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SISTEMA DE CONTROL DE UNA PLANTA EMBEBIDA EN FPGA
EMPLEANDO HARDWARE-IN-THE-LOOP
CONTROL SYSTEM OF A PLANT EMBEDDED IN FPGA USING
HARDWARE IN THE LOOP
OSCAR IVÁN CALDAS FLAUTERO
Ing. MCT Universidad Militar Nueva Granada, Investigador, davinci@unimilitar.edu.co

SEBASTIÁN JIMÉNEZ GÓMEZ
Ing. MCT Universidad Militar Nueva Granada, Investigador, davinci@unimilitar.edu.co

EDILBERTO MEJÍARUDA
Ing. MCT Universidad Militar Nueva Granada, Investigador, davinci@unimilitar.edu.co

OSCAR FERNANDO AVILÉS SÁNCHEZ
Ph.D. Universidad Militar Nueva Granada, Director Programa Ing. Mecatrónica, oscar.aviles@unimilitar.edu.co

DARÍO AMAYA HURTADO
Ph.D. Universidad Militar Nueva Granada, Líder Grupo de Investigación GAV, dario.amaya@unimilitar.edu.co
Recibido para revisar Enero 18 de 2013,aceptado Abril 26 de 2013, versión final Mayo 6 de 2013
RESUMEN: Los sistemas de prototipado rápido son ampliamente usados en el desarrollo de productos en diferentes industrias, ya que
permite configurar prototipos iniciales, probarlos bajo condiciones reales y optimizarlos con efectividad en tiempo y costo, sin mayor
desarrollo de hardware. Con el concepto de Hardware-in-the-loop (HIL), sepueden emular condiciones de operación de un sistema real,
llevándolo a un modelo matemático embebido en un sistema electrónico. Este trabajo muestra la implementación de una planta térmica
en una FPGA que emula el comportamiento real y permite evaluar los alcances y beneficios de la técnica HIL. Por otro lado, se diseñó un
controlador tipo PID en el software LabView®, que reguló la dinámica dela planta embebida usando comunicación serial. Se hizo una
comparación entre el experimento y una simulación en Matlab® Simulink para validar el desempeño del sistema con los parámetros de
diseño.
PALABRAS CLAVE: HIL; Sistema de control; FPGA.
ABSTRACT: Rapid prototyping systems are widely used in product development in the different industries. They provide the ability to
set up the initialprototypes, test them under real conditions, and optimize them time- and cost-effectively, without extensive hardware
development. Following the Hardware-in-the-loop concept, the operation conditions of a real system can be emulated by means of a
mathematical model, embedded in an electronic device. This paper shows a thermal plant implementation in a FPGA, which emulates the
real behavior andallows to assess the scope and benefits of HIL technique. On the other hand, a PID controller was designed in LabView®
to regulate the dynamics of the embedded plant by serial communication. A comparison was made to validate the system performance based
on the design parameters.
KEYWORDS: Control system; Hardware-in-the-Loop; FPGA.

1. INTRODUCCIÓN
La tecnología Hardware-in-the-loop (HIL) seha
convertido en una parte integral del proceso de
desarrollo electrónico para fabricantes y proveedores
de productos, que emula en tiempo real la planta o el
sistema de control, junto con elementos reales como
sensores y actuadores (frecuentemente usados por

su dificultad de modelado [1]), optimizando costos,
duración y seguridad en las pruebas [2]. La simulación
HIL es, por lo tanto,un método empleado en el ciclo
de desarrollo de productos, en el cuál uno o más
componentes reales interactúan con otros simulados en
tiempo real, mediante modelos dinámicos. El principal
propósito de esta simulación, es mejorar la calidad del
producto, sobreponerse a la complejidad de los sistemas

Dyna, año 80, Edición 179, pp. 51-59, Medellín, junio, 2013. ISSN 0012-7353

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Caldaset al

y reducir los costos del desarrollo. Este último objetivo
se alcanza realizando las pruebas de funcionamiento y
diagnóstico en el laboratorio HIL, en lugar de hacerlas
con experimentos en bancos de prueba. El resultado es
la reducción considerable de costosos prototipos y del
tiempo requerido en el banco de pruebas [3].
Recientemente, se ha hecho uso de las simulaciones
HIL para...