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作为一种能够明确处理复杂约束的优化控制算法，预测控制已经得到很多工业控制领域的青睐，但它在实际应用中仍存在一些本质的困难。首先，预测控制的滚动优化要求实时求解约束优化问题，在线计算的复杂性限制了其在嵌入式系统中的应用。近十年来兴起的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)器件虽然以其特有的并行机制和高效的流水线结构为预测控制在线矩阵运算提供了一个很好的实现平台，但矩阵求逆运算仍需消耗大量的计算时间与硬件资源；其次，在预测控制算法中由于性能指标与控制参数之间没有明确的定量关系，使得在参数设计时仍需要通过大量的仿真实验来进行选择和验证，这对于一般的工控机问题不大，但对于嵌入式系统实现的预测控制器则需要另外与主机搭建联合仿真控制平台来下载控制参数，这不利于工业现场的独立应用，并且对现场调试人员的技术与经验也提出了很高的要求。本文从上述两个角度出发，以FPGA为预测控制的实现平台，主要研究工作如下：1）基于硬件矩阵求逆的FPGA模型预测控制器的设计与实现。围绕如何在FPGA上进一步提高预测控制在线计算速度的问题，重点考虑如何利用FPGA资源高效实现矩阵求逆运算。针对预测控制算法中待求逆矩阵的对称正定特性，采用一种简易的对称正定矩阵求逆算法，给出了在FPGA上使用硬件资源高效实现对称正定矩阵求逆的设计方案，并将其扩展至二次规划问题的求解过程中，设计了基于硬件矩阵求逆的FPGA模型预测控制器，使其在线求解速度与用软件求逆时相比有很大提高。2）面向典型工业对象的FPGA预测控制器参数设计与研究。针对一类典型工业对象，根据理论分析得到的预测控制系统定量分析的结论，可以不通过仿真直接设计预测控制参数。借鉴理论分析结果，在FPGA上设计了针对这类对象的专用预测控制器，完成了模型辨识、控制参数选择和在线实时控制等设计。3）基于FPGA的预测控制器的案例研究。将设计的基于硬件矩阵求逆的FPGA模型预测控制器和面向典型工业对象的FPGA预测控制器分别应用到注塑机保压阶段和循环流化床锅炉燃烧系统中，取到了较为满意的控制效果，进一步验证了设计的可行性和有效性。