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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:葉佳和
研究生(外文):Chia-Huo Yeh
論文名稱:感應馬達驅動模擬器晶片設計與實現
論文名稱(外文):Design and Implementation of an Inductor Motor Drive Simulator on chip
指導教授:詹前茂
指導教授(外文):Chien-Mao Chan
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:電機工程學系碩士班
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:感應馬達驅動器模擬器晶片VHDLFPGA
外文關鍵詞:Inductor motor drivesimulatorchipVHDLFPGA
相關次數:
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摘 要

目前研究電機驅動控制相關領域的研究人員或是學生一般均採微處理器、DSP或是FPGA晶片以實現其運算法則,並利用包含電能轉換器、馬達、感測器及負載系統的實體電機驅動設備來進行驗證與實測。一套實際的電機驅動設備除了體積大佔空間、價格昂貴、實測時又有潛在的危險性。
本論文針對上述問題,提出一種較低價位、無危險性且不占空間的電機驅動模擬器晶片概念;並以FPGA晶片為實驗平台,採用VHDL為設計入口,進行感應馬達驅動模擬器內各模組的設計及實現。
本論文利用FPGA高性能與高穩定性的特點設計感應馬達驅動模擬器,且各模組經個別驗證及整合測試後,與實體電機驅動器輸出訊號進行比較,結果相當近似。


關鍵詞:感應馬達驅動器、模擬器晶片、VHDL、FPGA。
Abstract

For the researchers or students who are studying on the electrical drives oriented microprocessor, DSP or FPGA chips, no matter what platform be chosen to realize the relevant control algorithms, at the final stage, a real electrical drive system, including power converter, motor, sensors, and load system, is necessary to validate the performance as specified. Such equipment is usually worthy, bulky , and potentially dangerous during the testing phase.
To overcome the described problems, a low-cost, portable, and dangerous-less electrical drive simulator on chip with similar signals as a real electrical drive and with random loading capability is proposed in this thesis. Meanwhile, we took VHDL as design entry to design the whole functional blocks of an induction motor drive in VHDL modules.After individual and integrated testing, it showed that both the idea and the design approach proposed in this thesis are practical.


Keywords: Inductor motor drive, simulator, chip, VHDL, FPGA.
目 錄

摘 要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 IV
符號索引 VII
圖 目 錄 IX
表 目 錄 XV
第一章 緒論 1
1.1 背景與動機 1
1.2 目的與方法 2
1.3 重要性 2
1.4 內容大綱 2
第二章 感應馬達驅動器 4
2.1 簡介 4
2.2 感應馬達數學模式 5
2.2.1 空間相量座標轉換與運算 5
2.2.2 一般化交流馬達數學模式 7
2.3.3 感應馬達之動態方程式 9
2.3 電能轉換模組 11
2.3.1 主電力電路 11
2.3.2 脈寬調變技術 11
2.4 電流感測器 14
2.5 轉速編碼器 16

第三章 FPGA晶片之設計與實現環境 17
3.1 簡介 17
3.2 FPGA晶片硬體資源 17
3.2.1 FPGA晶片一般架構 17
3.2.2 FPGA發展板 20
3.3 軟體發展環境 21
3.4 硬體描述語言 23
3.4.1 簡介 23
3.4.2 程式基本架構 23
3.4.3 基本資料型態 25
3.4.4 資料物件 26
3.4.5 階層式設計 27
3.4.6 函式、程序與套件 27
3.5 IEEE程式庫套件介紹 29
第四章 感應馬達驅動模擬器晶片設計 32
4.1 簡介 32
4.2 固定點數值之數字格式定義與運算 32
4.3 積分器實現策略 34
4.4 感應馬達驅動模擬器晶片各模組設計 36
4.4.1感應馬達模組 36
4.4.2座標轉換模組 43
4.4.3變頻器模組 46
4.4.4電流與轉速串列周邊介面(SPI)模組 49
4.4.5同步器模組 50
4.4.6轉速編碼器模組 50
4.5 正弦脈寬調變器晶片之設計 51
第五章 模擬與實測結果 53
5.1 簡介 53
5.2 實驗平台 53
5.3 個別模組功能之模擬與實測 55
5.3.1三相弦波產生器模組之模擬與實測 55
5.3.2正弦脈寬調變器模組之模擬與實測 57
5.3.3變頻器模組之模擬 59
5.3.4電流與轉速串列週邊介面(SPI)模組之模擬與實測 60
5.3.5轉速編碼器模組之模擬與實測 61
5.4 感應馬達驅動模擬器晶片之模擬與實測 63
5.4.1正轉無載自由加速之模擬與實測 65
5.4.2正轉穩態後之加載模擬與實測 69
5.4.3反轉無載自由加速之模擬與實測 73
5.4.4反轉穩態後之加載模擬與實測 77
5.4.5轉速編碼器之實測結果 81
第六章 結論與建議 83
6.1 結論 83
6.2 建議 83
参考文獻 84
作者簡介 87
参考文獻

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