Verkkovaihtosuuntaajan vektorisäädön toteutus FPGA-piirillä
Riipinen, Tomi (2007)
Tiivistelmä
Verkkovaihtosuuntaajalla pystytään muuntamaan tasajännite vaihtojännitteeksi ja päinvastoin. Verkkovaihtosuuntaajan toiminta perustuu tehokytkinten ohjaukseen ja sopivan modulointimenetelmän käyttöön. Vektorisäädössä vaihtosuuntaajanvirrat ja jännitteet esitetään kompleksitasossa, jolloin virta- ja jännitekomponentit voidaan esittää vektoreina. Vektorisäädössä verkkovaihtosuuntaajan ohjaustoteutetaan laskemalla kompleksitasossa vektoreille arvot, jotka tuottavat vaihtosuuntaajan lähtöön halutun vektorin. Koska FPGA-piirit mahdollistavat nopean rinnakkaisen laskennan, soveltuvat ne hyvin vektorisäädön toteuttamiseen. FPGA-piirien rakenteesta johtuen on säätöjärjestelmän suunnittelussa huomioitava kiinteän pilkun lukujen riittävä bittileveys ja järjestelmän diskretointiaika.
Työssä suunnitellaan verkkovaihtosuuntaajan vektorisäätö ja tutkitaan bittileveyden vaikutusta säädön toteuttamiseen FPGA-piirillä. Bittileveyden tarkasteluun esitetään käytettäväksi tilastollisia menetelmiä. Työssä tarkastellaan kiinteän pilkun järjestelmän ja liukulukujärjestelmän erosuureen tilastollisia tunnusmerkkejä sekä histogrammia.
Tarkasteluissa huomattiin, että maksimivirhe itsessään ei tarjoa riittävästi tietoa erosuureen jakautumisesta. Näin ollen maksimivirhe ei ole kaikissa tilanteissa sovelias menetelmä riittävän bittitarkkuuden määrittämiseen. Työssä esitetään riittävän bittitarkkuuden määrittelemiseen käytettäväksi otossuureista otosvarianssia, keskipoikkeamaa ja vaihteluväliä. Direct voltage can be converted to alternating voltage, and vice versa, with an inverter. The operation of the inverter is based on the controlling of power switches and usage of a suitable modulation. Invector control the currents and the voltages are presented in a complex plane in which the components of current and voltage can be presented as vectors. The controlling of the inverter is done with the vector control by calculating in thecomplex plane the values of the vectors which produce the desired vector to theoutput of the inverter. FPGA-circuits allow quick parallel calculation and therefore are suitable for the vector control appliance. Because of the architectureof the FPGA-circuits the sufficient byte length of the fixed point digits and the discretization time of the system must be taken account.
In this thesis a vector control for an inverter is designed and the effect of byte length to the controlling system based on FPGA-circuit is studied. For the examination of the byte length is applied statistical methods. In the thesis is examined the statistical characteristics and histogram of the difference variable between thefixed point system and the floating point system. In the studies was discoveredthat the maximum error itself does not offer sufficient knowledge of the distribution of the difference variable. Therefore the maximum error is not an adequate method for defining sufficient byte accuracy. In the thesis for defining sufficient byte accuracy is applied from sample variables the sample variance, mean deviation and range of variation.
Työssä suunnitellaan verkkovaihtosuuntaajan vektorisäätö ja tutkitaan bittileveyden vaikutusta säädön toteuttamiseen FPGA-piirillä. Bittileveyden tarkasteluun esitetään käytettäväksi tilastollisia menetelmiä. Työssä tarkastellaan kiinteän pilkun järjestelmän ja liukulukujärjestelmän erosuureen tilastollisia tunnusmerkkejä sekä histogrammia.
Tarkasteluissa huomattiin, että maksimivirhe itsessään ei tarjoa riittävästi tietoa erosuureen jakautumisesta. Näin ollen maksimivirhe ei ole kaikissa tilanteissa sovelias menetelmä riittävän bittitarkkuuden määrittämiseen. Työssä esitetään riittävän bittitarkkuuden määrittelemiseen käytettäväksi otossuureista otosvarianssia, keskipoikkeamaa ja vaihteluväliä.
In this thesis a vector control for an inverter is designed and the effect of byte length to the controlling system based on FPGA-circuit is studied. For the examination of the byte length is applied statistical methods. In the thesis is examined the statistical characteristics and histogram of the difference variable between thefixed point system and the floating point system. In the studies was discoveredthat the maximum error itself does not offer sufficient knowledge of the distribution of the difference variable. Therefore the maximum error is not an adequate method for defining sufficient byte accuracy. In the thesis for defining sufficient byte accuracy is applied from sample variables the sample variance, mean deviation and range of variation.