Field programmable gate array hardware in the loop validation of fuzzy direct torque control for induction machine drive

Introduction. Currently, the direct torque control is very popular in industry and is of great interest to scientists in the variable speed drive of asynchronous machines. This technique provides decoupling between torque control and flux without the need to use pulse width modulation or coordinate transformation. Nevertheless, this command presents two major importunities: the switching frequency is highly variable on the one hand, and on the other hand, the amplitude of the torque and stator flux ripples remain poorly controlled throughout the considered operating speed range. The novelty of this article proposes improvements in performance of direct torque control of asynchronous machines by development of a fuzzy direct torque control algorithm. This latter makes it possible to provide solutions to the major problems of this control technique, namely: torque ripples, flux ripples, and failure to control switching frequency. Purpose. The emergence of this method has given rise to various works whose objective is to show its performance, or to provide solutions to its limitations. Indeed, this work consists in validation of a fuzzy direct torque control architecture implemented on the ML402 development kit (based on the Xilinx Virtex-4 type field programmable gate array circuit), through hardware description language (VHDL) and Xilinx generator system. The obtained results showed the robustness of the control and sensorless in front of load and parameters variation of induction motor control. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of results with simulation samples.Вступ. В даний час пряме управління моментом дуже популярне в промисловості і викликає великий інтерес у вчених у галузі частотно-регульованого приводу асинхронних машин. Цей метод забезпечує розв'язку між керуванням моментом, що крутить, і магнітним потоком без необхідності використання широтно-імпульсної модуляції або перетворення координат. Тим не менш, ця команда представляє дві основні незручності: з одного боку, частота комутації сильно варіюється, а з іншого боку, амплітуда пульсацій моменту і потоку статора залишається погано контрольованою у всьому діапазоні робочих швидкостей. Новизна цієї статті пропонує поліпшення характеристик прямого керування моментом, що крутить, асинхронних машин шляхом розробки нечіткого алгоритму прямого управління моментом, що крутить. Останнє дозволяє вирішити основні проблеми цього методу управління, а саме: пульсації моменту, що крутить, пульсації потоку і нездатність контролювати частоту перемикання. Мета. Поява цього методу породило різні роботи, метою яких є показати його ефективність чи запропонувати рішення стосовно його обмежень. Дійсно, ця робота полягає у перевірці нечіткої архітектури прямого управління моментом, що крутить, реалізованої в наборі для розробки ML402 (на основі схеми Xilinx Virtex-4 з програмованою користувачем вентильною матрицею), за допомогою мови опису обладнання (VHDL) та генераторної системи Xilinx. Отримані результати показали робастність керування та безсенсорного керування при зміні навантаження та параметрів керування асинхронним двигуном. Визначено напрями дослідження моделі для подальшої реалізації результатів на імітаційних вибірках

DISEÑO EN VHDL DE UNA INTERFAZ DE DATOS SERIE- DAC PARA UN CONTROL BARRA-ESFERA (VHDL DESIGN OF A SERIAL-DAC DATA INTERFACE FOR A BALL AND BEAM CONTROL)

En este documento se presenta la descripción del desarrollo de un circuito interface realizado sobre una tarjeta FPGA SpartanXC3S200. El circuito digital está diseñado en VHDL; las operaciones que realiza el circuito son transferencia y conversión de datos entre dos computadoras. Todo el conjunto implementa un control por visión de un sistema barra-esfera. La interface recibe los datos del procesamiento digital de imágenes “PDI”, realizado en una primera PC. Los datos son la posición del centro geométrico de la esfera. Estos datos son agrupados y convertidos a señales analógicas, para ser transferidas a una tarjeta adquisitora PCI instalada en la segunda PC. Esta segunda computadora es usada para implementar los algoritmos de control y proporcionar la señal del par para el motor. La interface realiza también la decodificación del encoder de posición de la barra y la transforma a señal analógica para enviarla a una tarjeta PCI.In this paper, we present a description of a developed interface circuit which was created in a SpartanXC3S200 FPGA board. The digital circuit is design in VHDL; the operations that the circuit develops are the transfer and conversion of data between two computers. All set implement a vision control of a ball & beam system. The interface receives the data from the image processing “PDI” developed by a first PC. The dates are position of geometric center of the ball. These data are grouped and converted to analog signals to be transferred to a data acquisition PCI card installed in a second PC. This second computer is used to implement the control algorithms and to provide the torque signal for the motor. The interface also performs the decoding of position encoder of the beam, and transforms it to analog signal to send to the PCI card

