基于FPGA的預(yù)測控制算法的實現(xiàn).pdf

1、預(yù)測控制是隨著自適應(yīng)控制的研究而發(fā)展起來的一種先進的計算機控制算法，它基于參數(shù)模型，對過程的模型要求不高，具有柔化作用、多步預(yù)測、滾動優(yōu)化和在線反饋校正等特征，對模型結(jié)構(gòu)偏差有較強的魯棒性，對存在滯后和不確定性的對象呈現(xiàn)優(yōu)良的控制性能和魯棒性，系統(tǒng)設(shè)計靈活簡單方便，是當前過程控制的發(fā)展方向之一。由于預(yù)測控制算法需要進行大量的數(shù)據(jù)計算和處理，已投入應(yīng)用的各種預(yù)測控制系統(tǒng)都是面向輸出響應(yīng)較慢的被控制對象，F(xiàn)PGA具有很強的并行運算能力，運行

2、速度快，采用FPGA陣列處理器實現(xiàn)預(yù)測控制系統(tǒng)，能大幅提高預(yù)測控制的在線優(yōu)化速度。
　　 本文在Xilinx公司的集成開發(fā)環(huán)境ISE9.1i中，采用硬件描述語言HDL編程，調(diào)用IP核等輸入方式，完成了預(yù)測控制改進算法的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)。論文首先介紹了廣義預(yù)測控制算法以及改進的算法，由于算法主要涉及矩陣相關(guān)的運算需要進行大量的數(shù)據(jù)計算和處理，為了減少數(shù)據(jù)計算的復(fù)雜性，從實現(xiàn)算法的控制器的硬件結(jié)構(gòu)上改進，因此采用FPGA陣列處理器

3、實現(xiàn)預(yù)測控制系統(tǒng)。針對基于FPGA硬件實現(xiàn)的特點介紹了求解預(yù)測控制中逆矩陣的遞推算法，設(shè)計出了預(yù)測控制的處理器陣列結(jié)構(gòu)。在設(shè)計中采用層次化，模塊化的思想，將整個算法劃分成多個功能模塊，畫出了各模塊的流程圖。包括系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，基本的處理器單元的設(shè)計，遞推求逆算法的處理器陣列設(shè)計，輸出預(yù)測的處理器陣列設(shè)計，控制增量的計算，參數(shù)辨識等。最后用Modelsim仿真軟件對各模塊進行了仿真，給出了仿真結(jié)果。
　　 設(shè)計中的各模塊均采用