Loading...

Design and Implementation of FPGA Based Real Time Simulator for Power Electronic Converters

Rezayati, Mohsen | 2016

2414 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 49205 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Zolghadri, Mohammad Reza
  7. Abstract:
  8. Real-time Simulator plays an important role in the test of power electronic converters. Using of this simulators and Hardware-in-the-loop tests, cost and time of experiments will redused, furthermore those experiments which are not operative on the real system, can be achived. However, the accuracy of the used model in simulation as well as fast and easy programming of these simulators is very important. Therefore in this thesis, design and implementation of real-time simulator for power electronic converters have been discussed that in addition to high accuracy of the simulation, implementation of the several tests will be easy. As regards the power electronic switch is the most important element of this system, the modeling of switch is very important which due to different profits, for instance fixed admittance matrix of circuit by change of the switch(s) states, in this thesis Associated Discrete Circuit (ADC) have been used. With respect of this important profit used in simulators, in the ADC method, transient oscillation in current waveform of switch is observed. In this thesis, two methods has been used for solving this problem. First method was sampling from output signals, and other method was improved associated discrete circuit. Also, the library for real-time simulation of basic power electronic converter has been made. Therefore, it is necessary that user set the parameter of circuit in the concerned m-file and generate the bit file for implementation in FPGA. Finally with conformity of extracted waveforms in very suitable and accurate implemented FPGA-based real-time simulator with results of off-line simulation in MATLAB, proposed models and implemented FPGA-based real-time simulator has been verified
  9. Keywords:
  10. Power Electronic Converter ; Hardware in the Loop ; Nodal Analysis ; Field Programmable Gate Array (FPGA) ; Associate-Discerte-Circuit Method ; Real Time Simulator

