Descripción de hardware para un sistema de control en un FPGA

Abstract

La teoría de control permite aplicar diversas técnicas a distintos sistemas con el fin de alcanzar un desempeño deseado. Esto brinda ventajas como son: Ahorro de combustibles, reducción de costos de fabricación, entre otros. La tendencia actual de los sistemas de control se enfoca principalmente hacia los sistemas digitales, tomando el nombre de controladores digitales. Los controladores digitales brindan una capacidad de diseño que favorece la descripción de técnicas de control complejas. Dos factores importantes a considerar en estos sistemas son el tiempo de discretización y la velocidad de procesamiento. El primero es la capacidad que tiene el sistema para obtener una representación digital de la señal de entrada y así poder procesarla. Y el segundo indica la velocidad con que el sistema puede ejecutar operaciones a dicha señal con el fin de obtener una salida que concuerde con la acción de control diseñada. La velocidad de ejecución estará determinada por el tipo de implementación que se realice. Para este fin, se han desarrollado sistemas digitales que efectúan una programación en forma secuencial, es decir, que sólo pueden ejecutar una operación a la vez. Este tipo de programación tiene su desventaja al momento de considerar el tiempo de ejecución del programa, ya que entre más operaciones se tenga mayor es el tiempo de retraso entre cada iteración. Existe otro tipo de implementación, de forma concurrente, que ofrece un mejor aprovechamiento del tiempo de ejecución del programa. La implementación en forma concurrente permite ejecutar operaciones del programa al mismo tiempo. Actualmente se encuentran sistemas digitales, desarrollados por diversos fabricantes, cada uno adaptándose a distintas necesidades y tipos de programación. Uno de estos sistemas se conoce como los FPGA´s. Los cuales brindan la posibilidad de desarrollar diseños digitales tanto en secuencial como en concurrente. En este trabajo se realizará el diseño de un sistema de control PID de propósito general en una FPGA utilizando un lenguaje de descripción de hardware (LDH). Para ello se hará uso de una tarjeta Spartan 3E de Xillinx, la cual cuenta (entre otras cosas) con un convertidor Analógico-Digital, un convertidor Digital-Analógico y un LCD de 16x2.