟，更因量產化應用使得成本迅速降低，為目前再生能源發電中最經濟、使用最多的技術。概括風力發電之主要優點包含減少傳統石化能源消耗，在環境保護上無溫室效應問題，且可自產能源，取之不盡用之不竭，具分散式發電之應用，同時可結合當地景觀帶來觀光效益。 首先發展一智慧型控制之風車仿真與感應發電機發電系統，並採用交流/直流功率轉換器組成之功率轉換器改善其控制效益。本系統利用間接磁場導向控制架構以控制感應發電機之電氣頻率，除此之外，功率轉換器將感應發電機所產生之變動頻率及變動電壓之三相電源轉換為固定電壓之直流電源。本系統亦同時偵測發電機轉速、功率轉換器之直流鏈電壓及電流，並藉由控制直流鏈之功率，使感應發電機產生最大功率輸出。另一方面，發展完成放射狀基底函數網路與遞迴式模糊類神經網路控制器使發電機運轉效率提高，並調節發電機系統之輸出功率。 另外並發展一頻率控制風力驅動三相感應發電機系統，並採用間接磁場導向架構以控制感應發電機。本系統採用交流/直流/交流轉換器組成功率轉換器，將變動頻率及電壓之電源轉換為固定頻率及電壓之三相電源，以並聯於市電。本系統亦同時偵測發電機轉速及功率轉換器之直流鏈電壓與電流，以調節發電機之功率輸出，使感應發電機能達到定電流、定功率輸出之目的。在發電機側之交流/直流轉換器設計方面，首先利用發電機模型推導出輸入為發電機轉速、端電壓命令，輸出為磁場電流分量與發電機輸出功率之模糊模型(fuzzy modeling)，並採用遞迴式模糊類神經網路(recurrent fuzzy neural network)產生轉矩電流分量，以調節AC/DC轉換器之輸出功率。另外並採用固定座標系統下之三相電流控制器，以降低發電機之電流諧波及提高功率因數，使得發電機運轉效率提高。
FPGA結合了陣列邏輯閘(Gate Arrays)的結構與可程式邏輯元件(Programmable Logic Device)的可程式化特性，再加上邏輯容量超大、價格低廉以及縮短從設計到實驗測試所花的開發時間，因此是近年來被大量應用於開發設計數位積體電路的最佳驗證工具。本研究以FPGA來實現驅動與控制多種馬達所需之各種控制法則，包含直接與間接磁場導向控制，完成之控制法則利用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)實現，並下載至FPGA晶片中，再配合D/A轉換器、三角波比較電流控制之驅動電路以及IGBT功率模組，來實現以FPGA為基礎之多種非線性與智慧型控制伺服馬達驅動系統之目的。最後，可將已完成各式交流馬達伺服控制之智慧財產(intelligent properties，IP)供業界使用。 除已經發展模糊-順滑模態(Fuzzy Sliding-Mode)控制器與適應性步階迴歸控制器來完成線型感應馬達(Linear Induction Motor, LIM)驅動系統外，並發展完成各式結合FPGA之類神經網路控制器，如放射狀基底函數網路、遞迴模糊類神經網路等控制器，來實現以FPGA晶片達成線型超音波馬達(Linear Ultrasonic Motor, LUSM)驅動系統與線型同步馬達(Linear Synchronous Motor, LSM)驅動系統之精密定位控制與軌跡追蹤的目的。
在現在工業的系統上，數值計算控制(CNC)工具機已經變成很重要的元素之一。一般來說，CNC機器可以被區分為二種部份：一部份為具有伺服驅動器的機械結構，另一部份為控制多軸機械運動之控制器。大致上，CNC機器是由X-Y平台和Z軸所構成的機械運動裝置，每一軸都是由一個獨立的致動器所驅動，如直流馬達或交流馬達。這種架構通常產生了一些問題，例如：無法數學化的動態模型、交叉耦合干擾、難以測量的摩擦力參數和各軸的負載轉矩干擾，通常這些因素會嚴重的降低機械加工的品質。因此為了改善機械加工時的追隨品質，利用各種不同之控制系統控制雙軸CNC工具機，使系統能夠準確地追隨各種不同的軌跡。 除已經發展適應性遞迴式類神經網路(Adaptive Recurrent Neural Network, ARNN)控制器、滑動模態與強健遞迴式類神經網路(Robust Recurrent Neural Network, RRNN)控制器外，並持續發展各式結合適應性與智慧型控制之強健控制器來完成CNC工具機之精密定位控制。
