CONTROLE PID EM HARDWARE RECONFIGURÁVEL APLICADO À ESTABILIZAÇÃO DE UM PÊNDULO INVERTIDO
Resumo
O pêndulo invertido constitui um sistema dinâmico clássico caracterizado por instabilidade, não linearidade e alta sensibilidade a atrasos na ação de controle, sendo amplamente utilizado para a validação de estratégias de controle em tempo real. Embora plataformas baseadas em microcontroladores sejam frequentemente empregadas nesse tipo de aplicação devido ao baixo custo e à facilidade de implementação, essas soluções apresentam limitações relacionadas ao determinismo temporal, à latência e ao jitter.
Neste trabalho, é proposta a implementação de uma arquitetura híbrida de controle em tempo real para a estabilização de um pêndulo invertido sobre carrinho, utilizando uma FPGA como núcleo de processamento do controle. Nessa arquitetura, um microcontrolador Arduino é responsável pela aquisição e pelo pré-processamento dos sinais dos sensores, enquanto a FPGA executa o controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID), a geração do sinal PWM e a lógica de acionamento do atuador, assegurando comportamento determinístico da malha de controle.
A implementação foi realizada de forma modular em linguagem VHDL, utilizando aritmética inteira escalonada. O sistema desenvolvido foi avaliado quanto ao seu comportamento temporal e à previsibilidade da execução do controle em tempo real. Os resultados experimentais indicam que a utilização de hardware reconfigurável permite maior controle sobre a temporização da malha, evidenciando o potencial de arquiteturas híbridas FPGA–microcontrolador em aplicações de controle de sistemas rápidos e instáveis.
