Fully FPGA-Based Sensorless Control for Synchronous AC Drive Using an Extended Kalman Filter

Lahoucine Idkhajine, Eric Monmasson, Amira Maalouf
2012 IEEE transactions on industrial electronics (1982. Print)  
Besides, the development of a fully integrated FPGA-based controller for a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) associated with a Resolver sensor is presented. This controller has been developed for an aircraft application where the main objective was to develop a fully integrated FPGA solution. The Actel Fusion FPGA device has been used. This device integrates an Analog to Digital Converter (ADC). The current controller, the Resolver Processing Unit (RPU) and the analog to digital
more » ... sion are implemented within the same device. When it comes to the sensorless controller, the corresponding chapters have been structured according to the presented design methodology: the preliminary system specification, the algorithm development, the FPGA architecture development and finally the experimentation. The latter includes Hardware-In-the-Loop (HIL) tests and the final experimental validation. Ces quelques remerciements témoignent de la reconnaissance que je porte à toutes celles et tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réussite de ce travail. Je ne puis commencer sans remercier mon directeur de thèse Eric MONMASSON, Professeur des Universités à l'université de Cergy-Pontoise et directeur de recherche de l'antenne du laboratoire SATIE à Cergy-Pontoise. J'ai eu la grande chance d'avoir été sous sa direction depuis mon premier stage de Master. J'ai pu découvrir un homme aux grandes qualités humaines et scientifiques. Je ne lui exprimerai jamais assez ma profonde reconnaissance pour tous ses conseils, ses encouragements, sa confiance et les conditions de travail excellentes qu'il m'a procurées. Je voudrais également exprimer mes sincères et inoubliables remerciements à Sandrine LEBALLOIS, Maître de Conférences à l'université de Cergy-Pontoise. En effet, elle a été à l'origine de mon parcours et ma réussite puisque c'est elle qui m'a conseillé, encouragé et soutenu pour continuer mes études et m'orienter vers le domaine de l'enseignement et la recherche. Je tiens aussi à remercier Wissem NAOUAR, Enseignant Chercheur à l'ENIT (Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis) pour son incomparable soutien, ses qualités humaines et ses précieux conseils qu'il m'a prodigués tout au long de cette période. Mes remerciements s'adressent aussi à mes très chères collègues Amira MALOUF, Imene BAHRI et Herie PARK. J'ai eu le grand plaisir de travailler avec elles et j'ai particulièrement apprécié leur amitié, leur soutien et leur esprit d'équipe. Je profite également de cette occasion pour exprimer ma profonde reconnaissance à Isabelle COLLET, Aude BREBANT, Don Abasse BOUKARI et Kamel BOUALLAGA pour leur amitié, leur contribution et leur soutien sans limite tout au long de cette période. Mes vifs remerciements s'adressent également à Jean-Yves LEHUEROU, Bruno BUSSO, Lionel VIDO, Dejan VASIC ainsi que tout le corps professoral de l'Institut Universitaire Professionnalisé (IUP-GEII) de l'université de Cergy-Pontoise. Je ne peux terminer sans avoir une pensée à mon grand père M'Barek (que Dieu ait son âme), mon grand père Lahcen, mes parents Mohamed et Yamina, mon frère Youssef, ma soeur Nadia et toute ma famille, pour leurs soutien et encouragements. Je voudrais souligner que ma réussite est d'abord et avant tout leur réussite. Je voudrais en outre témoigner mes sincères reconnaissances à la famille BIZOUNKAD et plus particulièrement à Lahcen BIZOUNKAD qui n'a cessé de m'assurer tous les moyens moraux et matériels pendant mes études en France. Appendix A -Compensation of the VSI non-linearities ................................................ 139 Appendix B -Salient Synchronous Machine -Modeling and parameter identification ......... 145 Appendix C -Tuning of the current and speed regulators .............................................151 Appendix D -EKF for AC drive applications -FPGA-Based solution or DSP-Based solution 155 Appendix E -FPGA-based matrix multiplication and inversion .................................... 159 Bibliography ................................................................................................... 161 Antifuse based technology The Antifuse technology is based on a one-time non volatile FPGA configuration. The Actel Axcelerator, EX and SX-A series belong to the most recent Antifuse FPGA families [4] . The internal architecture of the Axcelerator FPGA is discussed, [11] . An Axcelerator FPGA is based on 150nm process technology and consists of a sea of Logic Modules (LMs) and Antifuse interconnection elements. There are up to 32000 LMs and two types of LAB LE 1 LE 2 LE 16 Local network LAB LAB LAB Columns interconnect Direct link Rows interconnect J
doi:10.1109/tie.2012.2189533 fatcat:uhjohi3jarabngj3kz5ym7vl34