Descripción y contextualización de la asignatura

Las FPGAs ofrecen una alternativa tecnológica muy interesante para el diseño e implementación de sistemas de control digital cuando el rendimiento computacional de los mismos resulta crítico. Esta exigencia puede ser consecuencia del gran ancho de banda y/o de la complejidad de los sistemas a controlar, de la exigencia computacional de los algoritmos a ejecutar o de una combinación de ambos factores. En esta asignatura se trabajan aquellos aspectos relativos al diseño de procesadores digitales sobre FPGAs/PSoCs con aplicación específica a la implementación de sistemas de control digital realimentados de alto rendimiento.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

· EXPLICAR LAS PARTICULARIDADES DEL DISEÑO DE CONTROLADORES DIGITALES SOBRE FPGAS, SUS VENTAJAS Y SUS INCONVENIENTES.

· ADAPTAR LAS TÉCNICAS DE DISEÑO DE CONTROLADORES DIGITALES A LAS CARACTERÍSTICAS COMPUTACIONALES DE LOS DISPOSITIVOS DE HARDWARE RECONFIGURABLE.

· ANALIZAR LOS PROBLEMAS QUE LA COMPUTACIÓN CON PRECISIÓN REDUCIDA PUEDEN PRODUCIR EN EL RENDIMIENTO DE LOS CONTROLADORES DIGITALES.

· COMPRENDER LAS RELACIONES DE COMPROMISO QUE SE ESTABLECEN ENTRE LAS VARIABLES DE DISEÑO DE PROCESADORES ESPECÍFICOS PARA LA ACELERACIÓN DEL CONTROL DIGITAL.

· APLICAR UNA METODOLOGÍA CONSISTENTE DURANTE TODO EL PROCESO DE DISEÑO DE CONTROLADORES DIGITALES EN FPGAS,DESDE SU CONCEPCIÓN HASTA SU IMPLEMENTACIÓN.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación en convocatoria ordinaria se realiza de forma continua, en base a los ejercicios, informes y trabajos prácticos que se vayan realizando a lo largo del periodo lectivo de la asignatura. A la finalización del mismo se establecerá, opcionalmente, una prórroga de tiempo de dos semanas para la subsanación/mejora de aquellos ejercicios que hayan sido evaluados con una calificación baja.



RENUNCIA: El alumnado debe informar por escrito (email) al coordinador de la asignatura de su intención de renunciar con al menos dos semanas de antelación a la finalización del periodo lectivo de la asignatura según el calendario publicado para cada curso académico.



NOTA: En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación en convocatoria extraordinaria dependerá de las carencias que se hayan mostrado en la convocatoria ordinaria y que hayan sido causa de una evaluación global negativa. En este sentido podría proponerse tanto la realización de nuevos ejercicios y trabajos teóricos y prácticos como la realización de una prueba presencial de evaluación final (examen).



RENUNCIA: El alumnado debe informar por escrito (email) al coordinador de la asignatura de su intención de renunciar con al menos dos semanas de antelación a la finalización del periodo lectivo de la asignatura según el calendario publicado para cada curso académico.



NOTA: En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.

Temario

SESIONES TEÓRICAS

1- Aportaciones del hardware reconfigurable al diseño e implementación de controladores digitales.

2- Aspectos prácticos del diseño de controladores digitales. Consideraciones sobre la operación en tiempo real.

3- Operadores aritméticos de coma fija: diseño y síntesis.

4- Computación con precisión finita y propagación del error computacional. Aplicación al control digital.

5- Diseño de controladores avanzados: Controladores óptimos y controladores predictivos.



SESIONES PRÁCTICAS

1- Muestreo, sobremuestreo y filtrado.

2- Estructura de controladores y transformada delta.

3- Análisis dinámico: Modelado en coma fija. Optimización de la longitud de palabra.

4- Análisis estático: Aplicación de la Aritmética Afín (AA).

5- Síntesis de un controlador digital optimizado sobre FPGA.

6- Aplicación al control avanzado: Inicio del proyecto.

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

La documentación (presentaciones, ejercicios, guiones de prácticas, artículos científicos) que el profesor facilita a lo largo del curso.

Bibliografía básica

• Katsuhiko Ogata, Discrete-time Control Systems, Prentice Hall (Pearson), 2nd edition, 1994; ISBN 9780130342812.

• Tim Wescott, Applied Control Theory for Embedded Systems, Newnes, 1st edition, 2006; ISBN 9780750678391.

• Rahul Dubey, Introduction to Embedded System Design Using Field Programmable Gate Arrays, Springer, 1st edition, 2009; ISBN 9781848820166.

• J.M. Maciejowsky, Predictive Control with Constraints. Pearson Education, Prentice Hall, London, 2002.

Bibliografía de profundización

• J-P. Deschamps, G. D. Sutter, and E. Cantó, Guide to FPGA Implementation of Arithmetic Functions, Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 149, Springer, 2012; ISBN 9789400729872.



• J-P. Deschamps, G. J. A. Bioul, and G. D. Sutter Synthesis of Arithmetic Circuits: FPGA, ASIC and Embedded Systems, Wiley, 2006; ISBN 9780471687832.



• F. Chaitin-Chatelin and V. Frayssé, Lectures on Finite Precision Computations, SIAM, 1996; ISBN 9780898713589.



• D. Hristu-Varsakelis, W. S. Levine, R. Alur, K. Arzen, J. Baillieul, and L.A. Henzinger (editors), Handbook of networked and embedded control systems, Birkhäuser Boston, 2005; ISBN 9780817644048

Enlaces

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