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Digital sliding-mode observer implementation using FPGA / Lienhardt, Anne-Marie in IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 54 N°4 (Août 2007) 

Public ISBD [article]  in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°4 (Août 2007) . - 1865-1875 p. Titre : Digital sliding-mode observer implementation using FPGA Titre original : Digital glissant l'exécution d'observateur de mode en utilisant FPGA Type de document : texte imprimé Auteurs : Lienhardt, Anne-Marie, Auteur ; Guillaume Gateau, Auteur ; Thierry A. Meynard, Auteur Article en page(s) : 1865-1875 p. Note générale : Electronique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Cosimulation  tool  Digital  signal  processing  Field-programmable  gate  arrays  (FPGAs)  Power  system  state  estimation  Pulsewidth-modulation  power  converters  Stacked  multicell  converter  (SMC)  Outil  de  Cosimulation  Traitement  de  signal  numérique  Rangées  de  porte  programmables  de  champEvaluation  d'état  de  système  d'alimentation  Convertisseurs  de  puissance  de  modulation  de  largeur  d'impulsion  Convertisseur  empilé  de  multicell Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : This paper details the digital implementation of a new observation strategy of the flying capacitor voltages dedicated to stacked multicell converters (SMC). This particular topology relies on the use of flying capacitors so as to equally share the voltage constraint on several semiconductors and increase the number of output levels. However, the SMC appropriate operation is guaranteed by the stability of the flying capacitor voltage levels, and the current flow creates variations of those quantities. The idea is therefore to develop an accurate estimation technique that avoids the utilization of differential sensors and allows the active control of the intermediate voltages. The observation has to meet several criteria. It must particularly reproduce in a quasi-analog way the dynamic of those quantities to enable the proper operation of the active control algorithm. The actual research scope thus focuses on the sliding mode observation of the flying capacitor voltages by means of phase current measurements. This paper summarizes the observer design, its digitizing, and the field-programmable gate array (FPGA) implementation. It also presents an interesting Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL)-Saber Cosimulation tool that allows validating the VHDL code before being downloaded in the FPGA of the physical system. The last section illustrates and emphasizes the performance and ruggedness of the implemented algorithm through promising experimental results. Cet article détaille l'exécution numérique d'une nouvelle stratégie d'observation des tensions de condensateur de vol consacrées aux convertisseurs empilés de multicell (SMC). Cette topologie particulière se fonde sur l'utilisation de voler des condensateurs afin de partager également la contrainte de tension sur plusieurs semi-conducteurs et augmenter le nombre de niveaux de sortie. Cependant, l'opération appropriée de SMC est garantie par la stabilité des niveaux de tension de condensateur de vol, et l'écoulement courant crée des variations de ces quantités. L'idée est donc de développer une technique précise d'évaluation qui évite l'utilisation des sondes différentielles et permet la commande active des tensions intermédiaires. L'observation doit rencontrer plusieurs critères. Elle doit en particulier reproduire d'une manière quasi-analogue le dynamique de ces quantités de permettre l'opération appropriée de l'algorithme actif de commande. La portée réelle de recherches se concentre ainsi sur l'observation coulissante de mode des tensions de condensateur de vol au moyen de mesures de courant de phase. Cet article récapitule la conception d'observateur, sa digitalisation, et l'exécution field-programmable de la rangée de porte (FPGA). Il présente également intéresser le langage de description très à grande vitesse de matériel de circuit intégré (VHDL) - l'outil de Cosimulation de sabre qui laisse valider le code de VHDL avant d'être téléchargé dans le FPGA du système physique. La dernière section illustre et souligne l'exécution et la rugosité de l'algorithme mis en application en promettant des résultats expérimentaux. DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Traitement du signal -- Techniques numériques En ligne : guillaume.gateau@leei.enseeiht.fr [article] Digital sliding-mode observer implementation using FPGA = Digital glissant l'exécution d'observateur de mode en utilisant FPGA [texte imprimé] / Lienhardt, Anne-Marie, Auteur ; Guillaume Gateau, Auteur ; Thierry A. Meynard, Auteur . - 1865-1875 p. Electronique Langues : Anglais (eng) in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°4 (Août 2007) . - 1865-1875 p. Mots-clés : Cosimulation  tool  Digital  signal  processing  Field-programmable  gate  arrays  (FPGAs)  Power  system  state  estimation  Pulsewidth-modulation  