Power electronic systems VHDL modelling and FPGA controller prototyping

• Autorzy: Cirstea M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie układów energoelektronicznych w języku VHDL oraz implementacja sterowania w strukturach FPGA

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is concerned with the research work carried out in the area of holistic modelling of electric drives and power systems. The novel method deals with the functional modelling of complete power systems using the behavioural features of Hardware Description Languages. Three examples of using VHDL for power electronic system modelling, simulation, controller design and implementation are given. The control systems, based on neural networks, fuzzy logic and vector control, are implemented using Field Programmable Gate Arrays (FPGAs). There are major advantages of the new approach, such as: a unique modelling and evaluation environment for complete power systems, the same environment (VHDL) is used for the FPGA rapid prototyping of the digital controller, fast design development, short time to market, a CAD platform independent model, reusability of the model/design, generation of valuable IP, Concurrent Engineering basic rules (unique EDA environment and common design database) are fulfilled. The new modelling approach is validated experimentally.

PL

Artykuł przedstawia prace badawcze w dziedzinie modelowania holistycznego układów energoelektronicznych, w tym napędowych i zasilających. Proponowana metoda wykorzystuje możliwości opisu behawioralnego, jakie daje język VHDL, do modelowania wszystkich elementów układu energoelektronicznego. W artykule zamieszczone są przykłady opisu układów, symulacji oraz implementacji algorytmu sterowania w języku VHDL. Ponadto, przedstawiono implementacje wektorowego układu sterowania silnikiem indukcyjnym, wykorzystującego sieci neuronowe oraz logikę rozmytą w matrycy programowalnej (FPGA). Zaproponowane podejście charakteryzuje się takimi zaletami jak: jednakowe środowisko modelowania układu energoelektronicznego oraz implementacji jego sterownika w układzie programowalnym, szybka budowa i weryfikacja systemu, łatwość przenoszenia modelu między różnymi systemami CAD, łatwość powtórnego użycia poszczególnych komponentów systemu w innych projektach. Przedstawiona metoda badawcza została zweryfikowana eksperymentalnie.

Słowa kluczowe

EN

VHDL; modelling; power systems; FPGAs

PL

VHDL; modelowanie; przekształtnik energoelektroniczny; układy programowalne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 81, nr 4
• Strony: 16--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Cirstea M.

• De Montfort University, Leicester, UK

Bibliografia

• [1] M.N. Cirstea, A. Dinu, J. Khor, M. McCormick, "Neural and Fuzzy Logic Control of Drives and Power Systems", Elsevier Science, Oxford, 2002.
• [2] D.L. Perry: "VHDL", McGraw-Hill, 1994.
• [3] Y.Y. Tzou, H.J. Hsu: “FPGA Realization of Space-Vector PWM Control IC for Three-Phase PWM Inverters”. IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 12, No. 6, November 1997, pp. 953- 963.
• [4] A.M. Hilloowala, Sharaf: “A Rule Based Fuzzy Logic Controller for a PWM Inverter in a Stand Alone Wind Energy Conversion Scheme,” IEEE Trans. on Inds. Apps., vol.32, no.1, pp.57-65, 1996.
• [5] Simoes, et. al., “Design and Performance Evaluation of a Fuzzy- Logic-Based Variable Speed Wind Generation System ,” IEEE Trans. on Inds. Apps., vol. 33, no. 4, pp. 956-965, 1997.
• [6] S. Nabae, M. Ogasawara, and H. Akagi, "A new control scheme for current controlled PWM inverters", in IEEE Trans. Ind. Apps., vol IA-22, no. 4, July/August 1986, pp. 697-701.
• [7] J. Khor, "Intelligent Fuzzy Logic Control of Generators", PhD Thesis, De Montfort University, UK, 1999.
• [8] A. Dinu, "FPGA Neural Controller for Three Phase Sensorless Induction Motor Drive Systems", PhD Thesis, De Montfort University, UK, 2000.
• [9] D. M. Brod and D.W. Novotny, "Current control of VSI-PWM inverters", in IEEE-IAS Conf. Rec., 1984, pp. 418-425.
• [10] M.P. Kazmierkowski, M.A. Dzieniakowski, "Review of current regulation techniques for three-phase PWM inverters", in IEEE IECON Conf. Rec., 1994, pp. 567-575.
• [11] J. K. Kolar, H. Ertl, F.C. Zach, "Analysis of on- and off-line optimised predictive current controllers for PWM converter systems", in IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 6, July 1991, pp. 451-462.
• [12] A. Dinu, M.N. Cirstea, M. McCormick, A. Ometto and N. Rotondale, "Neural ASIC Controller for PWM Power Systems", in Proc. of IEEE Int. ASIC Conference, Rochester, USA, 1998, pp.29-33.
• [13] A Aounis: “An Investigation into Induction Motor Vector Control Based on Reusable VHDL Digital Architectures and FPGA Rapid Prototyping”, PhD Thesis, De Montfort University, UK, 2002.
• [14] M.N. Cirstea, A. Aounis, A. Dinu and M. McCormick, “A VHDL Approach to Induction Motor Modelling", in Proc. of the IEE CONTROL’00, Cambridge, 2000, CD-ROM.
• [15] I. Boldea, S.A. Nasar: “Vector Control of A.C. Drives”, CRC Press, Bota Raton, 1992.
• [16] N. Al-Khayat, R. Seliga, W. Koczara, A. Krasnodebski, B. Kaminski: “DSP Control of Variable Speed Integrated Generator”, in Proc. of the IEEE Int. Symposium on Industrial Electronics, ISIE, L’Aquila, Italy, 2002, pp-970-974.
• [17] B.K Bose: “Modern Power Electronics and AC Drives”, Prentice Hall, 2002.
• [18] M. P. Kazmierkowski, R. Krishnan, F. Blaabjerg, J. D. Irwin (Editors): “Control in Power Electronics: Selected Problems”, Academic Press, 2002.