臺灣博碩士論文加值系統

本文主要是承襲歷屆學長作的成果整合並發展出一套具
有方便研發、功能驗證、控制容易的分散式馬達控制系統平台，在設計上採用軟、硬體皆模組化的設計，並提供使用者控制器韌體燒錄下載、直接命令控制、監控馬達狀態的人機介面功能，使得本平台兼具實作控制與研究發展的雙重功能，以提供之後的使用者發展新控制理論、架構之用。

論文摘要...................................................................... I
誌謝........................................................................ II
目錄.........................................................................III
圖目.........................................................................VI
表目.........................................................................IX
第一章緒論.....................................................................1
1.1 前言.......................................................................1
1.2 研究動機與目的.......................................................2
1.3 本論文之組織架構....................................................3
第二章馬達伺服理論之簡介...........................................4
2.1 馬達伺服系統之組成................................................4
2.2 馬達種類與動作原理................................................7
2.2.1 馬達種類與動作原理簡介......................................7
2.2.2 直流有刷馬達........................................................8
2.2.3 三相永磁同步式馬達........................................... 11
2.3 感測器與控制器..................................................... 15
2.4 馬達伺服控制相關理論簡介................................... 16
2.4.1 PID 控制............................................................... 17
2.4.2 前饋控制（Feedforward Control） ....................... 18
2.4.3 DQ 轉換................................................................ 21
2.4.4 解耦合（State Feedback Decoupling） ................. 24
2.4.5 狀態預測觀測器.................................................. 26
2.4.6 空間向量脈波調變（SVPWM） .......................... 29
III
2.5 馬達驅動硬體電路架構.......................................... 34
2.6 馬達控制流程簡介.................................................. 35
2.6.1 直流有刷馬達控制簡介....................................... 36
2.6.2 直流無刷馬達控制簡介....................................... 37
2.6.3 交流無刷馬達控制簡介....................................... 40
第三章分散式馬達控制系統簡介.................................. 42
3.1 分散式馬達控制系統概要....................................... 42
3.2 分散式馬達控制系統架構....................................... 45
3.3 馬達控制模組......................................................... 46
3.4 人機介面模組......................................................... 48
3.5 通訊介面模組......................................................... 50
第四章分散式馬達控制系統之實作.............................. 53
4.1 分散式馬達控制系統架構概要............................... 53
4.2 馬達控制模組架構簡介.......................................... 54
4.2.1 UDS 通訊母板...................................................... 57
4.2.2 FPGA 板............................................................... 59
4.2.2.1 硬體電路設計................................................... 59
4.2.2.2 FPGA 開機流程................................................. 70
4.2.2.3 JTAG 的電路設計.............................................. 72
4.2.2.4 軟體設計........................................................... 72
4.2.3 ADSP2181 板........................................................ 95
4.2.4 AD/DA 板............................................................. 96
4.2.5 馬達控制模組軟體架構設計................................ 97
4.3 通訊架構簡介......................................................... 98
4.4 PC 端軟體簡介...................................................... 101
IV
4.4.1 分散式馬達控制軟體簡介................................... 101
4.4.2 共用功能簡介..................................................... 101
4.4.3 檢視各軸狀態簡介............................................. 103
4.4.4 馬達控制及參數更新頁..................................... 104
4.4.5 廣播命令測試頁................................................ 107
4.4.6 特殊功能頁........................................................ 108
4.4.7 FPGA 功能測試頁............................................... 109
4.5 控制軟體發展流程簡介........................................ 110
第五章測試方式與實驗結果....................................... 112
5.1 實驗設備與測試方式簡介..................................... 112
5.1.1 實驗設備簡介.................................................... 112
5.1.2 測試方式簡介.................................................... 114
5.2 FPGA 板功能測試.................................................. 114
5.4 分散式馬達控制方式測試..................................... 119
5.4.1 各軸連線狀態..................................................... 119
5.4.2 控制狀態........................................................... 120
5.5 實驗結果討論....................................................... 121
第六章未來展望.......................................................... 122
附錄一：各代馬達控制器性能比較表............................... 123
參考文獻................................................................... 125

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