power  converters  Stacked  multicell  converter  (SMC)  Outil  de  Cosimulation  Traitement  de  signal  numérique  Rangées  de  porte  programmables  de  champEvaluation  d'état  de  système  d'alimentation  Convertisseurs  de  puissance  de  modulation  de  largeur  d'impulsion  Convertisseur  empilé  de  multicell Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : This paper details the digital implementation of a new observation strategy of the flying capacitor voltages dedicated to stacked multicell converters (SMC). This particular topology relies on the use of flying capacitors so as to equally share the voltage constraint on several semiconductors and increase the number of output levels. However, the SMC appropriate operation is guaranteed by the stability of the flying capacitor voltage levels, and the current flow creates variations of those quantities. The idea is therefore to develop an accurate estimation technique that avoids the utilization of differential sensors and allows the active control of the intermediate voltages. The observation has to meet several criteria. It must particularly reproduce in a quasi-analog way the dynamic of those quantities to enable the proper operation of the active control algorithm. The actual research scope thus focuses on the sliding mode observation of the flying capacitor voltages by means of phase current measurements. This paper summarizes the observer design, its digitizing, and the field-programmable gate array (FPGA) implementation. It also presents an interesting Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL)-Saber Cosimulation tool that allows validating the VHDL code before being downloaded in the FPGA of the physical system. The last section illustrates and emphasizes the performance and ruggedness of the implemented algorithm through promising experimental results. Cet article détaille l'exécution numérique d'une nouvelle stratégie d'observation des tensions de condensateur de vol consacrées aux convertisseurs empilés de multicell (SMC). Cette topologie particulière se fonde sur l'utilisation de voler des condensateurs afin de partager également la contrainte de tension sur plusieurs semi-conducteurs et augmenter le nombre de niveaux de sortie. Cependant, l'opération appropriée de SMC est garantie par la stabilité des niveaux de tension de condensateur de vol, et l'écoulement courant crée des variations de ces quantités. L'idée est donc de développer une technique précise d'évaluation qui évite l'utilisation des sondes différentielles et permet la commande active des tensions intermédiaires. L'observation doit rencontrer plusieurs critères. Elle doit en particulier reproduire d'une manière quasi-analogue le dynamique de ces quantités de permettre l'opération appropriée de l'algorithme actif de commande. La portée réelle de recherches se concentre ainsi sur l'observation coulissante de mode des tensions de condensateur de vol au moyen de mesures de courant de phase. Cet article récapitule la conception d'observateur, sa digitalisation, et l'exécution field-programmable de la rangée de porte (FPGA). Il présente également intéresser le langage de description très à grande vitesse de matériel de circuit intégré (VHDL) - l'outil de Cosimulation de sabre qui laisse valider le code de VHDL avant d'être téléchargé dans le FPGA du système physique. La dernière section illustre et souligne l'exécution et la rugosité de l'algorithme mis en application en promettant des résultats expérimentaux. DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Traitement du signal -- Techniques numériques En ligne : guillaume.gateau@leei.enseeiht.fr

Implementation of a Peak-Current-Control Algorithm Within a Field-Programmable Gate Array / Martin Aime in IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 54 N°1 (Fevrier 2007) 

Public ISBD [article]  in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°1 (Fevrier 2007) . - 406-418 p. Titre : Implementation of a Peak-Current-Control Algorithm Within a Field-Programmable Gate Array Titre original : Exécution d'un Algorithme de Commande de Courant de Pointe dans une Rangée de Porte Programmable de Champ Type de document : texte imprimé Auteurs : Martin Aime, Auteur ; Guillaume Gateau, Auteur ; Thierry A. Meynard Article en page(s) : 406-418 p. Note générale : Génie Electrique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Field-programmable  gate  array  (FPGA)  Multi-cell  converters  Multilevel  converter  Peak  current  control  (PCC).Rangée  de  porte  programmable  de  champ  Convertisseurs  de  multi-cellule  Commande  à  multiniveaux  de  courant  de  pointe  de  convertisseur. Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : Peak current control is a strategy widely used to control power electronic systems such as forward converters or two-level choppers. This strategy is characterized by constant switching frequency with good dynamic performance. This paper presents the application of this strategy to a multilevel voltage-source converter. The algorithm ensures that the converter output current follows the target reference, but it must be modified to include voltage-level selection within the multilevel converter. The principle of operation is introduced, and the implementation of the algorithm using a field-programmable gate array is demonstrated. Simulation and experimental results are presented to verify the control technique. La commande de courant de pointe est une stratégie employée couramment pour commander les systèmes électroniques de puissance tels que les convertisseurs vers l'avant ou les découpeurs à deux niveaux. Cette stratégie est caractérisée par la fréquence constante de commutation avec la bonne exécution dynamique. Cet article présente l'application de cette stratégie à un convertisseur à multiniveaux de tension-source. L'algorithme s'assure que le courant de sortie de convertisseur suit la référence de cible, mais il doit être modifié pour inclure le choix de niveau de tension dans le convertisseur à multiniveaux. Le principe de fonctionnement est présenté, et l'exécution de l'algorithme employant une rangée de porte field-programmable est démontrée. La simulation et les résultats expérimentaux sont présentés pour vérifier la technique de commande. DEWEY : 621 ISSN : 02780046 RAMEAU : Convertisseur En ligne : leei@leei.enseeiht.fr, guillaume.gateau@leei.enseeiht.fr [article] Implementation of a Peak-Current-Control Algorithm Within a Field-Programmable Gate Array = Exécution d'un Algorithme de Commande de Courant de Pointe dans une Rangée de Porte Programmable de Champ [texte imprimé] / Martin Aime, Auteur ; Guillaume Gateau, Auteur ; Thierry A. Meynard . - 406-418 p. Génie Electrique Langues : Anglais (eng) in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°1 (Fevrier 2007) . - 406-418 p. Mots-clés : Field-programmable  gate  array  (FPGA)  Multi-cell  converters  Multilevel  converter  Peak  current  control  (PCC).Rangée  de  porte  programmable  de  champ  Convertisseurs  de  multi-cellule  Commande  à  multiniveaux  de  courant  de  pointe  de  convertisseur. Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : Peak current control is a strategy widely used to control power electronic systems such as forward converters or two-level choppers. This strategy is characterized by constant switching frequency with good dynamic performance. This paper presents the application of this strategy to a multilevel voltage-source converter. The algorithm ensures that the converter output current follows the target reference, but it must be modified to include voltage-level selection within the multilevel converter. The principle of operation is introduced, and the implementation of the algorithm using a field-programmable gate array is demonstrated. Simulation and experimental results are presented to verify the control technique. La commande de courant de pointe est une stratégie employée couramment pour commander les systèmes électroniques de puissance tels que les convertisseurs vers l'avant ou les découpeurs à deux niveaux. Cette stratégie est caractérisée par la fréquence constante de commutation avec la bonne exécution dynamique. Cet article présente l'application de cette stratégie à un convertisseur à multiniveaux de tension-source. L'algorithme s'assure que le courant de sortie de convertisseur suit la référence de cible, mais il doit être modifié pour inclure le choix de niveau de tension dans le convertisseur à multiniveaux. Le principe de fonctionnement est présenté, et l'exécution de l'algorithme employant une rangée de porte field-programmable est démontrée. La simulation et les résultats expérimentaux sont présentés pour vérifier la technique de commande. DEWEY : 621 ISSN : 02780046 RAMEAU : Convertisseur En ligne : leei@leei.enseeiht.fr, guillaume.gateau@leei.enseeiht.fr

New active stacked NPC multilevel converter: operation and features / Floricau, Dan in IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 57 N° 7 (Juillet 2010) 

Public ISBD [article]  in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 57 N° 7 (Juillet 2010) . - pp. 2272 - 2278 Titre : New active stacked NPC multilevel converter: operation and features Type de document : texte imprimé Auteurs : Floricau, Dan, Auteur ; Guillaume Gateau, Auteur ; Leredde, Alexandre, Auteur Article en page(s) : pp. 2272 - 2278 Note générale : Génie électrique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Haigh-power  applications  Medium  voltage  Modulation  Multilevel  converters  Voltage-source  converter  (VSC) Index. décimale : 621.38 Dispositifs électroniques. Tubes à électrons. Photocellules. Accélérateurs de particules. Tubes à rayons X Résumé : In this paper, the operation and the features of a new three-level converter are presented. The proposed topology was named three-level active-stacked neutral point clamped (3L-ASNPC). It is a derivative of the 3L-SNPC structure, having two additional active switches connected antiparallel with the clamp diodes. The main advantage of 3L-ASNPC converter is the reduction of the average