(34.239.150.57) 您好!臺灣時間:2021/04/14 22:53
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:蔡明宏
研究生(外文):Ming-Hung Tsai
論文名稱:永磁式同步馬達驅動器模糊控制晶片之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Fuzzy Controller IC for Permanent Magnet Synchronous Motor Drives
指導教授:龔應時龔應時引用關係
指導教授(外文):Ying-Shieh Kung
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:電機工程系
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:184
中文關鍵詞:現場可規劃邏輯閘陣列模糊控制器永磁式同步馬達空間向量脈波寬度調變向量控制
外文關鍵詞:FPGAFUZZY ControllerPMSMSVPWMVector Control
相關次數:
  • 被引用被引用:10
  • 點閱點閱:338
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:130
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
  本論文主要研究以FPGA晶片來實現永磁式同步馬達驅動系統速度控制器。此速度控制晶片主要包括兩組智財(IP),一組為馬達電流迴路向量控制IP,另一組為馬達速度迴路模糊控制IP。向量控制IP主要執行永磁式同步馬達電流迴路控制中所需之座標轉換、脈波編碼信號偵測、電流偵測(A/D轉換控制)、空間向量脈波寬度調變(SVPWM)、PI控制器等功能,而速度迴路模糊控制IP主要執行正規化、模糊化、模糊推論、反模糊化、反正規化等功能。此外,本文也設計一組匯流排介面IP,透過此組IP,速度控制晶片可以接收外界微處理器(如DSP晶片)之速度命令,也可把永磁式同步馬達運轉狀態傳至外界微處理器內,以進行性能分析比較。為了提高系統設計之精度,模糊控制IP採用10位元資料長度,而向量控制IP採用12位元Q11且2’補數之資料格式。所有電路採用模組化設計,以簡化設計與降低硬體實現之複雜度。本系統之FPGA晶片使用ALTERA公司生產的Cyclone EP1C20現場可規劃邏輯陣列,而內部電路以VHDL語言發展。最後,除模擬外,本論文完成建構一套實驗系統─包括FPGA為基礎之伺服實習板、TMS320F24x DSK板、換流器、整流器、永磁式同步馬達、PC等,由實驗分析及其性能響應可以證實所提的永磁式同步馬達速度控制晶片之有效性。
  In this thesis, a permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed control IC implemented by a FPGA chip is presented. This control IC contains two major intellectual properties (IP). One is the current vector control IP used in current loop of the PMSM, the other is fuzzy control IP used in speed loop of the PMSM. The current vector control IP performs the function of the coordinate transformation, the detection of quadrature encoder pulse, the current detection (A/D conversion), the space vector pulse width modulation (SVPWM), and two PI controllers. The fuzzy control IP performs the function of normalization, fuzzification, fuzzy inference, defuzzification and denormalization. Except that, this control IC also contains a bus interface IP. Therefore, the control IC can receive the external speed command and transmit the running status and dynamic information of the PMSM to external processor (such as, DSP chip) through this bus interface IP. To simplify the design and increase the precision realization, a modular design approach is proposed and a 12-bit data length with Q11 and signed 2’s complement computation in vector control IP and a 10-bit data length in fuzzy control IP are utilized. In this thesis, the Altera CycloneEP1C20 FPGA chip is used and the circuits are designed by VHDL. At last, except simulation, an experimental system which includes a FPGA-based servo board, a TMS320F24x DSK, an inverter, a rectifier, a PMSM and a set of PC has been set up and some experimental results have been provided for demonstrating the effectiveness of the proposed speed control IC.
