본 논문에서는 PID, PWM, HSC, 컴퓨터와의 호스트 통신, 외부 DAC인터페이스를 FPGA만을 이용하여 하나의 Chip에 구현하고 DC ...
본 논문에서는 PID, PWM, HSC, 컴퓨터와의 호스트 통신, 외부 DAC인터페이스를 FPGA만을 이용하여 하나의 Chip에 구현하고 DC서보 모터의 속도를 설정한 제어 상태로 안정화 시킬 수 있는 시스템을 구현하고자 한다. 컴퓨터에서 설정한 설정치(SV)와 P, I, D의 이득 값을 호스트 통신으로 데이터 블록은 해당 블록으로 전달하며 DC 서보 모터의 엔코더에서 나오는 90° 위상차가 있는 2채널의 펄스는 HSC 블록을 거쳐 프로세스치(PV)를 생성하고 이로부터 얻어진 SV와 PV의 편차(E)를 산출한 후 PID 제어 동작을 수행한다. 그 결과인 조작치(MV)를 PWM 블록에 제공하여 실질적으로 DC 서보 모터를 구동하는 H-bridge 회로를 구동한다. 또한 FPGA 내부의 SV, PV, E, MV를 오실로스코프로 계측하기 위해 DAC 인터페이스 블록을 첨가하여 외부 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 제어 하였다. 본 논문에서 제안된 제어시스템은 하나의 Chip으로 설계되어 타 제어시스템에 비해 규모가 작으며 경제적이다. 또한 마이크로프로세서처럼 명령어 수행에 따른 IF(Instruction Fetch), ID(Instruction Decoding and Operand Fetch), EXE(Instruction Execution), MEM(Memory Store), WB(Accumulator Store)과정 없이 하드웨어로 PID 알고리즘이 구현되므로 시스템의 규모적 측면과 경제적 측면 외에 제어 알고리즘의 수행능력에서도 상대적으로 우수할 것이라 사료된다. 이를 증명하기 위해 PWM 블록, HSC 블록, 데이터블록, DAC 블록을 제외한 PID 블록을 마이크로프로세서를 이용하여 구현한 시스템과 FPGA만을 이용하여 구현한 시스템을 비교 평가하여 FPGA만을 이용한 DC 서보 모터의 속도제어 시스템이 상대적으로 고속으로 제어 동작이 가능함을 보였다. 또한 P제어, PI제어, PD제어, PID제어를 두 시스템에 각각 적용하여 그 차이점과 시스템의 미치는 영향에 대해 연구하였다.
본 논문에서는 PID, PWM, HSC, 컴퓨터와의 호스트 통신, 외부 DAC 인터페이스를 FPGA만을 이용하여 하나의 Chip에 구현하고 DC 서보 모터의 속도를 설정한 제어 상태로 안정화 시킬 수 있는 시스템을 구현하고자 한다. 컴퓨터에서 설정한 설정치(SV)와 P, I, D의 이득 값을 호스트 통신으로 데이터 블록은 해당 블록으로 전달하며 DC 서보 모터의 엔코더에서 나오는 90° 위상차가 있는 2채널의 펄스는 HSC 블록을 거쳐 프로세스치(PV)를 생성하고 이로부터 얻어진 SV와 PV의 편차(E)를 산출한 후 PID 제어 동작을 수행한다. 그 결과인 조작치(MV)를 PWM 블록에 제공하여 실질적으로 DC 서보 모터를 구동하는 H-bridge 회로를 구동한다. 또한 FPGA 내부의 SV, PV, E, MV를 오실로스코프로 계측하기 위해 DAC 인터페이스 블록을 첨가하여 외부 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 제어 하였다. 본 논문에서 제안된 제어시스템은 하나의 Chip으로 설계되어 타 제어시스템에 비해 규모가 작으며 경제적이다. 또한 마이크로프로세서처럼 명령어 수행에 따른 IF(Instruction Fetch), ID(Instruction Decoding and Operand Fetch), EXE(Instruction Execution), MEM(Memory Store), WB(Accumulator Store)과정 없이 하드웨어로 PID 알고리즘이 구현되므로 시스템의 규모적 측면과 경제적 측면 외에 제어 알고리즘의 수행능력에서도 상대적으로 우수할 것이라 사료된다. 이를 증명하기 위해 PWM 블록, HSC 블록, 데이터블록, DAC 블록을 제외한 PID 블록을 마이크로프로세서를 이용하여 구현한 시스템과 FPGA만을 이용하여 구현한 시스템을 비교 평가하여 FPGA만을 이용한 DC 서보 모터의 속도제어 시스템이 상대적으로 고속으로 제어 동작이 가능함을 보였다. 또한 P제어, PI제어, PD제어, PID제어를 두 시스템에 각각 적용하여 그 차이점과 시스템의 미치는 영향에 대해 연구하였다.