奈米精密定位技術是奈米技術發展的其中一項關鍵與基礎，因為包含半導體工程、生物醫學工程、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)、光電通訊工程、電腦周邊工程、表面工程與掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope, SPM)等，其製程設備與產品皆朝向微小化與精密化發展，故需要奈米精密定位技術來滿足需求。由於壓電致動器(Piezoelectric Actuator, PZA)擁有奈米級移動精度、產生力量大及響應快速等優點，所以廣泛應用於需要奈米精密定位之工業應用上。但是壓電致動器之材料本身為一鐵磁性元件，無可避免會有磁滯現象(Hysteresis)產生，此現象基本上是由於材料極化與分子間相互摩擦所產生，而造成電壓與位移之關係呈現非線性之曲線。因此為了達到奈米精密定位之目的，就必須針對磁滯現象作有效之補償與控制。 研究之目標在分析壓電致動器的等效動態模型，並利用光學式位移量測系統提出一完整且有效的壓電致動器之奈米定位運動控制系統。壓電致動器具有以下特性：(1)非線性(nonlinearity)-當電壓加在壓電致動器時，其延伸量具有非線性延伸特性；(2)磁滯性(hysteresis)-當電壓增加或減少時，其延伸或縮短位移量產生不一致的現象；(3)潛變(creep)-當電壓供應至壓電致動器時，其延伸位移量會快速反應，經過一段時間後，再以非常緩慢的速度逼近所要目標，此現象稱為潛變。因此高精密度的壓電驅動控制，便相當重要。精密控制系統之設計目的為在控制特性方面達成：抗干擾與參數變化、有限之雜訊靈敏度、高頻寬、補償器架構簡單，一般是利用積分比例控制器配合干擾觀測器達到上述之要求。 已建立近似之磁滯模型，進而推導出完整之壓電致動器動態模型，並利用智慧型控制理論以達到奈米精密定位控制之目的。除已經提出一新型之磁滯摩擦力模型並結合壓電致動器之機械動態模型，進而完成單軸與雙軸壓電致動器之完整動態模型外，並發展遞迴式模糊類神經網路適應控制系統、適應性小波類神經網路(Adaptive Wavelet Neural Network, AWNN)控制系統和適應性遞迴式放射狀基底函數網路(Adaptive Recurrent Radial Basis Function Network, ARRBFN)控制系統，來控制單軸和雙軸壓電致動器，以達到奈米級精密定位控制之目的。
本研究目的是發展一X-Y-θ三軸線性超音波馬達移動平台精密定位運動控制系統和以單級高功因半橋共振技術及相移式全橋共振技術為驅動架構，應用於X-Y-θ三軸線性超音波馬達移動平台之驅動。首先設計一遞迴式放射狀基底函數網路為基礎之模糊類神經網路控制系統應用於X-Y-θ三軸線性超音波馬達移動平台之精密定位控制。遞迴式放射狀基底函數網路為基礎之模糊類神經網路控制系統結合了自構式模糊類神經網路、遞迴式類神經網路和放射狀基底函數網路的優點。此外同時執行架構與參數的線上學習法則使得遞迴式放射狀基底函數網路為基礎之模糊類神經網路控制系統具有動態且即時的調整網路架構及參數的功能。接著發展以區間式第二型模糊類神經網路為控制架構應用於X-Y-θ三軸線性超音波馬達移動平台之精密定位控制。不同於傳統之第一型模糊集合各歸屬度為明確值，第二型模糊集合之各歸屬度仍然保有模糊之重要特性。基於此特性，相較於第一型模糊集合，第二型模糊集合對於不確定性能有更佳且合理之描述進而達到更優異之控制效果。而區間式第二型模糊集合之提出，改良了第二型模糊集合計算負荷過大之缺點，因此本研究結合了區間式第二型模糊集合處理不確定性之能力與類神經網路線上參數學習之優點，提出了區間式第二型模糊類神經網路控制架構。