線性永磁同步馬達速度控制之FPGA晶片研製

Abstract

本論文以Altera所開發FPGA(場效型可規劃邏輯陣列)晶片為基礎，整合數位邏輯晶片於單一顆FPGA晶片上，以實現線性永磁同步馬達之速度控制，並用不同的速度控制器如：比例-積分控制器(PI)與比例-積分-微分控制器(PID)作系統響應的比較。在數位邏輯晶片中，以硬體描述語言(HDL)實現向量控制法則的電流及編碼器回授檢測、座標轉換、正弦波脈寬調變、電流與速度迴路之PI控制器、速度迴路之PID控制器、數位濾波器等功能模組；在數值系統設計上使用16位元Q14格式的數值處理方式實現正規化，以解決數位邏輯晶片上浮點數運算的問題，且能夠提高馬達控制精確度與晶片資料數值運算的解析度。

在實驗系統的硬體架構上，採用Altera公司的Nios II發展套件為線性永磁同步馬達的控制核心，並配合一套包含驅動電路、回授訊號處理電路，來完成線性永磁同步馬達速度控制系統的建構，並經由實驗數據的量測分析與控制參數的調整，而獲取系統較佳的控制效能表現。