臺灣博碩士論文加值系統

近十年來大功率電力電子技術在各領域中越來越重要，對於大功率電力電子電路的性能與可靠性都有極高的要求。由於電力電子即時數位模擬器(RTDS , Real Time Digital Simulator)能與實際的控制裝置和保護設備進行同步測試實驗，因此可達到一般數值模擬軟體所無法辦到的功能。藉著RTDS，我們可以滿足分析與測試實驗時對於經濟性與安全性的需求，因此RTDS目前成為科技人員所關注的研究方向。
本論文內容主要是利用數位訊號處理器(DSP, Digital Signal Processor)實現電力電子即時模擬器之研究。其目的是以DSP來代替電力電子電路之功能，並擔任控制器實作測試與開發環境。本文主要討論電力電子模擬器的系統狀態方程式模型、數值計算方法、以及切換開關的演算法。本論文最後利用DSP以實現一降壓型直流-直流轉換器，並將其模擬結果與IsSpice和MATLAB軟體的模擬結果比較，由實驗結果可知本論文所發展之即時模擬器確實可行。

In recent decades, high rating power electronics techniques gradually play the important role in many fields. The demanding of the high performances and high reliabilities of power electronics circuits are increasing. Since the power electronics Real Time Digital Simulator (RTDS) can cooperate with the practical control and protection devices to do their relative tests, the RTDS can achieve the test functions which cannot be achieved by software test environment. By the RTDS, we can satisfy the safety and economy issues of the analysis and test systems. Thus, many researchers have put their focuses on the RTDS.
This thesis mainly focuses on the research of the realization of RTDS by Digital Signal Processor (DSP). The main purpose of this research is to replace the power electronics circuit by DSP and build the test environment of controller. First, this thesis will discuss the state-equation model of RTDS. Then, numerical methods and the algorithms to simulate the switching operation will also be discussed. Finally, a buck converter will be simulated by DSP. The simulation results will be compared with the results of IsSpice and MATLAB to verify the effectiveness of the proposed RTDS.

致謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 x
1. 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方法 2
1.3 研究貢獻 3
1.4 內容大綱 3
2. 電力電子即時模擬器 4
2.1 前言 4
2.2 電力電子技術模擬簡介 4
2.3 電力電子即時模擬器簡介 5
2.3.1 類比模擬器 5
2.3.2 類比與數位混合模擬器 5
2.3.3 即時數位模擬器 6
2.4 電力電子即時數位模擬主要應用 7
2.5 降壓型直流-直流轉換器即時模擬器設計 9
2.5.1 降壓型直流-直流轉換器電路簡介 10
2.5.2 降壓型直流-直流轉換器(Buck Converter)狀態方程式 11
2.6 即時數位模擬器數值計算方法 16
2.7 電力電子即時模擬器切換開關演算法 17
3. 電力電子模擬器硬體平台整體結構 24
3.1 前言 24
3.2 控制板之特性及架構 26
3.2.1 中央單元處理器 27
3.2.2 周邊功能模組 28
3.2.3 記憶體結構 30
3.2.4 模擬控制板TMS320LF2407A功能介紹 31
3.3 軟體開發流程 33
3.4 Q數值格式應用 35
3.5 TMS320LF2407A定點(Fixed-Point)運算 36
3.5.1 加減法運算的C語言定點運算 37
3.5.2 乘法運算的C語言定點運算 37
3.5.3 除法運算的C語言定點運算 38
3.5.4 加減法運算的組合語言定點運算 39
3.5.5 乘法運算的組合語言定點運算 40
3.5.6 除法運算的組合語言定點運算 40
3.6 C語言和組合語言的混合方法 41
4. 即時數位模擬結果 43
4.1 前言 43
4.2 降壓型直流-直流轉換器設計 43
4.3 即時數位模擬器開迴路實驗 44
4.3.1 C語言浮點運算開發即時數位模擬器開迴路實驗 45
4.3.2 C語言與組合語言定點運算開發即時數位模擬器開迴路實驗 54
4.4 即時數位模擬器閉迴路實驗 63
4.4.1 閉迴路設計 64
4.4.2 C語言的浮點運算來開發電力電子模擬器硬體平台 66
4.4.3 C語言與組合語言定點運算開發電力電子模擬器硬體平台 72
5. 結論與未來研究方向 79
5.1 結論 79
5.2 未來研究方向 79
參考文獻 80
論文發表 82
自傳 83

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