最後發展以單級高功因半橋共振技術及相移式全橋共振技術為驅動架構，應用於X-Y-θ三軸線性超音波馬達移動平台之驅動。單級高功因半橋驅動裝置是由半橋共振反流器及降升壓轉換器所組成之電路架構，將非對稱脈波寬度調變技術切換所得之方波訊號，輸入至單級高功因半橋反流器，共用一個開關以節省成本，同時利用設計的參數值，確保開關在零電壓切換導通及零電流切換導通，以減少寄生元件效應及降低切換損失，提高驅動電路之效率，再經由LRC共振槽產生共振得到輸出為一39kHz至42kHz之純正弦交流電壓波形。而相移式全橋反流器，是由相移式全橋電路、高頻變壓器及LRC共振槽所組成之電路架構，由脈波寬度調變技術切換所得之方波訊號輸入相移式全橋電路，利用相移式全橋電路四個電子式開關之寄生電容，以及高頻變壓器的漏電感來進行共振，使得開關在導通時處於零跨壓狀態，減少寄生元件效應及降低切換損失，以提高驅動電路之效率，再經由LRC共振槽產生共振得到輸出為一39kHz至42kHz之純正弦交流電壓波形提供給線性超音波馬達，以獲得良好的驅動性與控制性。
本人擔任國科會工程處「智慧型輕量化移動載具前瞻技術」跨領域研究專案整合型計畫“主機板式智慧型輕量化移動載具前瞻技術”總計畫主持人。近年來，受到溫室效應以及能源短缺之影響，節能減碳之觀念逐漸受到重視，因此傳統使用內燃機引擎之各種交通運輸工具市場需求受到嚴重衝擊。此外考慮交通條件的改變與汽車使用者習慣的調整，具有高能源轉換效率與零污染排放優點之輕型電動車被視為未來取代傳統內燃機引擎車輛之最佳選擇。本計畫之目的即為發展一主機板式智慧型輕量化移動載具前瞻技術，藉由整合包括行車控制器主機板模組、輪內馬達設計、輪內馬達驅動與控制、智能型電池管理技術、行車動態控制系統、載具外觀與內裝設計及輕量化移動載具規格之研究等技術，提升台灣於輕型電動車(LEV)之技術競爭力。 本計畫第一年中分成五個子計畫：子計畫一為採用嵌入式系統ARM 9為核心之行車控制器(ECU)主機板模組，該行車控制器主機板模組並規劃具有執行控制器區域網路匯流排(CAN Bus)通訊協定之通訊能力，並發展智慧型自動診斷系統，能透過儀表板或車輛故障指示燈，來告知駕駛人目前車輛各模組之狀況。另外配合電動轉向控制(EPS)及影像、側向與倒車雷達系統，可達成智慧型自動停車功能。子計畫二為輪內六相永磁式同步馬達之設計，透過高效率及輕量化之輪內馬達設計，以符合電動車之車輪應用。子計畫三為輪內永磁式同步馬達之驅動系統，透過以TMS320F2812數位訊號處理器為主(DSP-Based)之控制模組，能獲得穩定與高效率之四輪直驅系統，並以智慧型控制達到速度控制及具有再生煞車之功能。子計畫四為車用智能型電池管理系統，此系統包括可攜式高能量電池結合另一組安置於電動車上之主動力高功率電池，經由一個直流/直流升壓轉換器，達成電動車的電能供給機制。子計畫五為透過未來城市生活型態與機能需求分析，利用電腦數位3D設計出以使用者為中心之整體性、人性化、舒適化之主機板式輕型電動車之外觀造型與內裝環境，達到未來生活之美學觀感與期望。但由於電動車之動態特性是直接影響到車輛行駛的安全性及舒適性，為了減輕駕駛者的體力負擔及提高車輛的操控性，故本計畫於第二、三年中增加子計畫六「輕量化移動載具動態控制系統之研究」，以達成四輪直驅電動車之主動動態控制與分析。此外，目前智慧型輕量化載具之規格還沒有一定的標準，尚有許多值得進一步探討的議題，故本計畫於第二、三年中同時增加子計畫七「智慧型輕量化移動載具規格之研究－以主機板式智慧型移動載具前瞻技術研究專案為例」，以Bug Racer 500車體為基礎探討各子計畫系統架構設計與分析，以提出智慧型移動載具規格之研究與限制條件律定。 本計畫之最大特色為採用個人電腦之「主機板式」概念。車輛中各模組將透過CAN Bus及USB兩種介面與行車控制器主機板模組進行連結。使用者可依需求與喜好輕易地組裝、更換或修復，獲得更佳之彈性與方便性。另外智慧型自動診斷系統與智慧型自動停車功能使本計畫所提之LEV具備創新與前瞻技術，預期將成為未來交通運輸新主流。
