臺灣博碩士論文加值系統

本文發展ㄧ以DSP為控制架構之同步線性馬達驅動系統，硬體方面以TI TMS320VC33 作為主控制器發展平台，並搭配Xilinx SpartanⅡXC2S200 FPGA作為輔助處理器及周邊擴充電路，另外，設計出IGBT之驅動電路、電流迴授電路、光學尺迴授電路和定子位置偵測電路，以完成同步線性馬達之閉迴路控制系統。
DSP主要負責座標轉換、解耦合、狀態迴授控制器、位置、速度和電流迴授之運算，且輸出三相電壓命令訊號，透過擴充介面傳送給FPGA，藉以產生PWM 驅動訊號，用於切換六個IGBT功率晶體所組成之驅動器，使輸出三相弦波電壓而驅動同步線性馬達運動，進而達到線性永磁式同步馬達精密定位之目的。
控制器設計方面，首先推導線性馬達動態數學模型，透過座標轉換和狀態迴授線性化技巧，將此數學模型由非線性耦合轉成線性且解耦合系統，針對此解耦合系統設計狀態迴授控制器，以極點配置方式實現位置、速度、電流回授控制。最後，建構一實際之線性馬達驅動系統，以實驗證明本文所提法方法之有效性。
關鍵字:線性永磁式同步馬達，DSP，FPGA，狀態迴授控制

This thesis develops a linear synchronous motor driving system based on DSP control architecture. The hardware employees DSP of TMS320VC33 served as a main controller and FPGA of XILINX SpartanⅡ XC2S200 as an auxiliary logic circuit. Moreover, we also design an IGBT driving circuit, a current feedback circuit, an encoder feedback circuit and a stator detecting circuit for the driving system to complete a closed loop control system.
DSP is used to run control program, such as coordinate transformation, decoupling, and state feedback control. It also sends three phase voltage command to FPGA. According to this voltage command, FPGA puts out PWM signal to switch IGBT’s driver and then drive the linear motor to complete a precision position control.
For the design of the controller, we firstly derive the dynamic model of the linear motor. This model is transferred to a linear and decoupling system using d-q coordinate transformation and state feedback linearization. Based on this linear model, we design a state feedback controller with pole assignment to guarantee the performance of the position control of the linear motor. Finally, we establish a practical driving system of the linear motor. Experiments confirm the effect of our proposed method.

Key Words：linear synchronous motor, DSP , FPGA , state feedback control

目錄

封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vi
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiv
符號說明 xv

第一章 緒論
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的與方法 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 內容大綱 5
第二章 線性永磁式同步馬達硬體架構
2.1 線性永磁式同步馬達硬體系統規格與規劃 7
2.2 線性永磁式同步馬達動作原理與分類 11
2.3 設計流程概念 14
第三章 DSP驅動控制系統
3.1 線性永磁式同步馬達驅動電路與週邊電路規劃設計 17
3.1.1 換流器/變頻器(Inverter) 17
3.1.2 光耦合器(Photo Coupler)電路 20
3.1.3 光學尺電路(Linear scale) 25
3.1.4 霍爾電流感測廻授電路 31
3.1.5 DC電源供應器(DC power supply) 33
3.1.6 霍爾感測器電路 36
3.2 變頻器與脈寬調變原理與實現 37
3.2.1 三相方波變頻器 39
3.3.2 正弦脈波寬度調變變頻器 54
3.3 TMS320VC33 DSP規格介紹 57
3.4 TMS320VC33 DSP 微控器結構配置 61
3.4.1 DSP數位控制卡 62
3.4.2 記憶體配置及I/O配置 63
3.5 控制軟體開發設計 68
3.6 FPGA硬體架構介面 71
3.6.1 FPGA開發設計流程 73
第四章 建模與控制器設計
4.1 磁場導向向量控制 77
4.2 座標轉換 77
4.3 線性永磁式同步馬達之動態建模 80
4.4 狀態迴授控制器設計 85
第五章 結果與討論 91
第六章 結論 105
參考文獻 106

參考文獻

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