臨近空間高速目標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,需要在地面搭建實驗裝置,模擬目標飛行器再入環(huán)境,研究等離子鞘套對通信及探測的確切影響。地面試驗裝置的核心是高速目標等離子體產(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等離子體,因此,研究精確、高效的高速目標等離子體控制系統(tǒng)具有重要意義。本文研究了模型預測控制在高速目標等離子體控制系統(tǒng)中的應用,針對高速目標等離子體控制系統(tǒng)的工程要求,本文還研究了模型預測控制器在FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)上的硬件實現(xiàn)。本文將模型預測控制應用于高速目標等離子體控制系統(tǒng)中,并基于FPGA設計了模型預測控制器。針對模型預測控制的二次規(guī)劃問題,本文采用對偶有效集算法完成優(yōu)化求解。在實現(xiàn)基于FPGA的模型預測控制器后,本文利用dSPACE搭建實時半實物仿真平臺完成控制器的仿真驗證。具體工作包括以下三個方面:1.完成高速目標等離子體模型預測控制器的設計。結(jié)合高速目標等離子體的控制要求,建立相應的數(shù)學模型,基于此設計模型預測控制器,并采用算法結(jié)構(gòu)簡單、便于實現(xiàn)的對偶有效集算法求解二次規(guī)劃問題,并利用MATALB完成對高速目標等離子模型預測控制器的離線仿真測試,驗證控制器的控制效果。2.針對模型預測控制在線計算速度慢的問題,本文基于FPGA實現(xiàn)模型預測控制器,提高模型預測控制的計算速度。在以浮點運算IP核為最底層模塊的基礎上,采用Verilog HDL編寫矩陣運算模塊、優(yōu)化問題求解模塊、目標函數(shù)模塊、多路復用模塊及數(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進行分析綜合及布局布線,完成模型預測控制器整體設計。3.基于dSPACE搭建半實物仿真平臺,進行高速目標等離子體密度、速率跟蹤實時半實物仿真實驗。首先利用MATALB/Simulink搭建高速目標等離子體半實物仿真模型,編譯模型后聯(lián)合dSPACE與FPGA,完成半實物仿真平臺搭建,并基于該平臺進行高速目標等離子體密度、速率跟蹤實時仿真實驗,實驗結(jié)果驗證了基于FPGA設計的模型預測控制器的實時性與有效性。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN791;V216.7
【部分圖文】：

西安電子科技大學碩士學位論文數(shù)字系統(tǒng)設計的重要硬件基礎，采用高速 CHM 設計 ASIC 電路時，不需要投片、風險低，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)板簡介預測控制器 FPGA 實現(xiàn)的順利進行，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。

西安電子科技大學碩士學位論文E 實時半實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的 PowerPC 處理器，同時其豐富的 I/O 資源可方便的實現(xiàn)與其他設備戶的需求，dSPACE 公司提供了單板系統(tǒng)和標準組單板系統(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計的要求；標準組件系統(tǒng)是根據(jù)用板進行組裝，與單板系統(tǒng)相比性能更高，適用于復E 實時半實物仿真平臺具有實時性好、組合性強、選擇的是 dSPACE 標準組件系統(tǒng)，搭載 DS1007 處 實物如圖 2.3 示，其搭載 DS1007 處理器板卡負責

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關系，經(jīng)過模型辨識得到高速目標等離子體產(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) ( ) = ( ) ( ) （ ( )表示進氣量， ( )表示電源功率） (3-4)將式(3-1)改寫為狀態(tài)空間表達式，可得高速目標等離子體對應的狀態(tài)空間數(shù)學模
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本文編號：2868784