Constructivist Multi-Access Lab Approach in Teaching FPGA Systems Design with LabVIEW

Embedded systems play vital role in modern applications [1]. They can be found in autos, washing machines, electrical appliances and even in toys. FPGAs are the most recent computing technology that is used in embedded systems. There is an increasing demand on FPGA based embedded systems, in particular, for applications that require rapid time responses. Engineering education curricula needs to respond to the increasing industrial demand of using FPGAs by introducing new syllabus for teaching and learning this subject. This paper describes the development of new course material for teaching FPGA-based embedded systems design by using ‘G’ Programming Language of LabVIEW. A general overview of FPGA role in engineering education is provided. A survey of available Hardware Programming Languages for FPGAs is presented. A survey about LabVIEW utilization in engineering education is investigated; this is followed by a motivation section of why to use LabVIEW graphical programming in teaching and its capabilities. Then, a section of choosing a suitable kit for the course is laid down. Later, constructivist closed-loop model the FPGA course has been proposed in accordance with [2- 4; 80,86,89,92]. The paper is proposing a pedagogical framework for FPGA teaching; pedagogical evaluation will be conducted in future studies. The complete study has been done at the Faculty of Electrical and Electronic Engineering, Aleppo University

ن متحكمات الـ PI والمتحكمات البطائية للتحكم بمقوم ترانزستوري ثلاثي الطور مقاد باستخدام تقنية التوجيه الشعاعي لجهد الشبكة

مقارنة بين متحكمات الـ PI والمتحكمات البطائية للتحكم بمقوم ترانزستوري ثلاثي الطور مقاد باستخدام تقنية التوجيه الشعاعي لجهد الشبكة عماد الروح علا ابراهيم نال المقوم الترانزستوري أهمية خاصة في النظم الصناعية لما يتمتع به من مزايا ينفرد بها عن المقومات التقليدية (الديودية والثايرستورية)، باعتباره مبدلة ثنائية الاتجاه مع إمكانية التحكم بقيمة عامل الاستطاعة على الدخل بالإضافة إلى مستوى توافقيات منخفض [1] وبالتالي تقليل التشوه الهارمونيكي الناتج عن التوافقيات المحقونة في الشبكة التي تولدها المقومات التقليدية والتي تؤدي إلى مشاكل عديدة في جميع التجهيزات المرتبطة بالشبكة الكهربائية[3]  [2]. في البداية، قمنا بالتعرف على بنية المقوم الترانزستوري ونمذجته ثم استخدام بيئة MATLAB/Simulink لرسم المخطط الصندوقي المكافىء لنموذجه الرياضي. تم أيضاً التطرق إلى بعض التقنيات الحديثة للتحكم بالمقوم واختيار طريقة VOC (Voltage Oriented Control) باعتبارها الطريقة الأكثر شيوعاً[2][4]  لما تتمتع به من مزايا تنفرد بها عن غيرها من الطرق الأخرى من ناحية التنظيم الدقيق لجهد الخرج والتحكم بالاستطاعة الفعلية بشكل مستقل عن الاستطاعة الردية [3][5] . قمنا بدراسة خوارزميتين للتحكم بالمقوم وفق تقنية VOC واجراء محاكاة لكل منهما في برنامج الـ PSIM (Power Simulation) ومن ثم اجراء مقارنة بين نتائج كلا الخوارزميتين، حيث اعتمدت الخوارزمية الأولى على ثلاثة منظمات تناسبية تكاملية PI (Proportional Integral controller) ، بينما اعتمدت الخوارزمية الثانية على ثلاثة منظمات بطائية ثنائية المستوىtwo level Hysteresis Controllers لتنظيم تيارات المقوم الثلاثية ومنظم PI لتنظيم الجهد المستمر في الحلقة الخارجية.   Three-Phase Pulse Width Modulation Rectifiers (PWMR) have a special importance in industrial systems because they have unique advantages over conventional converter. They mainly introduce three interesting features: bi-directional power flow, ability to control the value of the input power factor and low harmonic pollution [1], thus reducing the harmonic distortion caused by the harmonics injected into the grid generated, which lead to many problems in the equipments connected to the electrical grid [2] [3]. First, we studied the PWMR structure and found its mathematical model. The block diagram of PWMR has been simulated in MATLAB/Simulink environment to verify mathematical model. Various control strategies of the PWM rectifiers have been presented. Among of them the voltage oriented control (VOC) is considered as the most common method [2] [4], it attempts to achieve an accurate output voltage and regulate the active and reactive power independently [3][5]. We studied a set of algorithms to control the PWMR according to VOC method, simulated each algorithm (PI controllers and Hysteresis controllers have been used in these algorithms) and comparing the waves resulting from each algorithm in PSIM