臨近空間高速目標(biāo)飛行器在返回地面過程中受等離子鞘套影響會出現(xiàn)通信中斷及監(jiān)測異常的問題,針對上述問題,需要在地面搭建實(shí)驗(yàn)裝置,模擬目標(biāo)飛行器再入環(huán)境,研究等離子鞘套對通信及探測的確切影響。地面試驗(yàn)裝置的核心是高速目標(biāo)等離子體產(chǎn)生裝置,該裝置可在控制作用下產(chǎn)生滿足要求的高速目標(biāo)等離子體,因此,研究精確、高效的高速目標(biāo)等離子體控制系統(tǒng)具有重要意義。本文研究了模型預(yù)測控制在高速目標(biāo)等離子體控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,針對高速目標(biāo)等離子體控制系統(tǒng)的工程要求,本文還研究了模型預(yù)測控制器在FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)上的硬件實(shí)現(xiàn)。本文將模型預(yù)測控制應(yīng)用于高速目標(biāo)等離子體控制系統(tǒng)中,并基于FPGA設(shè)計了模型預(yù)測控制器。針對模型預(yù)測控制的二次規(guī)劃問題,本文采用對偶有效集算法完成優(yōu)化求解。在實(shí)現(xiàn)基于FPGA的模型預(yù)測控制器后,本文利用dSPACE搭建實(shí)時半實(shí)物仿真平臺完成控制器的仿真驗(yàn)證。具體工作包括以下三個方面:1.完成高速目標(biāo)等離子體模型預(yù)測控制器的設(shè)計。結(jié)合高速目標(biāo)等離子體的控制要求,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,基于此設(shè)計模型預(yù)測控制器,并采用算法結(jié)構(gòu)簡單、便于實(shí)現(xiàn)的對偶有效集算法求解二次規(guī)劃問題,并利用MATALB完成對高速目標(biāo)等離子模型預(yù)測控制器的離線仿真測試,驗(yàn)證控制器的控制效果。2.針對模型預(yù)測控制在線計算速度慢的問題,本文基于FPGA實(shí)現(xiàn)模型預(yù)測控制器,提高模型預(yù)測控制的計算速度。在以浮點(diǎn)運(yùn)算IP核為最底層模塊的基礎(chǔ)上,采用Verilog HDL編寫矩陣運(yùn)算模塊、優(yōu)化問題求解模塊、目標(biāo)函數(shù)模塊、多路復(fù)用模塊及數(shù)據(jù)傳輸模塊等子模塊,在頂層模塊下例化各個子模塊后使用ISE進(jìn)行分析綜合及布局布線,完成模型預(yù)測控制器整體設(shè)計。3.基于dSPACE搭建半實(shí)物仿真平臺,進(jìn)行高速目標(biāo)等離子體密度、速率跟蹤實(shí)時半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)。首先利用MATALB/Simulink搭建高速目標(biāo)等離子體半實(shí)物仿真模型,編譯模型后聯(lián)合dSPACE與FPGA,完成半實(shí)物仿真平臺搭建,并基于該平臺進(jìn)行高速目標(biāo)等離子體密度、速率跟蹤實(shí)時仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了基于FPGA設(shè)計的模型預(yù)測控制器的實(shí)時性與有效性。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN791;V216.7
【部分圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的重要硬件基礎(chǔ)，采用高速 CHM 設(shè)計 ASIC 電路時，不需要投片、風(fēng)險低，在較發(fā)器和 I/O 資源使得其使用非常靈活，用戶可以同模式的配置，基于此，F(xiàn)PGA 已經(jīng)成為提高系發(fā)板簡介預(yù)測控制器 FPGA 實(shí)現(xiàn)的順利進(jìn)行，需要挑選的 FPGA 芯片廠商為 Xilinx、Altera 兩家。Xilin擇；Altera 公司有 Stratix 、Cyclone 系列等。從文選擇 Xilinx 公司的 Kintex-7 系列芯片，芯片接購買搭載該芯片的成品開發(fā)板。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文E 實(shí)時半實(shí)物仿真平臺可分為軟件系統(tǒng)和硬件平臺譯和下載的 RTI 軟件及用于變量測試監(jiān)控的 Contro MATLAB/Simulink 的橋梁，可實(shí)現(xiàn) MATLAB/S載；ControlDesk 擁有豐富的儀表及數(shù)據(jù)監(jiān)測工具，件平臺的核心是計算能力極強(qiáng)的 PowerPC 處理器，同時其豐富的 I/O 資源可方便的實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備戶的需求，dSPACE 公司提供了單板系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)組單板系統(tǒng)即將處理器和 I/O 集成于同一板上，不需滿足用戶快速設(shè)計的要求；標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)是根據(jù)用板進(jìn)行組裝，與單板系統(tǒng)相比性能更高，適用于復(fù)E 實(shí)時半實(shí)物仿真平臺具有實(shí)時性好、組合性強(qiáng)、選擇的是 dSPACE 標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)，搭載 DS1007 處 實(shí)物如圖 2.3 示，其搭載 DS1007 處理器板卡負(fù)責(zé)

圖 3.2 等離子體發(fā)生器三維模型按照輸入與輸出的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過模型辨識得到高速目標(biāo)等離子體產(chǎn)生裝置的傳遞函數(shù)如式(3-1)所示， ( ) = ( ) ( ) (3-1)其中： ( ) = ( ) ( ) （ ( )表示等離子體密度， ( )表示速率） (3-2) ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) (3-3) ( ) = ( ) ( ) （ ( )表示進(jìn)氣量， ( )表示電源功率） (3-4)將式(3-1)改寫為狀態(tài)空間表達(dá)式，可得高速目標(biāo)等離子體對應(yīng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模
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本文編號：2868784