switching frequency for all power devices. In the same time, the apparent switching frequency of the output voltage is doubled. Experimental and simulation results are shown in order to validate the proposed structure and the analysis of the switching states. DEWEY : 621.38 ISSN : 0278-0046 En ligne : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5280257 [article] New active stacked NPC multilevel converter: operation and features [texte imprimé] / Floricau, Dan, Auteur ; Guillaume Gateau, Auteur ; Leredde, Alexandre, Auteur . - pp. 2272 - 2278. Génie électrique Langues : Anglais (eng) in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 57 N° 7 (Juillet 2010) . - pp. 2272 - 2278 Mots-clés : Haigh-power  applications  Medium  voltage  Modulation  Multilevel  converters  Voltage-source  converter  (VSC) Index. décimale : 621.38 Dispositifs électroniques. Tubes à électrons. Photocellules. Accélérateurs de particules. Tubes à rayons X Résumé : In this paper, the operation and the features of a new three-level converter are presented. The proposed topology was named three-level active-stacked neutral point clamped (3L-ASNPC). It is a derivative of the 3L-SNPC structure, having two additional active switches connected antiparallel with the clamp diodes. The main advantage of 3L-ASNPC converter is the reduction of the average switching frequency for all power devices. In the same time, the apparent switching frequency of the output voltage is doubled. Experimental and simulation results are shown in order to validate the proposed structure and the analysis of the switching states. DEWEY : 621.38 ISSN : 0278-0046 En ligne : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5280257

Optimal Modulation of Flying Capacitor and Stacked Multicell Converters Using a State Machine Decoder / McGrath, Brendan Peter in IEEE transactions on power electronics, Vol. 22 N°2 (Mars 2007) 

Public ISBD [article]  in IEEE transactions on power electronics > Vol. 22 N°2 (Mars 2007) . - 508-516 p. Titre : Optimal Modulation of Flying Capacitor and Stacked Multicell Converters Using a State Machine Decoder Titre original : La modulation optimale du condensateur de vol et les convertisseurs empilés de Multi-cellule employant un état usinent le décodeur Type de document : texte imprimé Auteurs : McGrath, Brendan Peter, Auteur ; Meynard, Thierry, Auteur ; Guillaume Gateau ; Holmes, Donald Grahame, Auteur Article en page(s) : 508-516 p. Note générale : Electronique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Flying  capacitor  Multicell  Multilevel  space  vector  modulation  (SVM)  Natural  balance  Phase  disposition  (PD)  Stacked  multicell  (SMC)  Condensateur  de  vol  Multicellule  Equilibre  normal  Disposition  de  phase  Multi-cellule  empilée Index. décimale : 621.31 Production,approvisionnement et contrôle de l'électricité.Machines et appareils électriques.Mesure électrique.Magnétisme et électrostatique appliquées Résumé : Modulation of flying capacitor and stacked multicell converters is complicated by the fact that these converters have redundant states that achieve the same phase leg voltage output. Hence, a modulator must use some secondary criteria such as cell voltage balancing to fully define the converter switched state. Alternatively, the modulator can be adapted to directly specify the cell states, such as has been proposed for the harmonically optimal phase disposition (PD) strategy. However the techniques reported to date can lead to uneven distribution of switching transitions between cells, and the synthesis of narrow switched phase leg pulses. This paper presents an improved strategy that decouples the tasks of voltage level selection and switching event distribution. Conventional PD and centered space vector pulsewidth modulation (CSVPWM) strategies are used to define the target voltage level for the converter, and a finite state machine is then used to distribute the transitions to the converter cells in a cyclical fashion. Experimental results for a four-level flying capacitor inverter are presented, verifying that the natural balancing properties of this converter has been preserved, the cell switching utilization is equal and the expected harmonic gains of PD and CSVPWM compared to phase shifted carrier PWM have been achieved. La modulation du condensateur de vol et des convertisseurs empilés de multicell est compliquée par le fait que ces convertisseurs ont des déclarer superflus qui réalisent le même rendement de tension de jambe de phase. Par conséquent, un modulateur doit employer certains critères secondaires tels que la tension de cellules équilibrant pour définir entièrement l'état commuté par convertisseur. Alternativement, on a proposé le modulateur peut être adapté pour indiquer directement les états de cellules, comme pour la stratégie avec harmonie optimale de la disposition de phase (palladium). Cependant les techniques rapportées jusqu'ici peuvent mener à la distribution inégale des transitions de commutation entre les cellules, et la synthèse