Hardware Implementation of Nonlinear PID Controller with FPGA Based on Floating Point Operation for 6-DOF Manipulator Robot Arm

Hardware Implementation of Nonlinear PID Controller with FPGA Based on

Floating Point Operation for 6-DOF Manipulator Robot Arm

 

Abstract: This paper presents the FPGA implementation of nonlinear PID controllers for humanoid robot arms.  To design the nonlinear PID controller on an FPGA chip, nonlinear functions as well as the conventional PID control algorithm have to be implemented by the hardware description language. Therefore, nonlinear functions such as trigonometric or exponential functions are designed on an FPGA chip. Simulation studies of position control of humanoid arms are conducted and results are compared. Superior performances of the nonlinear PID controllers are confirmed when disturbances are present. Experiments of humanoid robot arm control tasks are conducted to confirm our design and the simulation results.

 

초록: 이 논문은 휴머노이드 로봇 팔 제어를 위한 비선형 PID 제어기의 FPGA의 구현에 대한 것이다.  FPGA 칩에 비선형 제어기를 구현하기 위해, 전통적인 PID 제어 알고리즘 뿐만 아니라 비선형 함수들도 HDL로 구현해야 한다. 따라서, 삼각함수나 지수함수와 같은 비선형 함수를 FPGA 칩에 설계하였다. 휴머노이드 로봇 팔의 위치 제어 시뮬레이션을 수행하였으며, 외부에 외란을 적용했을 때 비선형 PID의 성능을 테스트 하였다. 휴머노이드 로봇 팔의 제어 실험을 통해 우리의 시뮬레이션 및 설계를 확인하였다.

 

국제 제어 자동화 시스템 공학회(International Conference on Control, Automation and Systems),

2007년 10월, 한국

hardware_implementation_of_nonlinear_pid_controller_with_fp.pdf