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 IX
符號表 XVII
英文簡寫表 XXII
第一章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機 3
1.4 本文架構 4
第二章 永磁式同步馬達之數學模式及向量控制與空間向量脈波寬度調變 6
2.1 永磁式同步馬達之數學模式 7
2.2 永磁式同步馬達之向量控制原理 11
2.3 座標轉換 13
2.3.1 座標轉換與功率關係推導 14
2.3.2 座標轉換方程式 14
2.3.3 磁極角度量測 15
2.4 空間向量脈波寬度調變 16
2.5 PMSM電流控制晶片之架構 23
第三章 數位積體電路設計與FPGA晶片介紹 26
3.1 數位積體電路設計 26
3.2 ALTERA CYCLONE晶片介紹[10] 29
3.3 晶片設計 36
3.3.1 硬體描述語言 37
3.3.2 軟體設計流程 38
3.3.3 ALTERA SOPC介紹[12] 40
第四章 模糊控制介紹 44
4.1 模糊控制器的組成 44
4.1.1 模糊化介面 44
4.1.2 模糊知識庫 46
4.1.3 決策邏輯 47
4.1.4 解模糊化 50
第五章 永磁同步馬達控制晶片之系統設計 52
5.1 永磁同步馬達速度控制晶片之硬體架構 52
5.2 座標轉換電路 53
5.2.1 三相座標軸及 靜止座標軸之轉換電路 54
5.2.2 靜止座標軸與 同步旋轉軸之轉換電路 56
5.2.3 同步旋轉軸與 靜止座標軸之轉換電路 57
5.2.4 靜止座標軸及 三相座標軸之轉換電路 59
5.2.5 SIN&COS查表電路 61
5.3 空間向量脈波寬度調變之IP設計 63
5.4 馬達回授檢測電路 68
5.5 與DSP溝通之介面電路 72
5.6 PI控制器電路 73
第六章 模糊控制器IP之設計 75
6.1 模糊化電路 75
6.1.1 速度誤差與誤差變化量計算之電路設計 75
6.1.2 正規化電路 77
6.1.3 模糊化電路[48~59] 83
6.2 決策邏輯電路[48~59] 90
6.3 解模糊化電路[48~59] 101
6.3.1 解模糊化電路 101
6.3.2 反正規化電路 106
6.3.3 積分控制電路 108
6.4 模糊邏輯電路之實現 110
第七章 實驗之硬體架構 117
7.1 FPGA伺服馬達控制晶片實驗板 119
7.2 伺服馬達驅動器電路設計 124
7.3 DSP實驗板 127
第八章 系統實驗結果與分析 129
8.1 電流閉迴路控制實驗 129
8.2 速度閉迴路控制實驗 134
8.2.1 PI控制器速度閉迴路控制實驗 137
8.2.2 模糊控制器速度閉迴路控制實驗 141
第九章 結論與未來發展 150
參考文獻 152
作者簡介 158
[交流馬達控制]
[1] L. H. Hoang, “Microprocessors and digital IC’s for motion control,” Proc. IEEE, vol. 82, no. 8, pp. 1140-1163, Aug.1994.
[2] F. Blaschke, “The principle of field orientation as applied to the new transvektor closed-loop control system for rotating-filed machines,” Siemens Review, vol. 39, no. 5, pp. 217-220, 1972.
[3] S. J. Kim, H. J. Lee, S. K. Kim and Y. A. Kwon, “ASIC design for DTC based speed control of induction motor,” Industrial Electronics, 2001. Proceedings. ISIE 2001. IEEE International Symposium on , vol. 2 , 2001
[4] D. Mann, “NEW DSP-Controller IC For Digital Motor Control,” Electronic Engineering, no. 1, pp. 57~62, Sep. 1996.
[5] Y. S. Kung, C. W. Chen and Y. S. Hsu, “Implementation of a DSP_based servo motion controller for X-Y table,” The 22nd Symposium on Electr. Power Eng., PP. 1011~1015, Nov. 2001.
[交流馬達數學模式]
[6] B. K. Bose, Power Electronics and AC Drivers, Prentice-Hall Inc., 1989.
[7] D. W. Novotny, T. A. Lipo, Vector control and dynamics of AC drives, Oxford, 1996
[8] 劉昌煥、許溢适,AC伺服系統的理論與設計實務,文笙出版社,1993。
[9] 劉昌煥,交流電機控制:向量控制與直接轉矩控制原理,東華書局,2001。
[CPLD晶片]
[10] CD-ROM, Documentation Library, Altera Inc., Sep. 2003.
[11] Data sheet, FLEX10K Embedded Programmable Logic Device Family, Altera Inc., Mar. 2001.
[12] CIC, ALTERA Training Manual-Embedded Processor System Design With Nios, July. 2003.
[13] CIC, ALTERA Training Manual, July. 2003.
[14] CIC, ALTERA Training Manual-FPGA Design with Quartus II, July. 2003.
[15] Altrra Inc.,Nios Development Board, Refference Manual, Cyclone Edition, Version 1.0, March 2003.
[VHDL語言]
[16] J. Bhasker, VHDL Primer, Third edition, Prentice-Hall Inc., 1999.
[17] C. H. Roth, Digital system design using VHDL, PWS Pub., 1998.
