第五章 實作電路與結果
5.5 單馬達系統實作波形
5.5.1 穩態運作波形
在五相馬達控制實作中，反流器直流電源為 310 伏特，IGBT 模組開關切換頻率為 10kHz，輸出負載R g 100Ω，轉速命令為 500 rpm、1000 rpm 和 2000 rpm。在各個情況 下觀察馬達的相電流與端電壓波形並且比較估測轉速與轉速命令。
穩態下 FPGA 各內部訊號波形，如圖 5.23 所示。穩態運作下編碼器經偵測電路產 生位置訊號θ ，r vcont,a為位置訊號以及電流命令經過 PI 後所合成，藉由 SPWM 判斷開 關訊號T 。利用霍爾元件訊號a+ H 可以重置a θ 。而這也是在第二章關於馬達的簡介中，r 對於馬達所附的編碼器的使用方式。
20ms θr
Ha a
vcont.
+
Ta
圖 5.23 FPGA 內部訊號波形圖
穩態下負載R 為l 100Ω，實作結果如圖 5.24 所示。當速度分別穩定於 500 rpm、1000 rpm 和 2000 rpm 時，觀察馬達端電壓V 、電流an i 可以發現，當轉速穩定時，馬達電流a 與端電壓同相，維持系統穩定並使轉矩出力達到最大。
圖 5.24 穩態運轉實作波形圖(Rg=100Ω)： 500 rpm, 1000 rpm, 2000 rpm
5.5.2 轉速變化實作波形
將轉速命令從 500rpm 切換至 2000rpm，馬達控制器調整輸出轉速從 500rpm 上升至 2000rpm，利用數位類比轉換 IC 觀測其暫態實作圖，如圖 5.25 所示。在命令變動時，
由於轉速誤差變大，使得控制進入暫態。但是隨著轉速誤差收斂，控制很快就回復穩態。
在低轉速切換至高轉速時，約需時 0.5 秒至穩態；在高轉速切換至低轉速時，也約需時 0.5 秒至穩態。到這裡為止都是以一組馬達作為控制的架構，接下來會利用先前提及的 架構將馬達串接，並對其做控制。
ωr
*
ωr
圖 5.25 轉速切換實作 500 rpm 至 2000 rpm (Rg=100Ω).
5.5.3 負載切換實作
將負載切換使馬達速度控制迴路進入暫態，此時馬達扭矩產生變化，藉此觀測控制 器補償的效果。如圖 5.26 所示，分別是將負載R 從空載切換至 40l Ω 以及 100 Ω ，利用 數位轉類比 IC 將轉速命令以及目前轉速資訊送出觀測。負載處於空載時電流最小，此 時產生的扭矩最小，而經過切換改變阻值使電流變大扭矩隨之增加。在馬達轉速命令為 1000rpm 的穩態狀況下，負載側的扭矩增加使得馬達的轉速趨緩，同時電流控制器開始 補償將轉速維持在穩定狀態。
在圖 5.26(a)中將空載切換至 40Ω，此時馬達轉速從 1000rpm 下降至 737rpm 左右，
在控制器的補償下約經過 0.5 秒回升至穩定狀態。圖 5.26(b)則是將電阻改變至 100Ω ， 由於阻值較大，因此負載側電流較小，扭矩的變化較少。觀測馬達轉速資訊，此時轉速
從 1000rpm 下降至 846rpm 左右，並在系統運作下於 0.4 秒內回復至穩定狀態。
根據電流控制迴路運作，可以看出在轉速命令變化或是負載端變動的狀況下，造成 系統發生暫態，於實作中均能維持穩定，此為單馬達系統的架構。在雙馬達系統下各自 的負載獨立，且馬達產生的扭矩是獨立的，因此雙馬達系統下的切載狀況與單馬達系統 相同，負載切換的實作於雙馬達系統部分略去不提。
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ωr
ωr
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ωr
圖 5.26 負載切換實作波形