 Digital Object List

 Bookmark

  • تقدیم به:
  • تشكر و قدرداني:
  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست کلمات اختصاری
  • فهرست علائم
  • فصل1 مقدمه
    • 1-1 انگیزه پژوهش
    • 1-2 تعریف مساله
    • 1-3 مبدل‌های الکترونیک قدرت
      • 1-3-1 مبدل‌های الکترونیک قدرت پایه
    • 1-4 آرایه‌ای از گیت‌های قابل برنامه‌ریزی (FPGA)
    • 1-5 شبیه‌سازی بهنگام مبدل‌های الکترونیک قدرت
    • 1-6 تاریخچه‌ی شبیه‌سازی بهنگام و مرور کارهای گذشته
    • 1-7 هدف پژوهش و نوآوری
    • 1-8 محتوای گزارش
  • فصل2 مدلسازی عددی مبدل‌های الکترونیک قدرت
    • 2-1 مقدمه
    • 2-2 اصول شبیه‌سازی عددي مبدل‌های الکترونیک قدرت
      • 2-2-1 روش فضای حالت
      • 2-2-2 روش تحلیل گره
    • 2-3 روش‌های انتگرال‌گیری عددی
      • 2-3-1 روش انتگرال‌گیری اولر پیشرو
      • 2-3-2 روش انتگرال‌گیری اولر پسرو
      • 2-3-3 روش انتگرال‌گیری ذوزنقه‌ای
      • 2-3-4 روش انتگرال‌گیری مرتبه دوم
      • 2-3-5 مقایسه روش‌های انتگرال‌گیری و انتخاب روش اولر پسرو
    • 2-4 مدل‌سازی گسسته‌ی عناصر مبدل‌های الکترونیک قدرت
      • 2-4-1 مدل گسسته‌ی منابع ولتاژ و جریان
      • 2-4-2 مدل گسسته‌ی مقاومت
      • 2-4-3 مدل گسسته‌ی سلف
      • 2-4-4 مدل گسسته‌ی خازن
      • 2-4-5 مدل ADC کلید
        • 2-4-5-1 محاسن استفاده از مدل ADC
        • 2-4-5-2 معایب استفاده از مدل ADC
    • 2-5 ارزیابی مدل ADC مبدل‌های الکترونیک قدرت
      • 2-5-1 مدل گسسته‌ی مبدل باک طبق روش ADC
        • 2-5-1-1 شبیه‌سازی مدل ADC مبدل باک
        • 2-5-1-2 اثر انتخاب پارامتر کلید در مدل ADC
      • 2-5-2 مدل گسسته‌ی مبدل بوست طبق روش ADC
        • 2-5-2-1 شبیه‌سازی مدل ADC مبدل بوست
      • 2-5-3 مدل گسسته‌ی مبدل باک-بوست طبق روش ADC
        • 2-5-3-1 شبیه‌سازی مدل ADC مبدل باک-بوست
    • 2-6 نتیجه‌گیری
  • فصل3 بهبود پاسخ مدل ADC شبیه‌ساز بهنگام مبدل‌های الکترونیک قدرت
    • 3-1 مقدمه
    • 3-2 انتخاب Down Sample بهینه برای بهبود پاسخ مدل ADC
      • 3-2-1 تحلیل معادله‌ی مشخصه
        • 3-2-1-1 کلید در وضعیت وصل، دیود در وضعیت قطع
        • 3-2-1-2 کلید در وضعیت قطع، دیود در وضعیت وصل
        • 3-2-1-3 کلید در وضعیت قطع، دیود در وضعیت قطع
        • 3-2-1-4 کلید در وضعیت وصل، دیود در وضعیت وصل
        • 3-2-1-5 ریشه‌های معادله‌ی مشخصه در فضای گسسته
      • 3-2-2 تحلیل ارتباط حوزه‌ی لاپلاس و اولر پسرو
      • 3-2-3 محاسبه تعداد نمونه‌ها
    • 3-3 نتایج حاصل از شبیه‌سازی برای مدل ADC با نمونه‌بردای بهینه
    • 3-4 مدل ADC بهبودیافته برای شبیه‌ساز بهنگام مبدل‌های الکترونیک قدرت
      • 3-4-1 الگوریتمی برای محاسبه‌ی منابع جبرانساز
        • 3-4-1-1 حالت اول: کلید در وضعیت وصل است
        • 3-4-1-2 حالت دوم: کلید در وضعیت خاموش است و دیود هدایت می‌کند
        • 3-4-1-3 حالت سوم: کلید و دیود هر دو خاموش هستند
    • 3-5 نتایج حاصل از شبیه‌سازی برای مدل بهبودیافته
    • 3-6 نتیجه‌گیری
  • فصل4 کدنویسی و توصیف سخت‌افزاری مبدل‌های الکترونیک قدرت
    • 4-1 مقدمه
    • 4-2 زبان توصیف سخت‌افزار وریلاگ
    • 4-3 روش‌های نمایش و محاسبات اعداد
      • 4-3-1 روش ممیز ثابت
      • 4-3-2 روش ممیز شناور
      • 4-3-3 انتخاب روش ممیز ثابت
    • 4-4 مراحل کدنویسی به‌صورت سخت‌افزار در حلقه
      • 4-4-1 کدنویسی شبیه‌سازی مبدل‌های الکترونیک قدرت به زبان وریلاگ
    • 4-5 انواع منابع مورد نیاز برای پیاده‌سازی در FPGA
      • 4-5-1 تعداد پایه‌های ورودی
      • 4-5-2 رجیستر
      • 4-5-3 واحد DSP48
      • 4-5-4 واحد جدول جستجو
      • 4-5-5 سایر ظرفیت‌ها
    • 4-6 توصیف سخت‌افزاری مبدل‌های الکترونیک قدرت و انتخاب سخت‌افزار بهینه
    • 4-7 نتیجه‌گیری
  • فصل5 پیاده‌سازی شبیه‌ساز بهنگام مبدل‌های الکترونیک قدرت
    • 5-1 مقدمه
    • 5-2 استفاده از کتابخانه‌ی تولید شده برای شبیه‌سازی بهنگام
      • 5-2-1 ورودی‌های کتابخانه‌ی تولید شده
      • 5-2-2 خروجی‌های کتابخانه‌ی تولید شده
    • 5-3 روندنمای پیاده‌سازی طرح
      • 5-3-1 تولید فایل پیکره‌بندی توسط کتابخانه‌ی تولید شده
      • 5-3-2 برنامه‌ریزی FPGA با استفاده از کابل JTAG
      • 5-3-3 استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ
    • 5-4 پیاده‌سازی شبیه‌ساز بهنگام مبتنی بر FPAG برای مبدل باک
    • 5-5 پیاده‌سازی شبیه‌ساز بهنگام مبتنی بر FPGA برای مبدل بوست
    • 5-6 پیاده‌سازی شبیه‌ساز بهنگام مبتنی بر FPGA برای مبدل باک-بوست
    • 5-7 نتیجه‌گیری
  • فصل6 طراحی و پیاده‌سازی شبیه‌ساز بهنگام مبدل‌های الکترونیک قدرت در شرایط غیر ایده‌آل
    • 6-1 مقدمه
    • 6-2 مدلسازی مبدل‌های غیر ایده‌آل طبق روش ADC
    • 6-3 توصیف سخت‌افزاری مبدل‌های غیر ایده‌آل
    • 6-4 انتخاب سخت‌افزار بهینه مبدل‌های غیر ایده‌آل
    • 6-5 پیاده‌سازی شبیه‌ساز بهنگام مبدل‌های غیر ایده‌آل مبتنی بر FPGA
    • 6-6 نتیجه‌گیری
  • فصل7 نتیجه‏گیری و پیشنهادها
    • 7-1 نتیجه‏گیری
    • 7-2 پیشنهادها
  • منابع
  • پیوست1 مدل‌های نمایش کلیدهای الکترونیک قدرت و انواع کلیدها
    • پ1-1 مدل‌های جزئیات محور
    • پ1-2 مدل‌های رفتار محور
    • پ1-3 تعیین وضعیت روشن/خاموش بودن کلیدها
  • پیوست2 مشخصات مبدل AD7302 دیجیتال به آنالوگ
...see more