[18] 盧毅,VHDL與數位電路設計,文魁出版社,2000。
[19] 唐佩忠,VHDL與數位邏輯設計,高立出版社,1999。
[20] 鍾明政、吳金勇,XILINX FPGA 數位邏輯設計,長高出版社,1999。
[21] 蕭如宣,VHDL 數位系統電路設計,儒林出版社,1999。
[22] 廖裕評、陸瑞強,CPLD數位電路設計使用Max+plus II 入門篇,全華圖書公司,1999。
[23] 林傳生,使用VHDL電路設計語言之數位鏈路設計,儒林圖書公司,1998。
[SVPWM控制]
[24] M. Cirstea, A. Aounis, M. McCormick and P. Urwin, “Vector control system design and analysis using VHDL,” PESC. 2001 IEEE, vol. 1, pp. 81 -84, 2001.
[25] M. F. Tsai and H. C. Chen, “Design and implementation of a CPLD-based svpwm ASIC for variable-speed control of AC motor drives,” PEDS. IEEE Conf., Vol. 1, pp. 22-25, Oct. 2001.
[26] J. C. G.. Pimentel and H. L. Huy, “A VHDL-based methodology to develop high performance servo drivers,” Industry Applications Conf. IEEE , vol. 3, pp. 1505 -1512, 2000.
[27] M. F. Tsai and Y. Y. Tzou, “AC transputer-based adaptive speed controller for AC induction motor drives with torque estimation,” International IEEE/ISA Conf. on Industrial Automation and Control, pp. 509-516, 1995.
[28] T. S. Kuo and Y. Y. Tzou, “Implementation and Analysis of DSP Assembly Language for Space Vector Plus Width Modulation,” Proceeding of the 17th Sym. on Electr. Power Eng., pp.304~308, 1996.
[29] Y. Y. Tzou and H. J. Hsu, “FPGA realization of Space-Vector PWM Control IC for Three-Phase PWM Inverters,” IEEE Trans. on Power Electr., Vol. 12, No. 6, pp.953-963. 1997.
[30] M. G. Egan, J. M. Murphy, E. J. Heffernan, S. U. Lidholm and M. L. Mcgrah, “An ASIC-Based PWM Waveform Generator for AC Motor Control Applications,” ISCAS’88, pp.1369-1372, 1988.
[AC Motor Chip]
[31] S. J. Kim, H. J. Lee, S. K. Kim and Y. A. Kwon, “ASIC design for DTC based speed control of induction motor,” Industrial Electronics, 2001. Proceedings. ISIE 2001. IEEE International Symposium on , vol. 2 , 2001
[32] F. Aubepart, P. Poure and F. Braun, “VLSI design approach of complex motor control: case of direct torque control of AC machine,” ICECS IEEE Conf., vol. 2, pp. 814 -817, 2000.
[33] 蔡明發, “Design and Implementation of an FPGA-Based Development System for Motor Control Chip,” NSC 88-2213-E-159-011, 1999.
[34] 郭天送,「Design and Implementation of an FPGA-Based Control IC for AC Servo Motors」,國立交通大學控制工程研究所碩士論文,民國八十六年六月。
[35] 周舜賢, “內藏式永磁馬達之改良型全數位向量控制器”, 國立清華大學電機工程學系碩士論文,2000。[36] 葉禮嘉, “以FPGA為基礎三相脈寬調變電流迴路控制器之模擬分析” ,第十七屆電力研討會,民國八十五年七月。
[37] 王清穩, “以DSP實現永磁式交流馬達之控制參數自動調整與極點配置控制設計” ,國立交通大學電機與控制工程系碩士論文,2000。
[38] 陳鴻賀, “以數位信號處理器為基礎之永磁式同步電動機伺服驅動系統之研製” ,國立台灣科技大學電機工程系碩士論文,2001。
[39] D. R. Woodward, D. C. Levy and R. G. Harley, “An FPGA based Configurable I/O System for AC Drive Controllers,” IEEE, pp. 424-427, 1994.
[40] 郭力豪(指導老師:龔應時), “FPGA晶片在伺服馬達電流迴路控制,” 89年國科會學生計畫。
[FUZZY控制]
[41] T. S. Li, C. S. Hsu and Y. J. Su, “Design of a dynamic fuzzy controller IC with application to garage parking control.” Fuzzy Systems, IEEE Conf. on , Vol. 1, pp. 239 ~244, 2000.
