臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要研究為利用標準元件庫晶片設計流程(Cell-Based IC Design Flow)實現無量測器內置永磁馬達向量控制晶片。首先建立無量測器內置永磁馬達向量控制系統，配合標么化運算可使系統應用於不同規格的內置永磁馬達；接著利用MATLAB / Simulink，以電腦輔助設計浮點運算內置永磁馬達控制系統，再以操作點設計定點運算之Q值，設計並驗證32位元與16位元定點運算內置永磁馬達數位控制系統模型。
完成電腦輔助設計後，利用Xilinx ISE，以硬體描述語言Verilog HDL撰寫內置永磁馬達數位控制系統模組之程式碼，設計32位元與16位元之數位控制晶片程式碼，其結果再與電腦輔助設計的結果做驗證與比較，完成晶片設計前段流程。於晶片設計之後段研究，依照晶片繞線與佈局流程，將晶片程式碼產生之暫存器轉移層次(Register Transfer Level, RTL)做邏輯合成，得到晶片硬體之電路網表(Netlist)，最後開始進行佈局與繞線，完成自動化佈局與繞線(Automatic Placement and Route, APR)，得到無量測器內置永磁馬達向量控制晶片之佈局結果。

This thesis applies the cell-based IC design flow procedure to develop a vector control chip for a speed sensorless interior permanent magnet (IPM) synchronous motor. First, the speed sensorless vector control system for an IPM is established. The system is per unitized so that it can be applicable to different motor specifications. Next, the computer-aided design tool, MATLAB/Simulink, is used to build the floating-point based numerical model, which is then used to design fixed-point Q-value based 32-bit and 16-bit numerical models for the IPM control system.
Based on the numerical simulation results, the thesis develops the Verilog HDL programming codes for the IPM vector control system on the Xilink ISE platform. The numerical results are verified and the initial IC design phase is achieved. The second phase of IC design follows the routing and placement procedure: The register transfer level produced by the programming codes is logically synthesized and the netlist is generated. Through automatic placement and routing, the final placement for the sensorless IPM vector control chip is obtained.

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
符號索引 vii
圖表索引 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 內容大綱 4
第二章 內置永磁馬達控制系統與標么化 5
2.1 內置永磁馬達簡介 5
2.2 內置永磁馬達數學方程式與標么化 7
2.3 內置永磁馬達向量控制與標么化 10
2.4 內置永磁馬達無量測器控制與標么化 14
第三章 電腦輔助設計內置永磁馬達數位控制系統 18
3.1 浮點運算內置永磁馬達控制系統設計 19
3.1.1 浮點運算內置永磁馬達模型設計 19
3.1.2 浮點運算內置永磁馬達向量控制模型設計 22
3.1.3 浮點運算內置永磁馬達無量測器控制模型設計 24
3.2 利用操作點設計定點運算之Q值 27
3.2.1 定點數介紹 27
3.2.2 操作點介紹 28
3.3 32位元定點運算內置永磁馬達控制系統設計 29
3.3.1 32位元定點運算內置永磁馬達數位模型設計 29
3.3.2 32位元定點運算內置永磁馬達向量控制數位模型設計 33
3.3.3 32位元定點運算內置永磁馬達無量測器數位模型設計 35
3.4 16位元定點運算內置永磁馬達控制系統設計 38
3.4.1 16位元定點運算內置永磁馬達數位模型設計 38
3.4.2 16位元定點運算內置永磁馬達向量控制數位模型設計 40
3.4.3 16位元定點運算內置永磁馬達無量測器數位模型 42
第四章 內置永磁馬達數位控制晶片之Verilog HDL程式設計 46
4.1 運算元件與系統規劃設計 47
4.1.1 乘法器模組 47
4.1.2 積分器模組 48
4.1.3 除法器模組 49
4.1.4 正(餘)弦數值產生電路 50
4.1.5 IO介面與暫存器規劃 53
4.1.6 系統時序規劃 56
4.2 32位元內置永磁馬達數位控制晶片程式設計 58
4.2.1 32位元單一模組之設計 58
4.2.2 32位元完整模組之設計 64
4.3 16位元內置永磁馬達數位控制晶片程式設計 68
4.3.1 16位元單一模組之設計 68
4.3.2 16位元完整模組之設計 74
第五章 模擬與比較 79
5.1 模擬環境介紹 79
5.2 使用操作點驗證控制系統設計 81
5.2.1 電腦輔助設計浮點運算結果 81
5.2.2 電腦輔助設計32位元與16位元定點運算結果 85
5.2.3 Verilog HDL設計32位元與16位元定點運算結果 88
第六章 內置永磁馬達數位控制晶片 佈局設計 93
6.1 晶片設計流程 93
6.1.1 Design Compiler之應用 94
6.1.2 DFT Compiler之應用 95
6.1.3 Astro之應用 96
6.2 32位元內置永磁馬達數位控制晶片之佈局 104
6.3 16位元內置永磁馬達數位控制晶片之佈局 114
第七章 結論與建議 124
參考文獻 125
附 錄 127
作者簡介 128

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