【摘 要】
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预测控制是一类通过利用对象模型,预测被控对象未来输出的优化控制算法。该算法能显式地处理有约束的多输入、多输出系统的控制问题,鲁棒性好,对模型精度要求不高,因此得到了
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预测控制是一类通过利用对象模型,预测被控对象未来输出的优化控制算法。该算法能显式地处理有约束的多输入、多输出系统的控制问题,鲁棒性好,对模型精度要求不高,因此得到了广泛的重视和应用。近年来,预测控制的应用领域和应用场合不断扩展。为满足对控制器低成本、体积小巧、实时性的要求,嵌入式预测控制器逐渐成为新的研究热点。FPGA技术是近年来迅猛发展的一类嵌入式解决方案,它是通过逻辑组合来实现各种功能的器件,吸收并结合了传统软件和硬件实现方案的优点,有着更强的灵活性,可根据具体应用的特点优化处理器架构,达到最佳运算性能,被广泛应用于图像、信号处理等领域。本文利用FPGA系统的特点,将其与预测控制结合,使用有限的系统资源设计出高效,且符合实际应用要求的嵌入式预测控制系统。本文围绕预测控制在FPGA上的设计和应用,主要完成以下研究工作:1)基于FPGA的预测控制器的硬件部分设计。结合FPGA系统的特点,使用硬件模块提高运算性能,完成了硬件浮点矩阵运算单元和等式二次规划求解器的设计,分析了求解器带来的性能提升,并给出了进一步提升性能的方案。2)适用于FPGA预测控制器的现场调试支持软件。针对预测控制算法在控制现场应用环境中,难以找到最优参数,难以对控制器进行数据更新的问题,设计了FPGA预测控制器现场调试支持软件,包括参数仿真和数据传输两大功能,能直观地显示出参数的控制效果,并方便地更新控制器参数。3)基于FPGA的预测控制器在实际控制问题中的应用。分别将预测控制器应用在电机角度跟踪系统和反渗透海水淡化系统中,根据具体应用环境对预测控制器做出调整和优化,取得了比传统控制方案更好的控制效果,展现了嵌入式预测控制器广阔的应用前景。
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