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《大连海事大学》 2010年
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基于FPGA的预测控制算法的实现

宋见  
【摘要】: 预测控制是随着自适应控制的研究而发展起来的一种先进的计算机控制算法,它基于参数模型,对过程的模型要求不高,具有柔化作用、多步预测、滚动优化和在线反馈校正等特征,对模型结构偏差有较强的鲁棒性,对存在滞后和不确定性的对象呈现优良的控制性能和鲁棒性,系统设计灵活简单方便,是当前过程控制的发展方向之一。由于预测控制算法需要进行大量的数据计算和处理,已投入应用的各种预测控制系统都是面向输出响应较慢的被控制对象,FPGA具有很强的并行运算能力,运行速度快,采用FPGA阵列处理器实现预测控制系统,能大幅提高预测控制的在线优化速度。 本文在Xilinx公司的集成开发环境ISE9.1i中,采用硬件描述语言HDL编程,调用IP核等输入方式,完成了预测控制改进算法的FPGA设计与实现。论文首先介绍了广义预测控制算法以及改进的算法,由于算法主要涉及矩阵相关的运算需要进行大量的数据计算和处理,为了减少数据计算的复杂性,从实现算法的控制器的硬件结构上改进,因此采用FPGA阵列处理器实现预测控制系统。针对基于FPGA硬件实现的特点介绍了求解预测控制中逆矩阵的递推算法,设计出了预测控制的处理器阵列结构。在设计中采用层次化,模块化的思想,将整个算法划分成多个功能模块,画出了各模块的流程图。包括系统的总体结构设计,基本的处理器单元的设计,递推求逆算法的处理器阵列设计,输出预测的处理器阵列设计,控制增量的计算,参数辨识等。最后用Modelsim仿真软件对各模块进行了仿真,给出了仿真结果。 设计中的各模块均采用HDL通用硬件描述语言进行描述,对仿真结果进行了分析表明:采用FPGA阵列处理器实现预测控制系统,能大幅提高预测控制的在线优化速度,减小控制器面积,扩大预测控制的应用领域。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN791;TP13

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