Diseño, implementación y prueba de controladores digitales en FPGA's.

Abstract

El control digital es un área muy amplia de aplicación ya que en la actualidad la mayoría de los dispositivos o sistemas son digitales. En cualquier sistema existen variables que necesitan ser controladas; por ejemplo, en un motor de CD se puede controlar tanto velocidad como posición, en una caldera su temperatura, en un sistema de audio la potencia de salida, es decir, cualquier proceso o sistema que necesite ser controlado puede manipularse mediante un controlador. En esta tesis se presenta el diseño de un controlador PID en lenguaje VHDL para el control de velocidad de un motor de CD. Se presenta el desarrollo de los algoritmos correspondientes para cada acción básica de control PID, es decir, proporcional, derivativo e integral; con el fin de facilitar el manejo del controlador. A su vez el desarrollo de un controlador difuso para la ganancia proporcional del controlador (Kp), convirtiéndolo en un controlador híbrido. Para cumplir con el funcionamiento del sistema se emplearon diversas herramientas y programas de diseño y simulación que más adelante se explicarán a detalle como son: Matlab, Simulink, VHDL, Xilinx System Generator, Microcontroladores Basic Stamp entre otras herramientas electrónicas para la implementación del controlador PID. Los resultados de esta tesis reflejan la importancia que tiene el desarrollo de controladores híbridos, ya que en los experimentos realizados se aprecia las diferencia de implementar un controlador PID digital clásico y uno híbrido, obteniendo mejores resultados en la implementación de éste último. Se encuentran pocos reportes en la literatura acerca de controladores PID en FPGA’s, y no se han encontrado de controladores híbridos, es decir, trabajos relacionados con un ajuste difuso de la Kp. __________________________________

The digital control is a very broad area of application as the currently most devices or systems are digital. In any system there are variables that need to be controlled, for example, a DC Motor can be controlled its speed and position, in a boiler its temperature in an audio system its power output, that is, any process or system that can handle needs to be controlled by a controller. This thesis presents the design of a PID controller in VHDL language to control the speed of a Servo Gearmotor DC. Presents the development of algorithms for each corresponding action Basic PID control, ie, proportional, derivative and integral; to facilitate the handling of the controller. His after developing a fuzzy controller to gain proportional controller (Kp), making it a hybrid controller. To comply with the operation of system were used various tools and programs of design and simulation will be explained in detail. Which are: Matlab, Simulink, VHDL, Xilinx System Generator, Microcontroller Basic Stamp among other electronic tools to implement the controller PID. The results of this thesis reflects the importance of the development of hybrid controllers, as in experiments can appreciate the difference of implementing a classic digital PID controller and a hybrid controller, obtaining better results in the implementation of the latter. There are few reports in the literature about PID controllers in FPGA’s, and have not been found hybrid controllers, namely, work related to an adjustment of the diffuse Kp.