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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:翁春芳
論文名稱:利用數位訊號處理器(DSP)設計與實現光碟機主軸馬達之控制系統
論文名稱(外文):Design and implementation of spindle motor control system in the CD-ROM by digital signal processor
指導教授:鄭智湧鄭智湧引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:光碟機主軸馬達數位訊號處理器
外文關鍵詞:CD-ROMspindle motorDSP
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本論文研究之重點即在以DSP(Digital Signal Processor)單晶片來架構光碟機主軸馬達之控制系統,並選擇以TI的F243 DSK板來實現數位控制器。論文中,以傳統之PID理論實現控制器,而發現主軸馬達系統飽和之非線性現象,並以加上前饋控制或dead-zone nonliearity 來解決此問題,而達到無穩態誤差之定速控制。另外,以MATLAB函式方式撰寫之馬達控制工具箱,來提出MATLAB軟體結合實際硬體作線上馬達控制之構想。
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1.引言及研究背景……………………………………………………1
1.2.研究動機……………………………………………………………3
1.3.論文架構介紹………………………………………………………3
第二章 系統概論…………………………………………………………5
2.1.光碟機系統概論……………………………………………………5
2.1.1.光碟機之系統架構………………………………………………5
2.1.2.光碟機之伺服構造及原理概觀…………………………………6
2.2.無刷直流馬達之簡介………………………………………………7
2.2.1.無刷直流馬達之動作原理………………………………………8
2.3.DSP控制器概觀……………………………………………………10
2.3.1.F243DSK板之簡介………………………………………………11
2.3.2.資料擷取與‘C2000 Code Composer…………………………17
第三章 主軸馬達之DSP控制架構………………………………………19
3.1.硬體架構 …………………………………………………………19
3.2.資料傳輸 …………………………………………………………21
3.3.系統鑑定 …………………………………………………………21
3.4.控制器之原理 ……………………………………………………25
3.4.1. PID控制器 ……………………………………………………25
3.4.1.前饋控制 ………………………………………………………26
3.5.控制器之實現 ……………………………………………………29
3.5.1.積分終結 ………………………………………………………32
第四章 實驗結果與分析 ………………………………………………36
4.1.無刷直流馬達之驅動 ……………………………………………36
4.2.定速控制之結果與分析 …………………………………………40
第五章 馬達控制工具箱 ………………………………………………50
5.1.控制器(controller)部份 ……………………………………51
5.1.1. PWM波形產生 …………………………………………………51
5.2. 受控體(plant)部份 …………………………………………57
5.2.1.脈波產生 ………………………………………………………57
5.2.2.馬達轉動模擬動畫 ……………………………………………58
5.3.感測器(sensor)部份 …………………………………………59
5.3.1.計數脈波 ………………………………………………………59
5.3.2.除錯並還原信號 ………………………………………………60
5.4.MATLAB之mex-function …………………………………………60
5.5.馬達模擬動畫之圖形視窗 ………………………………………62
第六章 結論與未來展望 ………………………………………………64
參考文獻 ………………………………………………………………65
圖表目錄
圖 2.1.1. 光碟機之系統架構圖…………………………………………5
圖 2.1.2. 光碟機之伺服系統……………………………………………6
圖 2.2.1. 無刷馬達驅動原理……………………………………………9
圖 2.2.2. 無刷直流馬達系統描述………………………………………10
圖 2.3.1. F243 DSK之基本架構…………………………………………12
圖 2.3.2. F243 DSK板……………………………………………………13
圖 2.3.3. 記憶體配置……………………………………………………16
圖 2.3.5. 軟體發展流程…………………………………………………18
圖 3.1.1. 主軸馬達之DSP控制架構 ……………………………………19
圖 3.1.2. 保護電路及低通濾波器之電路圖……………………………20
圖 3.3.1. 系統鑑別輸入圖………………………………………………24
圖 3.3.2. ARX模型架構圖 ………………………………………………24
圖 3.3.2. 系統鑑別………………………………………………………24
圖 3.4.1. Feedforward Control ………………………………………27
圖 3.4.2. Prefilter Control …………………………………………27
