Sprzętowa implementacja transformacji Clarka i Parka

• Autorzy: Góra G. , Karpiel G. , Mars P. , Sitek R. , Goczał M.

Warianty tytułu

EN

Hardware implementation of the Clarke and Park transformations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykorzystanie układu FPGA jako platformy sprzętowej pozwala na równoległe przetwarzanie zadań oraz implementację wielu systemów na jednym układzie fizycznym. Te zalety układów reprogramowalnych skłoniły autorów do przedstawienia koncepcji systemu, który pozwala na implementację wielu sterowników dla napędów bezpośrednich małych i średnich mocy na jednym układzie fizycznym. Implementacja transformacji Clarka i Parka jest konieczna, aby proponowany system dawał możliwość zaprojektowania sterowników pracujących w trybie prądowym. Elementami zaprojektowanego modułu sprzętowej transformacji prądów fazowych do współrzędnych (d,q) są: komponent wykorzystujący algorytm CORDIC do wyznaczania wartości funkcji trygonometrycznych kąta wejściowego, zaimplementowany algorytm mnożenia sekwencyjnego oraz maszyna stanu, której zadaniem jest wyznaczenie transformaty przy pomocy wcześniej opisanych komponentów oraz podstawowych operacji arytmetycznych i logicznych. W celu weryfikacji zaimplementowanego modułu sprzętowego przygotowano system bazujący na softprocesorze Nios II umożliwiający: przygotowanie pseudolosowych danych wejściowych, weryfikację poprawności otrzymywanych wyników oraz pomiar czasu wykonywania transformacji przez testowany moduł. W podsumowaniu omówiono otrzymane błędy numeryczne oraz przedstawiono zalety i wady opracowanego modułu.

EN

The FPGA chip utilization as a hardware platform enables the parallel processing of tasks and multiple systems on a single chip implementation. These advantages of the reprogrammable chips led authors to present the concept of the system, which allows the implementation of multiple controllers for the small and medium power direct drives on a single physical system. The Clarke and Park transformations implementation is essential to gives the possibility to design the working in current mode controllers for the proposed system. The designed module elements for hardware transformation of phase currents to the (d,q) coordinates are: component utilizing CORDIC algorithm for the calculation of trigonometric functions values of the input angle, the implemented sequential multiplication algorithm as well as the state machine which aims to determine the transform using the previously described components and basic arithmetic and logic operations. In order to verify the implemented hardware module, the system based on soft-processor Nios II was prepared which enables: preparation of pseudo-random input data, verification of the correctness of the obtained results, and the transformation execution time measurement of the tested module. In the conclusion, the obtained numerical errors were discussed as well as advantages and disadvantages of the developed module was presented.

Słowa kluczowe

PL

transformacja Clarka; Transformacja Parka; FPGA; CORDIC

EN

Clarke Transform; Park transform; FPGA; CORDIC

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 1 (113)
• Strony: 23--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Góra G.

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Karpiel G.

• Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Mars P.

• Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Sitek R.

• Energylandia, al. 3 Maja 2 32-640 Zator

autor

Goczał M.

• Energylandia, al. 3 Maja 2 32-640 Zator

Bibliografia

• [1]. T. Rudnicki, R. Czerwiński: "Pomiar prądów fazowych silnika z magnesami trwałymi", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 4, str. 57 -61, 2012.
• [2]. Microsemi: "Park, inverse Park and Clark, inverse Clark transformations MSS software implementation ", User Guide, str. 5-10, 2013
• [3]. T. Rudnicki, R. Czerwieński, A. Fręchowicz: "Control drivers for PMSM motor”, Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 90, str. 51 - 55, 2011.
• [4]. A. S. N. Mokhtar, M. B. I. Raez, M. Marufuzzman, M.A.M. Ali: "Hardware Implementation of a High Speed Inverse Park Transformation Rusing CORDIC and PLL for FOC Brushless Servo Drive", Elektronika ir Elektrotechnika, ISSN 1392-1215, vol. 19 nr 3, 2013.
• [5]. L. Jarzebowicz: "Error Analysis of Calculating Average d-q Current Components using Regular Sampling and Park Transformation in FOC Drives", International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE),str. 901-905, 2014.
• [6]. J. Przepiorkowski: "Trojfazowy falownik wektorowy – zestaw ewaluacyjny TMS320F28035, część 1 Podstawy teoretyczne", Elektronika Praktyczna, nr 4, str. 109-112, 2010.
• [7]. R. Andraka: "A survey of CORDIC algorithms for FPGA based computers", Andraka Consulting Group, 16 Arcadia Drive North Kingstown, 1998
• [8]. T. Vladimirova and H. Tiggeler: "FPGA Implementation of Sine and Cosine Generators Using the CORDIC Algorithm", Surrey Space Centre University of Surrey.
• [9]. Z Navabi:"Digital Design and Implementation with Field Programmable Devices" Springer Science, ISBN:1-4020-8011-5, str. 229-245, 2005.
• [10]. S. Mirzaei, A. Hosangadi, R. Kastner: ”FPGA Implemen tation of High Speed FIR Filters Using Add and Shift Method“, In Proc. ICCD, 2006.
• [11]. M. Petko, K. Gac, G. Karpiel, G. Gora: "Acceleration of parallel robot kinematic calculations in FPGA", IEEE International Conference on Industrial Technology, e-ISBN: 978-1-4673-4568, str. 34–39, 2013.
• [12]. Altera: http://www.altera.com, 2017-01-15.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).