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Resumen— En el presente documento se analiza el funcionamiento de un servomotor destruncado todo esto con la finalidad de conocer los parámetros necesarios para el diseñó de un módulo VHDL capaz de controlar la velocidad y el sentido de giro de un servomotor.

Palabras clave— Xilinx, VHDL, FPGA, ciclo de trabajo, PWM, servomotor, posición, velocidad.

I. Introducción
En el diseño deaplicaciones electrónicas es necesario tener dispositivos de rotación de gran precisión y torque especialmente en aplicaciones de robótica y control. El dispositivo de rotación que ofrece estas prestaciones es el servomotor. Básicamente para controlar un servomotor necesitamos generar de alguna manera una señal PWM, ya sea mediante un circuito electrónico, un microcontrolador, un dispositivo lógicoprogramable o una FPGA.
II. Desarrollo
SERVOMOTOR
Los servos son un tipo especial de motor de c.c. que se caracterizan por su capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar. Están generalmente formados por un amplificador, un motor, unsistema reductor formado por ruedas dentadas y un circuito de realimentación, todo en una misma caja de pequeñas dimensiones. El resultado es un servo de posición con un margen de operación de 180° o 360° dependiendo del modelo.
Composición del servo
En la siguiente figura se muestra la composición interna de un servomotor. Se puede observar el motor, la circuitería de control, un juego deengranajes, y la caja. También se pueden ver los 3 cables de conexión externa:
uno (rojo) es para alimentación, Vcc (~ +5volts);
otro (negro) para conexión a tierra (GND);
el último (blanco o amarillo) es la línea de control por la que se le envía la señal codificada para comunicar el ángulo en el que se debe posicionar.

Fig. 1. Estructura interna del servomotor

Modificación del servomotorpara rotación continua
Generalmente un servomotor tiene 180° de libertad, con lo cual no se podría utilizar este servomotor para aplicaciones de rotación continua, por este motivo es necesario realizar ciertas modificaciones en el servomotor. Primeramente desarmando el servomotor se debe remover los topes que se encentran en el engranaje principal tal como se muestra en la figura, después se debereemplazar el potenciómetro interno del servomotor con dos resistores de 2.2k.

Fig. 2. Engranaje truncado

Funcionamiento del servomotor. Control PWM
La modulación por anchura de pulso, PWM (Pulse With Modulation), es una de los sistemas más empleados para el control de servos. Este sistema consiste en generar una onda cuadrada en la que se varía el tiempo que el pulso está a nivel alto,manteniendo el mismo período, con el objetivo de modificar la posición del servo según se desee.
El sistema de control de un servo se limita a indicar en qué posición se debe situar. Esto se lleva a cabo mediante una serie de pulsos tal que la duración del pulso indica el ángulo de giro del motor. Cada servo tiene sus márgenes de operación, que se corresponden con el ancho del pulso máximo ymínimo que el servo entiende. Los valores más generales se corresponden con pulsos de entre 1 ms y 2 ms de anchura, que dejarían al motor en ambos extremos (0º y 180º). El valor 1.5 ms indicaría la posición central o neutra (90º), mientras que otros valores del pulso lo dejan en posiciones intermedias.

Fig. 3. Funcionamiento del servomotor


Para el control de la velocidad se puede utilizar laposición neutra del servomotor o se puede controlar la velocidad sabiendo que si se indica una posición que queda lejos de la actual se aumenta la velocidad y si se especifica un valor de posición cercano al actual la velocidad es lenta.
VHDL
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