基于SOPC技術(shù)的預(yù)測控制算法IP核的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)實踐過程往往具有環(huán)境參數(shù)和結(jié)構(gòu)未知、非線性、強耦合性、信息不完整性和大時滯等特性,其動態(tài)行為還會岡外界操作條件的變化、噪音等干擾因素而變化。由于控制對象的多樣化以及控制要求的不斷提高,傳統(tǒng)控制策略難以得到滿意的控制效果。因此,尋找一種對過程和環(huán)境的不確定性有一定適應(yīng)能力的控制策略是控制界和學(xué)術(shù)界的亟待解決的問題。預(yù)測控制理論的提出,不儀滿足了實際工業(yè)過程對象的具體特點,而且具有在線計算方便、模型精度要

2、求低、易于實現(xiàn)的顯著優(yōu)點。
　　 本文針對具有大滯后特性的系統(tǒng),以具有此特性的電加熱溫度控制系統(tǒng)為對象模型,探索一種基于時域響應(yīng)特性的預(yù)測控制算法,其核心思想足利用系統(tǒng)當(dāng)前以及之前的采樣信息來預(yù)測系統(tǒng)未來的輸出,使其與系統(tǒng)設(shè)定輸入的偏差為零。在已知被控對象參數(shù)時,預(yù)測控制算法的理論分析與仿真結(jié)果基本一致,有一定的抗干擾能力,跟蹤性能良好,控制精度高。另外針對一階滯后模型,給出了被控對象參數(shù)的離線辨識算法,以適應(yīng)參數(shù)未知的控制過程

3、,仿真結(jié)果表明,離線辨識參數(shù)的誤差小,可以滿足參數(shù)辨識的需要。對于由外界干擾引起的參數(shù)時變過程,給出了在線辨識參數(shù)的預(yù)測控制算法。仿真結(jié)果表明,在線辨識參數(shù)的預(yù)測控制算法與已知參數(shù)的預(yù)測控制算法的控制范圍一致,可以得到滿意的控制效果,一定程度上改善了了參數(shù)時變帶來的輸出偏差。
　　 預(yù)測控制算法全過程需要浮點運算,本文在分析單精度浮點運算的基礎(chǔ)上,利用VHDL語言設(shè)計實現(xiàn)了可以完成32位單精度浮點數(shù)加減乘除的運算器。其中利用兩個

4、定點加法器,完成了浮點加法器的設(shè)計；根據(jù)booth算法原理和定點加法器,通過循環(huán)移位的方法進行兩位補碼乘法運算,完成了32位浮點乘法器的設(shè)計；浮點除法器利用不恢復(fù)余數(shù)算法和定點減法,完成階碼相減、尾數(shù)相除的運算過程。在QuartusⅡ平臺下仿真測試,浮點運算器的功能和時序均滿足設(shè)計要求,誤差較小穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。
　　 對已推導(dǎo)出的預(yù)測控制算法進行轉(zhuǎn)化,完成易于用硬件描述語言實現(xiàn)的算法表達式。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)應(yīng)用要求,對預(yù)測控