使用FPGA實現永磁同步馬達速度與電流控制器｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	許智雄 Chih-Hsiung Hsu
論文名稱：	使用FPGA實現永磁同步馬達速度與電流控制器 FPGA Implementation of Permanent Magnet Synchronous Motor Speed and Current Controllers
指導教授：	施慶隆 Ching-Long Shih
口試委員:	李文猶 Wen-Yo Lee 黃志良 Chih-Lyang Hwang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電機工程系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	70
中文關鍵詞：	永磁同步馬達、場效可規劃邏輯陣列、空間向量脈波寬度調變、比例積分控制器、速度與電流控制器
外文關鍵詞：	Permanent Magnet Synchronous Motor, Field Programmable Gate Array, SVPWM, PI Controller, Speed and Current Controllers
相關次數：	點閱：324 下載：15
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本研究的目的在於使用場效可規劃邏輯陣列晶片實現永磁同步馬達速度與電流控制器，控制方法使用空間向量脈波寬度調變法。在控制器實作上包括有三相電壓命令產生器、三角波產生器、脈波寬度調變產生器、馬達轉速及轉子位置估算、比例積分控制器。為了提高轉矩的輸出加入了相位補償與死區時間補償。最後實驗驗證速度閉迴路與電流閉迴路的響應情形，並且分析加負載與無負載兩者之間的控制響應及性能分析。

The purpose of this research is to realize the speed and current controllers for permanent magnet synchronous motors(PMSM) using Field-Programmable-Gate-Array(FPGA). The control method is to based on the space vector pulse width modulation(SVPWM) . In the implementation of the controllers , it includes three-phase voltage command , triangular wave generator , pulse width modulation generator , speed and rotor position estimation of motor , and PI controller . In order to increase the quantity of output torque, we add phase and dead-time compensation . Finally through the experiment , the response of speed and current closed-loop is verified and analyies the control response as well as performance between on-load and no-load cases.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖表目錄 VII
第一章 緒論 1
1 研究動機與目的 1
2 文獻回顧 2
3 論文架構 3
第二章 永磁同步馬達原理與控制架構 5
1 永磁同步馬達簡介 5
1.1 交流馬達的分類 5
2 永磁同步馬達動力方程式 7
3 永磁同步馬達驅動方法 10
4 定義馬達三相與其對應之霍爾元件訊號 11
5 六步方波驅動 13
6 空間向量脈波寬度調變驅動(SVPWM) 14
6.1 三相變頻器之切換狀態 15
6.2 合成向量及導通時間計算 17
6.3 六臂開關之PWM切換時間 20
第三章 空間向量脈寬調變之速度與電流控制器 22
1 系統概論 22
2 空間向量脈寬調變實現 22
3 正反轉設計 23
4 電流閉迴路控制 25
5 速度閉迴路控制 25
6 速度與電流閉迴路控制 26
7 馬達轉子位置估測方法 28
8 相位補償 30
9 死區時間補償法 33
第四章 硬體架構與FPGA控制電路 36
1 硬體電路系統架構 36
1.1 永磁同步馬達 36
1.2 電源整流分壓電路 37
1.3 三相變頻器 38
1.4 霍爾元件濾波電路 39
1.5 電流回授電路 39
1.6 Altera  CycloneIV  EP4C22F17C8N 40
2 FPGA控制電路 42
2.1 鎖相迴路模組 43
2.2 三相電壓命令 43
2.3 三角波參考訊號產生器 45
2.4 脈寬調變訊號產生器 46
2.5 死區時間產生器 47
2.6 馬達轉速估測 48
2.7 馬達轉子角度估測 49
2.8 A/D轉換器串列通訊介面 51
2.9 數位化PI控制器 52
第五章 實驗結果 53
1 閉迴路電流控制實驗 54
2 閉迴路速度控制實驗 56
3 閉迴路速度與電流控制實驗 59
第六章 結論與建議 67
1 結論 67
2 建議 68
參考文獻 69

                                

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