Commande par FPGA : de la modélisation à l’implémentation

• Main Author: Noirot, Simon
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2012
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/1039/1/NOIROT_Simon.pdf; http://espace.etsmtl.ca/1039/2/NOIROT_Simon%2Dweb.pdf

Dans un monde où s’accroit la complexité des systèmes électromécaniques, des applications de plus en plus performantes sont exigées. La commande de tels systèmes doit donc pouvoir répondre à ces attentes. L’évolution des technologies numériques permet aujourd’hui de disposer de composants efficaces, reconfigurables. Le développement au cours de ces dernières années d’outils logiciels intégrés à haut niveau d’abstraction permet à un nombre croissant de concepteurs d’utiliser des circuits numériques de pointe. Les FPGA profitent de ces évolutions et sont des candidats de choix pour la réalisation de modules de commande performants. Après avoir défini un système d’étude et en avoir donné sa modélisation mathématique, il est possible de passer à la phase de développement. En bénéficiant de l’outil HDL Coder intégré au sein de Matlab/Simulink, il est possible d’obtenir du code HDL à partir de schémas de modélisation de haut niveau. Dans un premier temps, un régulateur de type PID est proposé. Ensuite une commande plus élaborée est définie. La commande moderne, par ses calculs matriciels importants, permet de bénéficier de la puissance de calcul des FPGA. Enfin, une démarche de conception à base de modèles est proposée. La méthodologie de conception à base de modèles couplées à la mise en place d’une bibliothèque de composants réutilisables permet de disposer de modèles à la fois simulable et synthétisable dans un FPGA. L’implémentation d’un PID, en utilisant l’arithmétique distribuée, permet d’obtenir des résultats intéressants. L’implantation d’un PID au sein d’un FPGA peut se réaliser rapidement et aisément comme peuvent le proposer d’autres méthodes, tel xPC Target. La mise en place de l’arithmétique distribuée au sein d’une commande dans l’espace d’état afin d’économiser les ressources du FPGA à disposition a montré ses limites. En effet, l’accumulation d’erreurs pourtant faibles ne permet pas de disposer d’un système stable. La raison est due, notamment, à un système d’étude peut propice au calcul numérique à point fixe. Il a également été montré que dans le cadre de la commande dans l’espace d’état, la résolution des convertisseurs jouait un rôle primordial. Une résolution trop faible produisant une erreur statique sur l’estimation des états provoquant la divergence de la boucle de commande. Enfin il a été possible de mettre en oeuvre une bibliothèque de composants réutilisables et flexibles qui, utilisée dans une conception à base de modèles, permet de réduire le temps de mise sur le marché de façon significative.