圖 3.5.1. PID控制方塊圖 ………………………………………………29
圖 3.5.2. PID數位控制方塊圖 …………………………………………30
圖 3.5.3. 輸入電壓與輸出轉速之關係圖………………………………31
圖 3.5.4. PI控制模擬方塊圖……………………………………………31
圖 3.5.5. 積分終結示意方塊圖…………………………………………32
圖 3.5.6. 前饋控制加P控制器模擬方塊圖 ……………………………33
圖 3.5.7. 反積分終結示意方塊圖………………………………………33
圖 3.5.8. 反積分終結之改善……………………………………………34
圖 3.5.9. PI控制器加反積分終結模擬方塊圖…………………………35
圖 4.1.1. 無刷直流馬達驅動架構圖……………………………………36
圖 4.1.2. 驅動直流電壓與單一迴授信號圖……………………………37
圖 4.1.3. u、v、w三相信號 ……………………………………………38
圖 4.1.4. u+v+w之信號圖 ………………………………………………38
圖 4.2.1. 實際控速量測與模擬比較圖…………………………………41
圖 4.2.2. 原系統與加控制器之響應比較圖……………………………41
圖 4.2.3. 前饋控速3125 rpm之時間響應圖……………………………42
圖 4.2.4. 前饋控速3906.3 rpm之時間響應圖…………………………42
圖 4.2.5. 前饋控速4464.3 rpm之時間響應圖…………………………43
圖 4.2.6. 前饋控速6250 rpm之時間響應圖……………………………43
圖 4.2.7. PI控速3125 rpm之時間響應圖………………………………44
圖 4.2.8. PI控速3906.3 rpm之時間響應圖……………………………45
圖 4.2.9. PI控速4464.3 rpm之時間響應圖……………………………45
圖 4.2.10.PI控速6250 rpm之時間響應圖 ……………………………46
圖 4.3. 主程式流程圖……………………………………………………47
圖 4.4. 峰值中斷流程圖…………………………………………………48
圖 4.5. CAP3中斷流程圖…………………………………………………49
圖 5.1. 一般控制方塊圖…………………………………………………50
圖 5.1.1. 對稱型PWM波形 ………………………………………………52
圖 5.1.2. 對稱型PWM脈波(active-high)……………………………53
圖 5.1.3. 對稱型PWM脈波(active-low) ……………………………53
圖 5.1.4. 非對稱型PWM波形 ……………………………………………54
圖 5.1.5. 非對稱型PWM脈波(active-high)…………………………55
圖 5.1.6. 非對稱型PWM脈波(active-low) …………………………55
圖 5.1.7. PWM之運用範例方塊圖 ………………………………………56
圖 5.1.8. PWM低頻範例之響應圖 ………………………………………56
圖 5.1.9. PWM高頻範例之響應圖 ………………………………………57
圖 5.2.1. 脈波產生圖……………………………………………………58
圖 5.2.2. 馬達轉動模擬動畫圖…………………………………………58
圖 5.3.2. 對有雜訊之信號除錯並還原成無雜訊之信號………………60
圖 5.4.1. 線上控制示意圖………………………………………………61
圖 5.5.1. 馬達模擬動畫之圖形視窗圖…………………………………62
[1]宇倫,“光碟機伺服系統設計概要”,電機月刊第八卷第九期, PP.54-167,Sep. 1998。
[2]簡文烯,“光碟機伺服系統剖析” ,電機月刊第二卷第一期,PP.88-99, Jan. 1996。
[3]王中呈, “高倍速光碟機無刷式主軸馬達之研究”,國立交通大學控制工程學系碩士論文,1996。
[4]楊宇助, “光碟機變速讀取模式與主軸馬達轉速控制之分析”,國立交通大學控制工程學系碩士論文,1997。
[5]黃師豪,“無刷伺服馬達控制”,機械月刊第十七卷第十期,PP.203-216, Oct. 1990。
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[7]劉昌煥博士校閱,羅煥茂編著,“小型電動機控制─機電整合”,東華書局出版,1990。
[8]龔應時博士、陳建武、徐永松編著,“TMS320F/C24x DSP控制器原理與應用”,滄海書局出版, Sep. 2001。
[9]吳金勇、李隆財編著,“TMS320C240原理與實習”,長高書局出版, May 2000。
[10]張碩編著,“自動控制系統”,鼎茂圖書出版,1997。
[11]張智星, “MATLAB程式設計與應用”,清蔚科技出版 ,Feb. 2000。
[12]林群超編譯,“自動控制系統設計與MATLAB語言”,全華科技出版,Nov. 1999。
[13]趙清風編譯,“使用MATLAB控制之系統鑑別”,全華科技出版,Feb. 2001。
[14]Benjamin C. Kuo, “Automatic Control Systems”, Prentice-Hall International Inc.,1995.
[15]“TMS320F243/F241/C242 DSP Controllers Reference Guide System and Peripherals”,Jan. 2000.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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