Controller implementation using analog reconfigurable hardware (FPAA)

This Thesis has the main target to make a research about FPAA/dpASPs devices and technologies applied to control systems. These devices provide easy way to emulate analog circuits that can be reconfigurable by programming tools from manufactures and in case of dpASPs are able to be dynamically reconfigurable on the fly. It is described different kinds of technologies commercially available and also academic projects from researcher groups. These technologies are very recent and are in ramp up development to achieve a level of flexibility and integration to penetrate more easily the market. As occurs with CPLD/FPGAs, the FPAA/dpASPs technologies have the target to increase the productivity, reducing the development time and make easier future hardware reconfigurations reducing the costs. FPAA/dpAsps still have some limitations comparing with the classic analog circuits due to lower working frequencies and emulation of complex circuits that require more components inside the integrated circuit. However, they have great advantages in sensor signal condition, filter circuits and control systems. This thesis focuses practical implementations of these technologies to control system PID controllers. The result of the experiments confirms the efficacy of FPAA/dpASPs on signal condition and control systems.

Esta tese tem como principal objectivo fazer uma pesquisa sobre circuitos integrados e tecnologias das FPAA/dpASPs aplicadas a sistemas de controlo. Estes dispositivos possibilitam a emulação de circuitos analógicos que podem ser reconfiguráveis por ferramentas de programação dos próprios fabricantes e no caso dos dpASPs são capazes de ser dinamicamente reconfiguráveis em tempo real. São descritas diferentes tecnologias disponíveis no mercado e também projectos académicos de grupos de investigação. Estas tecnologias são muito recentes e estão em pleno desenvolvimento para alcançar um nível de flexibilidade e integração para penetrar mais facilmente no mercado. Como já ocorre com as CPLD/FPGAs, os FPAA/dpASPs tem o objectivo de aumentar a produtividade, reduzindo o tempo de desenvolvimento e facilitar reconfigurações futuras de hardware, reduzindo os custos. As FPAA/dpASPs ainda tem algumas limitações comparando com os circuitos analógicos clássicos devido a uma menor largura de banda de frequências de trabalho e à dificuldade de emulação de circuitos complexos que requerem mais componentes dentro do circuito integrado e portanto uma maior escala de integração. No entanto, estes circuitos integrados têm grandes vantagens e podem ser utilizados para aplicações de condicionamento do sinal de sensores, circuitos de filtros e sistemas de controlo. Esta tese concentra-se nas implementações práticas destas tecnologias aos sistemas de controlo usando controladores PID. Os resultados das experiências confirmam a eficácia das FPAA/dpASPs no condicionamento de sinal e sistemas de controlo.