[42] K. M. Passino and S. Yurkovich , Fuzzy Control, Addison Wesley Longman Inc., 1998.
[43] T. Yamakawa, “Stabilization of an inverted pendulum by a high-speed fuzzy logic controller harward system,” Int. J. Control, vol. 24, no. 5, pp. 673-692, 1976.
[44] L. A. Zadeh, “Fuzzy sets,” Informat. Control, vol. 8, pp. 338-353, 1965.
[45] C. C. Lee, “Fuzzy logic in control system: fuzzy logic controller-Part I,” IEEE Trans. Syst. Man. and Cybern., vol.20, no. 2, pp. 404-418, 1990.
[46] Y. S. Kung and C. M. Liaw, “A fuzzy controller improving a linear model following controller for motor drives,” IEEE Trans. on Fuzzy Systems, vol. 2, No. 3, pp. 194-202, 1994.
[47] C. Y. Huang, C. Y. Chen and B. D. Liu, “Current-Mode Linguistic Hedge Circuit for Adaptive Fuzzy Logic Controllers,” Electronics Letters, vol. 31, no. 17. pp.1517-1519. 1995.
[48] 楊勝富, “具自我調適能力的平行模糊推論引擎之晶片設計” ,國立成功大學電機工程系碩士論文,1994。
[49] 陳聖凱, “以FPGA為基礎之模糊滑動模式控制器之ASIC設計” ,國立成功大學電機工程系碩士論文,1999。
[50] 許晨聲, “以FPGA實現動態模糊控制器IC之設計” ,國立成功大學電機工程系碩士論文,1999。
[51] 李宗勳, “應用FPGA晶片實現車型機器人之智慧型路邊停車控制之研究” ,國立成功大學電機工程系碩士論文,1999。
[52] 蘇裕記, “以FPGA晶片實現智慧型車庫停車控制系統” ,國立成功大學電機工程系碩士論文,2000。
[53] 潘昱廷, “電動聲控輪椅之FPGA伺服馬達控制晶片設計與實現” ,國立成功大學電機工程系碩士論文,2000。
[54] 龔應時, 陳建武, 徐永松, 呂維曦, 林琦修, “以DSP晶片研製旋轉式倒單擺模糊控制器,” Technical Journal of Digital Signal Processing, Vol. 1, pp.113-120, March 2000.
[55] 方怡旻,“ 以模糊理論設計電動車之能源回收系統” ,逢甲大學電機工程系碩士論文,2002。
[56] 陳建武,“ 永磁式同步馬達伺服控制晶片之研製” ,南台科技大學電機工程系碩士論文,2002。
[57] 莊鈞閔, “模糊控制系統設計與實現” ,淡江大學電機工程系碩士論文,2002。
[58] 楊溢棋, “以FPGA實現PID模糊控制晶片之設計” ,淡江大學電機工程系碩士論文,2002。
[59] 曹國昌,“ FPGA為基礎之微步進馬達模糊電流控制器設計” ,長庚大學電機工程系碩士論文,2003。
[60] 溫坤禮、陳振欽、鄧國修,糢糊控制原理與應用,全華圖書公司,1994。.
[61] 孫宗瀛、楊英魁,Fuzzy 控制理論、實作與應用,全華圖書公司,1994。
[62] 李允中、王小潘、蘇木春,模糊理論及其應用,全華圖書公司,2003。
[DSP晶片控制]
[63] Handbook , TMS320C24x DSP, Texas Instruments, 1999.
[64] Handbook, Digital Control Application With The TMS320 Family, Texas Instruments, 2001.
[65] 龔應時、陳建武、徐永松,TMS320F/C24x DSP控制器原理與應用,滄海書局,2001年9月
[66] 徐永松,“ 以DSP晶片為基礎研製X-Y平台交流伺服控制器” ,南台科技大學電機工程系碩士論文,2002。
[67] 涂富凱,“ 以浮點DSP晶片為基礎研製永磁式同步馬達適應性模糊控制
器” ,南台科技大學電機工程系碩士論文,2003。
[68] 支裕文,“以FPGA為基礎實現感應馬達系統晶片發展平台” ,國立台灣
科技大學電機工程系碩士論文,2003。
[69] 邱益國,“以FPGA為基礎之永磁式同步伺服馬達向量控制晶片研製”,國立台灣科技大學電機工程系碩士論文,2003。
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