de la jambe commutée étroite de phase palpite. Cet article présente une stratégie améliorée qui découple charge du choix de niveau de tension et de la distribution d'événement de commutation. Le palladium conventionnel et les stratégies centrées de la modulation de pulsewidth de vecteur de l'espace (CSVPWM) sont employés pour définir le niveau de tension de cible pour le convertisseur, et une machine d'état fini est alors utilisée pour distribuer les transitions aux cellules de convertisseur d'une mode cyclique. Des résultats expérimentaux pour un inverseur de condensateur de vol de quatre niveaux sont présentés, vérifiant que les propriétés de équilibrage normales de ce convertisseur a été préservées, l'utilisation de commutation de cellules est égale et les gains harmoniques prévus du palladium et du CSVPWM comparés au porteur par déphasage PWM ont été réalisés. DEWEY : 621 ISSN : 0885-8993 RAMEAU : Condensateurs électriques En ligne : brendan_mcgrath@ieee.org, brendan.mcrgath@newcastle.edu.au [article] Optimal Modulation of Flying Capacitor and Stacked Multicell Converters Using a State Machine Decoder = La modulation optimale du condensateur de vol et les convertisseurs empilés de Multi-cellule employant un état usinent le décodeur [texte imprimé] / McGrath, Brendan Peter, Auteur ; Meynard, Thierry, Auteur ; Guillaume Gateau ; Holmes, Donald Grahame, Auteur . - 508-516 p. Electronique Langues : Anglais (eng) in IEEE transactions on power electronics > Vol. 22 N°2 (Mars 2007) . - 508-516 p. Mots-clés : Flying  capacitor  Multicell  Multilevel  space  vector  modulation  (SVM)  Natural  balance  Phase  disposition  (PD)  Stacked  multicell  (SMC)  Condensateur  de  vol  Multicellule  Equilibre  normal  Disposition  de  phase  Multi-cellule  empilée Index. décimale : 621.31 Production,approvisionnement et contrôle de l'électricité.Machines et appareils électriques.Mesure électrique.Magnétisme et électrostatique appliquées Résumé : Modulation of flying capacitor and stacked multicell converters is complicated by the fact that these converters have redundant states that achieve the same phase leg voltage output. Hence, a modulator must use some secondary criteria such as cell voltage balancing to fully define the converter switched state. Alternatively, the modulator can be adapted to directly specify the cell states, such as has been proposed for the harmonically optimal phase disposition (PD) strategy. However the techniques reported to date can lead to uneven distribution of switching transitions between cells, and the synthesis of narrow switched phase leg pulses. This paper presents an improved strategy that decouples the tasks of voltage level selection and switching event distribution. Conventional PD and centered space vector pulsewidth modulation (CSVPWM) strategies are used to define the target voltage level for the converter, and a finite state machine is then used to distribute the transitions to the converter cells in a cyclical fashion. Experimental results for a four-level flying capacitor inverter are presented, verifying that the natural balancing properties of this converter has been preserved, the cell switching utilization is equal and the expected harmonic gains of PD and CSVPWM compared to phase shifted carrier PWM have been achieved. La modulation du condensateur de vol et des convertisseurs empilés de multicell est compliquée par le fait que ces convertisseurs ont des déclarer superflus qui réalisent le même rendement de tension de jambe de phase. Par conséquent, un modulateur doit employer certains critères secondaires tels que la tension de cellules équilibrant pour définir entièrement l'état commuté par convertisseur. Alternativement, on a proposé le modulateur peut être adapté pour indiquer directement les états de cellules, comme pour la stratégie avec harmonie optimale de la disposition de phase (palladium). Cependant les techniques rapportées jusqu'ici peuvent mener à la distribution inégale des transitions de commutation entre les cellules, et la synthèse de la jambe commutée étroite de phase palpite. Cet article présente une stratégie améliorée qui découple charge du choix de niveau de tension et de la distribution d'événement de commutation. Le palladium conventionnel et les stratégies centrées de la modulation de pulsewidth de vecteur de l'espace (CSVPWM) sont employés pour définir le niveau de tension de cible pour le convertisseur, et une machine d'état fini est alors utilisée pour distribuer les transitions aux cellules de convertisseur d'une mode cyclique. Des résultats expérimentaux pour un inverseur de condensateur de vol de quatre niveaux sont présentés, vérifiant que les propriétés de équilibrage normales de ce convertisseur a été préservées, l'utilisation de commutation de cellules est égale et les gains harmoniques prévus du palladium et du CSVPWM comparés au porteur par déphasage PWM ont été réalisés. DEWEY : 621 ISSN : 0885-8993 RAMEAU : Condensateurs électriques En ligne : brendan_mcgrath@ieee.org, brendan.mcrgath@newcastle.edu.au