In this thesis, A methodology of system implement for PID controller, PWM logic, HSC logic, Host Communication and external DAC interface are implemented into single FPGA chip is proposed. The implemented system is used to control the speed of DC servo motor. A DATA block transfers set point value(S...
In this thesis, A methodology of system implement for PID controller, PWM logic, HSC logic, Host Communication and external DAC interface are implemented into single FPGA chip is proposed. The implemented system is used to control the speed of DC servo motor. A DATA block transfers set point value(SV) and P, I, D gain parameters to the corresponding Blocks respectively by the Host Communication to Computer. A HSC block generates process value(PV) by a pulse and 90° shifted pulse from the encoder. A PID block makes error(E) signal from the set value and process value and output manufacture value(MV) through the PID controller. In PWM block using the MV from the PID block, drives H-bridge controlling the Motor. Also DAC interface controls the DAC to graph the digital signal such as SV, PV, E, MV in FPGA onto the Oscilloscope. The proposed control system in this thesis is integrated into one chip. So that it is small and economical compared with the other systems. Also, The presented system have not the process such as IF(Instruction Fetch), ID(Instruction Decoding and Operand Fetch), EXE(Instruction Execution), MEM(Memory Store), WB(Accumulator Store) in general purpose microprocessor. So the execution performance of PID algorithm in hardware is relatively superior to that in software. To verify this fact, another PID block excluding PWM, HSC, Data and DAC are implemented under microprocessor control, and the presented FPGA system is compared with the conventional microprocessor system. As a result, the only FPGA system shows the ability of high speed control relatively and also describes the differences and characteristics of P, PI, PD and PID algorithm in each sub block and effects of the propose system.
In this thesis, A methodology of system implement for PID controller, PWM logic, HSC logic, Host Communication and external DAC interface are implemented into single FPGA chip is proposed. The implemented system is used to control the speed of DC servo motor. A DATA block transfers set point value(SV) and P, I, D gain parameters to the corresponding Blocks respectively by the Host Communication to Computer. A HSC block generates process value(PV) by a pulse and 90° shifted pulse from the encoder. A PID block makes error(E) signal from the set value and process value and output manufacture value(MV) through the PID controller. In PWM block using the MV from the PID block, drives H-bridge controlling the Motor. Also DAC interface controls the DAC to graph the digital signal such as SV, PV, E, MV in FPGA onto the Oscilloscope. The proposed control system in this thesis is integrated into one chip. So that it is small and economical compared with the other systems. Also, The presented system have not the process such as IF(Instruction Fetch), ID(Instruction Decoding and Operand Fetch), EXE(Instruction Execution), MEM(Memory Store), WB(Accumulator Store) in general purpose microprocessor. So the execution performance of PID algorithm in hardware is relatively superior to that in software. To verify this fact, another PID block excluding PWM, HSC, Data and DAC are implemented under microprocessor control, and the presented FPGA system is compared with the conventional microprocessor system. As a result, the only FPGA system shows the ability of high speed control relatively and also describes the differences and characteristics of P, PI, PD and PID algorithm in each sub block and effects of the propose system.
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