Υλοποίηση Μετρητικού Συστήματος και Οδήγηση Μηχανής Επαγωγής μέσω FPGA

Abstract

Οι τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα των ημιαγωγών ευρέος ενεργειακού διακένου έχουν οδηγήσει στην αύξηση των διακοπτικών συχνοτήτων των σύγχρονων μετατροπέων αλλά και στην βελτίωση της απόδοσης τους. Ταυτόχρονα οι προηγμένες πλατφόρμες επεξεργασίας επιτρέπουν την αξιοποίηση των μετατροπέων στο έπακρο, καθώς επιτρέπουν την υλοποίηση πολύπλοκων αλγορίθμων ελέγχου με ακρίβεια και την βελτίωση της δυναμικής απόκρισης των συστημάτων. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται μια πειραματική διάταξη η οποία ενσωματώνει έναν μετατροπέα υψηλών συχνοτήτων και μια υπολογιστική πλατφόρμα με FPGA με σκοπό την προετοιμασία για την υλοποίηση ενός συστήματος ελέγχου μηχανής επαγωγής. Αρχικά στο κομμάτι της εισαγωγής γίνεται μια σύντομη ανασκόπηση της πορείας των ηλεκτρονικών ισχύος, μια παρουσίαση των βασικών υπολογιστικών συστημάτων ενώ παρατίθενται και κάποιες βασικές πληροφορίες για την μηχανή επαγωγής. Το κείμενο συνεχίζει με την περιγραφή της ανάπτυξης ενός μετρητικού συστήματος ρευμάτων και τάσεων το οποίο είναι απαραίτητο για την εφαρμογή ελέγχου σε διατάξεις ισχύος. Την περιγραφή της κατασκευής του συστήματος μετρήσεων ακολουθεί η διαδικασία βαθμονόμησης των μετρητικών πλακετών όπου υπολογίζονται και συγκρίνονται συναρτήσεις προσέγγισης πρώτου και δευτέρου βαθμού. Με την προετοιμασία των μετρητικών ολοκληρωμένη δίνεται στην συνέχεια έμφαση στο κομμάτι της διαμόρφωσης της προγραμματιζόμενης λογικής όπου αναπτύσσονται επιμέρους υποσυστήματα σε γλώσσα περιγραφής υλικού για α) την οδήγηση της μηχανής επαγωγής με εφαρμογή ελέγχου V/f β) την ανάγνωση ενός κωδικοποιητή ταχύτητας και την εξαγωγή της τιμής αυτής γ) την μέτρηση των τριφασικών ρευμάτων της μηχανής δ) την μεταφορά των μετρήσεων στον χρήστη. Όλα τα παραπάνω επιλέχθηκε να υλοποιηθούνε στο FPGA της υπολογιστικής πλατφόρμας και όχι στον επεξεργαστή (CPU) για την εκμετάλλευση των γρήγορων ταχυτήτων ρολογιού του πρώτου και τον ντετερμινιστικό χρονισμό των διαδικασιών. Η εργασία κλείνει με την παρουσίαση της πειραματικής διάταξης, την απεικόνιση των μετρούμενων μεγεθών και τον τελικό απολογισμό της διαδικασίας.