الگوریتمی نوین برای طراحی و پیاده‌سازی سخت‌افزاری شبیه‌ساز بلادرنگ ماشین‌های الکتریکی بر بستر fpga به منظور تعامل بهینه در سیستم‌های سخت‌افزار در حلقه

ماشین های الکتریکی از مهم ترین عناصر موجود در سیستم های انرژی الکتریکی هستند. جهت طراحی و ساخت بهینه ماشین های الکتریکی و یا سیستم های متصل به آن می توان از شبیه ساز های بلادرنگ به صورت سخت افزار در حلقه استفاده نمود. شبیه ساز مورد بحث مقاله حاضر یک دستگاه سخت افزاری است که به صورت بلادرنگ با تجهیزات فیزیکی پیرامونی در تعامل است و جایگزینی برای ماشین الکتریکی در انجام آزمایشها محسوب می شود. در واقع در این نوع از شبیه سازی امکان بررسی تعامل ماشین و سیستم متصل به آن قبل از ساخت نمونه فیزیکی مهیا می گردد. در نتیجه، باعث کاهش زمان ساخت، صرفه جویی در هزینه و رسیدن به طراحی بهینه عناصر یک سیستم می گردد. در این مقاله به معماری یک شبیه ساز بلادرنگ برای ماشین القایی سه فاز پرداخته شده است. از تکنیک های به کار رفته در این مقاله می توان در انواع دیگر ماشین نیز استفاده نمود. در این مقاله معادلات ماشین در قالب dq استخراج و سپس به روش اویلر پسرو گسسته شده است. نوآوری مقاله در بهره گیری از الگوریتم نوین حل معادلات دیفرانسیل بر مبنای روش شرمنموریسونوودبری و معماری سخت افزاری خلاقانه و بهینه fpga می باشد که معادلات گسسته شده ماشین به روش اویلر پسرو را با دقت مضاعف و در گام زمانی بسیار کوچک 110 نانو ثانیه ای حل می کند.

A Novel Algorithm for Design and Hardware Implementation of FPGA-Based Real-Time Simulator for Electrical Machines in HIL Applications

Electrical machines are one of the most important elements in power systems. To design and optimize electrical machines and attached drivers, realtime simulators with hardwareinloop capability can be employed. Realtime simulator is a hardware module which interacts with other physical systems in realtime, and therefore, can replace the electrical machine in performing the required experiments even before assembling the first prototype. This saves time, money and enables optimal design. This paper proposes a realtime simulator for threephase induction machines. The techniques presented here can be applied to other machines as well. The proposed solution incorporates novel mathematical methods in solving the corresponding differential equations in realtime as well as novel FPGAbased architecture, and as a result, solves the equations in 32bit floatingpoint in 110 ns timesteps.