Méthodes pour le calcul à haute performance sur FPGA avec applications à la simulation et au contrôle des convertisseurs à commutation rapide

计算方法、FPGA 和应用程序的高级性能、模拟和转换器控制、快速换向

• 批准号: RGPIN-2021-03935
• 负责人: OuldBachir, Tarek
• 金额: $ 2.4万
• 依托单位: École Polytechnique de Montréal
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=742788
• 关键词: thodes; pour; le; calcul; haute

Les société modernes s'engagent dans un changement de paradigme important, motivé par les défis que nous posent les changements climatiques et notre dépendance aux énergies. Il est prévu que dans un horizon de dix ans, 40% de la consommation d'énergie mondiale soit de source électrique. Pour y parvenir, nous devons connecter aux réseaux électriques des sources d'énergie alternatives telles que l'éolien et le solaire, développer des réseaux intelligents adaptant rapidement la production à la demande, et réaliser l'électrification des transports en développant des systèmes de puissance efficaces, compacts et intégrés. Au cour de cette transition se trouvent les circuits d'électronique de puissance, des dispositifs électroniques omniprésents en périphérie du réseau qui servent de ponts entre les différentes formes d'énergie électrique. Augmenter la fréquence de commutation des convertisseurs de puissance est un moyen d'améliorer leur efficacité - la taille des composants passifs est réduite, la puissance volumique est augmentée, le taux de distorsion harmonique est réduit - mais impose de sérieux défis quant à leur simulation et leur contrôle. Le programme de recherche proposé a pour visées applicatives la simulation et le contrôle sur FPGA (acronyme de l'anglais Field Programmable Gate Array) des convertisseurs de puissance à commutation rapide. Cette problématique prend racine dans les défis que pose la simulation avec matériel dans la boucle des convertisseurs de puissance. La simulation avec matériel dans la boucle est une pratique industrielle ayant pour objectif la réduction des coûts de développement, où le modèle du convertisseur est connecté en boucle fermée à un contrôleur physique et subit de ce fait une contrainte de temps réel dure. Durant la récente décennie, les FPGA se sont révélés être la seule plateforme matérielle capable d'offrir des pas de calcul inférieurs à la microseconde, bien qu'ils peinent à suivre la croissance effrénée des fréquences de commutation des convertisseurs modernes. Les objectifs de recherche du présent programme s'articulent autour du développement d'architectures de recouvrement du FPGA et d'outils de conception bâtis sur des méthodes algorithmiques robustes et numériquement stables pour la simulation et le contrôle sur FPGA des convertisseurs de puissance à haute fréquence de commutation.

现代社会在改变范式方面具有重要意义，其动机在于我们应对气候变化和能源依赖。在非洲，世界能源消耗的40%来自电力。为了更好地利用能源，我们必须将电力系统与太阳能等替代能源连接起来，使电力系统的智能化适应需求，并在电力系统、紧凑型系统和集成型系统中实现电力运输。Au cour de cette transition se trouvent les circuits d'électronique de puissance，des dispositifs électroniques omniprésents en périphérie du réseAu whi servent de蓬茨entre les different formes d'énergie électrique.功率转换器的频率转换的增强具有更高的改善功率转换效率-减少了被动成分的数量，功率增大，减少了谐波失真的两次-迈斯通过仿真和控制来保证功率转换的有效性。 该研究计划提出了一个适用于FPGA（英文缩写为Field Programmable Gate Array）的模拟和控制方法，用于快速转换功率转换器。这一问题使种族主义者面临在权力转换者的圈子中进行物质模拟的障碍。通过在套管中进行材料模拟，可实现工业化生产，以达到降低排放量的目的，并可将转换器模型连接到套管中，以控制其物理特性，并使其在一定时间内受到约束。杜兰特在最近的十年里，FPGA本身是一个能够提供微秒级非线性计算的材料平台，因为它能够满足现代转换器频率转换的需要。本文的研究目的是对FPGA的重构体系结构进行深入的研究，并对FPGA的高频率转换能力的仿真和控制的算法和数值稳定性进行研究。