台灣由於地窄人稠，大型風力機之裝設地點受到很大的限制，因此針對市區與郊區或較不適合裝設大型風力機之地點，發展中小型垂直軸風力機與發電系統有其必要性。另一方面，由於台灣經常有天災，發展同時具有市電併聯與獨立供電功能之發電系統是非常必要的；加上台灣白天陽光充足，而晚上風力較充沛，且為保證裝設地點之電源供應不會因天候狀況而匱乏，因此需要發展風能與太陽光電能互補且具儲能功能之發電系統。目前台灣的廠商以發展10kW以下之小型垂直軸風力機為主，由於容量過小，較難開展國內市場且缺乏國際競爭力。本計畫主要與宏銳電子股份有限公司合作發展高效率、低噪音之中型垂直軸(Vertical Axis)風力機與發電機，第一、二年先發展一套50kW垂直軸風力機並與20kW太陽能模組互補為風光發電系統，並具備微電網(Micro Grid)併聯功能，第三年再進行150kW垂直軸風力機與發電機與發電系統之設計。 本計畫共分為「風力發電用高效率發電機分析與設計」、「垂直軸風力機塔架動態分析與設計」、「垂直軸風力機葉片之設計與氣動力分析」、「風光互補交/直流與直/直流轉換器與儲能系統之設計」及「風光互補直/交流轉換器與微電網併聯系統之設計」等五個子計畫。子計畫一將完成結合軸向及徑向磁通型之混合多極永磁式同步發電機，並用於垂直風車之風能發電系統採用多極型永磁式同步發電機直接耦合於低速風車而不需額外增速齒輪箱，以減少機械架構並可減少齒輪的損失及噪音。子計畫二預計完成50kW與150kW風力機塔架的結構設計與動態分析，以及風力機葉片的噪音分析，並將實際製作50kW風力機塔架且完成實驗測試。子計畫三將開發一套分析和設計垂直軸風力機葉片的氣動力求解器，結合已開發的氣動力模式和計算流體力學方法針對中型風力機的葉片之翼形做詳細流場模擬、分析與設計，並進行葉片之製作。子計畫四旨在開發中型垂直軸風力發電機之驅動技術以及研製其風光互補系統之電力轉換器，將採用向量控制之正弦式變頻驅動取代整流加升壓電路架構，以提升驅動電路效率及降低噪音，另外亦將與太陽能及蓄電池儲能之功能結合。子計畫五將完成具併網功能之直流/交流轉換器之設計與製作，為使分散式發電系統順利與市電併聯，將設計同步併網控制法與孤島偵測法，使全系統能安全與有效地操作於市電併聯或孤島運轉模式。為達成有效的電能管理分配以及提升分散式發電系統使用效率，將以CAN Bus作為分散式發電系統內部之資料傳輸，待資料收集完畢後使用GSM無線通訊模組將微電網控制器之資訊傳送至市電端之區域調度中心，以利區域調度中心對各分散式發電系統作有效的能源分配與管理。 50kW及150kW風光互補系統之電力轉換結合了UPS、電源供應器、市電併聯技術、風力發電控制技術、大功率轉換器技術、風力機塔架及葉片之設計與製作等，而目前國內比較欠缺的是大功率轉換器、風力機塔架及葉片之設計與製作等技術，其他國內業界均已在全球占一席之地。另外風光互補系統則須整合以上所列之技術，其門檻相當高，目前全世界尚無類似產品推出。本計畫將借助宏銳電子股份有限公司過去在大功率UPS的研發經驗，開發中型功率之風力與太陽能混合之風光互補系統，除可發展相關技術外，亦可帶動國內風力發電產業之發展。
智慧電網與讀表主軸專案計畫主要負責規劃台灣智慧電網與讀表之研究主軸，規劃分成技術與應用兩大構面，技術面之研究方向如下：(1)電力品質；(2)輸電控制；(3)配電自動化；(4)微電網控制；(5)智慧電表(AMI)與資通訊技術；(6)電能管理與需量反應技術；(7)電力電子；(8)規範與標準。應用面分成四個先導型計畫提出規劃：(1)微電網；(2)智慧電表(AMI)；(3)智慧家庭(建築)電能管理；(4)先進配電自動化。參與計畫單位除國內各大學與相關主力廠商外，亦包括核能研究所、資策會網多所、工業技術研究院能源與環境研究所、中華電信與台灣電力公司等，每年發展經費約三億元。