Esta tesis muestra la relevancia que la lógica programable ha tenido en los años recientes en las aplicaciones de control sobre máquinas-herramienta. Los controladores digitales para CNC de alta velocidad demandan altas velocidades de procesamiento en el tiempo de actualización del lazo del servo control, complejidad reducida y bajo consumo de potencia. Los dispositivos lógicos programables como FPGA, presentan varias ventajas sobre los microprocesadores y DSPs con la misma complejidad en su lógica, porque su arquitectura abierta los hace adecuados para aplicaciones en una sola pastilla, donde todos los componentes digitales están integrados en un solo circuito, no requiriendo de otros elementos lógicos de soporte adicional como memorias o interfaces, todo ello gracias a su reconfigurabilidad. Además el FPGA le permite al diseñador especificar la estructura particular que es mejor para satisfacer la tarea. Por otro lado, el diseño FPGA se basa en los lenguajes de descripción de hardware que permiten que el diseño sea portable, reconfigurable e insensitivo a la plataforma, lo cual es ideal para la reutilización y actualización del diseño, reduciendo el tiempo de desarrollo y el costo total. La reconfigurabilidad es muy importante en las aplicaciones de control ya que a través de esta característica es posible tener controladores dedicados a procesos específicos. Las contribuciones de este trabajo son: el desarrollo de una Ley de control y generador de perfiles polinomiales basados en FPGA y aplicados a una fresa CNC de alta velocidad, usando estructuras lógicas descritas bajo un lenguaje de descripción de hardware para cumplir con los requerimientos en cuanto al tiempo de actualización del servo lazo de control. Los resultados muestran las leyes de control en un sistema funcional que se sintetizo en una plataforma FPGA de bajo costo, aplicado con éxito en una máquina fresa CNC de alta velocidad. Como lo muestran los resultados, la lógica reconfigurable es la plataforma mas adecuada para desarrollar controladores digitales de alta velocidad, por encima de otras tecnologías disponibles, porque doblan los tiempos de actualización de control que se requieren.
This thesis shows the relevance that programmable logic has had in recent years on the control of machine tools. The digital controllers for high speed CNC require high speed processing in the up-dating time of servo loops, reduced complexity and low power consumption. Programmable logical devices, such as FPGA, have a number of advantages over microprocessors and DSP with the same complexity in their logic; this is because their open architecture makes them appropriate for one chip applications, where all the digital components are integrated into one circuit. No other logical elements of additional support, such as memories or interfaces are required, thanks to their reconfigurability. In addition, the FPGA allows the designer to specify the particular structure which is best for carrying out the job. The FPGA design is based on hardware description languages that allow the design to be portable, reconfigurable and platform insensitive. This is ideal for the reutilization and up-dating of the design, reducing development time and the total cost. Reconfigurability is very important in control applications since, thanks to this characteristic, it is possible to have controllers dedicated to specific processes. The contribution of this work are: development of a control law and generator of polynomial profiles based on a FPGA applied to a high-speed CNC milling machines using logical structures described in the hardware description language to meet requirements related to the up-dating time of the servo control loop. Results show the control laws through a functional that was synthesized in a low cost FPGA platform successfully applied to a high-speed CNC milling machine. As results demostrate, reconfigurable logic is the most appropriate platform for developing high-speed digital controllers; it is preferable to other technologies available since they double the control up-dating time that is required.
