Diseño de controladores digitales basados en procesadores digitales de señales

Abstract

This work presents a digital controller design methodology and its implementation in digital signal processors (DSP’s). Two general design methods are exposed: Continuous time Controllers Approximation, and Pole Placement in the discrete domain design. In order to illustrate the above methods, two particular cases are presented: A continuous time PID controller is designed applying “Analytical Bode” method. The controller is then mapped into the discrete domain and an implementation algorithm is obtained as a result. .A discrete controller is obtained by means of state feedback using Pole Placement design method. The aforementioned controllers are designed to fulfill similar time specified parameters. System Identification is another important step in the design process. In this work the model is approximated by using Block Pulse Series as mathematical tool. The data set is obtained through a data acquiring algorithm programmed in the Texas Instruments F2812 DSP. Implementation of digital controllers arises several significant problems such as output and sensed signal quantization. Additionally “windup” effects often cause a slower or unstable response of the system. The solution to these problems is discussed and the necessary conditions to lessen these effects are provided in this work. The implementation process is illustrated by the design and implementation of a DC motor speed controllers, using the Texas Instruments’ fixed point F2812 DSP.

Este trabajo presenta una metodología para el diseño de controladores digitales y su implementación. Para tal fin se exponen dos métodos de diseño: controladores digitales basados en controladores continuos y controladores digitales diseñados en el dominio discreto. Se presentan dos casos particulares de diseño: El controlador continuo utilizado es del tipo PID, diseñado mediante el método de “Bode Analítico”. El proceso de discretización presentado proporciona un algoritmo para su implementación en procesadores digitales de señales. El controlador discreto diseñado utiliza el método de colocación de polos mediante realimentación de estados. Este método es eficiente y fácil de aplicar. Ambos controladores se diseñan con los mismos parámetros de comportamiento. Un aspecto importante en el proceso de diseño es la identificación de parámetros del sistema a controlar. En este caso particular ésta se realiza utilizando series de bloques de pulsos como herramienta matemática y un algoritmo implementado en el DSP F2812 de Texas Instruments para la adquisición de datos. Los principales problemas en la implementación de los controladores digitales son causados por errores debidos a la cuantización de la señal de salida, y de las variables medidas. El efecto “windup” es otro problema importante. En este trabajo también se presentan condiciones necesarias para la reducción de los errores por cuantización de variables y el efecto “windup”. El proceso de diseño se ilustra mediante el diseño e implementación de controladores de velocidad para un motor de CD con base en el DSP F2812 de Texas Instruments.