FPGA-based Design and Implementation of Direct Torque Control for Induction Machines

We present a field programmable gate array (FPGA) based implementation for direct torque control (DTC) of induction motor drives. The proposed design utilizes several improvements to execute the functional blocks in DTC that reduce the execution time and improve the sampling frequency. The FPGA system is implemented on a Xilinx Virtex-5 board using VHDL code assembled from scratch and the DSP based solution is implemented using dSPACE DS 1104. Both systems are validated experimentally with hardware-in-the-loop, on a small 200 W, 3 phase induction machine. Experimental results indicate that the proposed design enables a far higher sampling frequency (up to 800 kHz), compared to typical digital signal processors (DSP) based solutions which are limited to 20kHz. The higher sampling frequency helps mitigate torque ripple which is a well known limitation of DTC. Additionally, the short execution times suggest the possibility of extending the use of such FPGA implementations to serve auxiliary motor diagnostic functions

Contribution à la mise en oeuvre et à la commande d'un microréseau de cogénération modulaire (injection de puissance et stabilisation de fréquence)

Les dernières décennies ont été marquées par une prise de conscience mondiale sur les envolées du cours des énergies primaires et la multiplication des dérèglements climatiques. L'une des pistes de solution les plus prometteuses consiste à développer et à adopter de nouveaux modes de production et d'exploitation de l'énergie électrique. L'orientation du développement des réseaux actuels vers les réseaux plus intelligents ("Smartgrid") constitue une piste de solution âprement explorée par la communauté scientifique à travers la planète. Dans la même veine, la présente thèse est une contribution au développement et au déploiement des microréseaux électriques (MRE) qui sont l'implémentation à une échelle réduite des concepts liés aux réseaux intelligents. Basé sur une littérature scientifique très fournie sur le sujet, ce travail représente un défi multidisciplinaire proposant un ensemble de solutions éprouvées en laboratoire. La première contribution de cette thèse est la conception et la construction d'un prototype pour l'étude en laboratoire des microréseaux électriques. Un tel équipement est un atout majeur dans l'étude de l'interaction entre les différentes composantes d'un réseau intelligent. Ce dernier a permis la mise en oeuvre d'une procédure d'identification des paramètres du générateur diesel qui est la pierre angulaire de l'alimentation en énergie des régions isolées, notamment au Nord du Québec (Îles-de-la-Madeleine). En outre, cette thèse présente une étude détaillée du système de stockage inertiel comme solution de stabilisation à court terme de la fréquence du MRE opérant en mode autonome. À partir des résultats pratiques obtenus sur le prototype construit, elle propose des solutions améliorant la dynamique d'injection de puissances (actives et réactives) à l'aide des onduleurs de support synchronisés au MRE. The last decades have been marked by a global awareness of the surge in primary energy prices and the proliferation of climate disruption. One of the most promising solutions is to develop and adopt new paradigms of production and exploitation of the electrical energy. The development of current electrical grids towards smarter networks, the smartgrid paradigm, is a solution track that has been fiercely explored by the scientific community around the world. In the same vein, this thesis is a contribution to the development and deployment of micro-grids, which are the implementation on a small scale of concepts related to smart grids. Based on a rich scientific literature on the subject, this work represents a multidisciplinary challenge proposing a set of proven solutions in the laboratory. Gearing up in this direction, the present thesis is a contribution to the development and deployment of Microgrids, which are the implementation on a small scale of concepts related to the smartgrids paradigm. Based on a rich scientific literature, this work represents a multidisciplinary challenge proposing a set of proven solutions in the laboratory. The first contribution of this thesis is the design and construction of a microgrid's prototype for laboratory studies and suitable for the training. Such equipment is an essential asset in the study of interactions between components of the microgrid that has allowed the implementation of a procedure for identifying the parameters of a diesel genset, which is the cornerstone of the power supply in remote areas, particularly in the Magdalen Islands, in northern Quebec. This thesis also presents a detailed study of a flywheel energy storage system, as a short-term stabilization solution, and proposes improvements of the grid-support-inverter, tied to the microgrid for the active and reactive powers injection