本文關(guān)鍵詞：非線性預(yù)測控制器的嵌入式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　出處：《上海交通大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 非線性預(yù)測控制 嵌入式系統(tǒng) FPGA 調(diào)試支持軟件

【摘要】：預(yù)測控制是一類利用被控對(duì)象的模型來預(yù)測對(duì)象未來輸出的優(yōu)化控制算法,已在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,尤其對(duì)線性系統(tǒng)來說是一種有效的控制策略。然而,許多工業(yè)過程存在著一定程度的非線性因素,其中包括非線性被控對(duì)象和非線性約束,如果采用線性模型預(yù)測控制,難以得到令人滿意的控制效果。因此,非線性模型預(yù)測(Nonlinear Predictive Control,NMPC)控制近年來受到了廣泛的關(guān)注。 隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,各種基于嵌入式平臺(tái)的控制器應(yīng)運(yùn)而生。FPGA是近年來發(fā)展起來的一類可編程邏輯器件,它吸收并結(jié)合了傳統(tǒng)軟件和硬件實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)點(diǎn),既保證了系統(tǒng)的高性能,又改善了系統(tǒng)的可設(shè)計(jì)性和適應(yīng)性。因其具有靈活性和較短的設(shè)計(jì)周期,近年來開始成為實(shí)現(xiàn)MPC控制的一種有效硬件平臺(tái)。正因?yàn)榫哂猩鲜鰞?yōu)勢,本文采用FPGA來設(shè)計(jì)非線性預(yù)測控制器。 本論文主要完成以下工作: 1)嵌入式非線性預(yù)測控制器的算法設(shè)計(jì)。分析NMPC優(yōu)化問題及現(xiàn)有求解算法的特點(diǎn),提出適合在嵌入式平臺(tái)上應(yīng)用的可行算法。即使受到計(jì)算資源有限的制約,該算法仍然可以保證在每個(gè)采樣間隔內(nèi)都求得較優(yōu)的可行解。 2)嵌入式非線性預(yù)測控制器的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。選擇合適的嵌入式系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)平臺(tái),通過分析控制流程的各個(gè)步驟和優(yōu)化算法不同部分在嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的時(shí)間和對(duì)應(yīng)資源代價(jià),進(jìn)行合理的軟硬件分工,盡可能利用FPGA提供的硬件資源和并行計(jì)算能力,實(shí)現(xiàn)嵌入式控制器。 3)嵌入式非線性預(yù)測控制器的仿真研究。通過和MATLAB閉環(huán)測試驗(yàn)證該控制器的實(shí)時(shí)性和有效性。 4)嵌入式預(yù)測控制器的現(xiàn)場調(diào)試支持軟件設(shè)計(jì)。針對(duì)模型預(yù)測控制算法在現(xiàn)場應(yīng)用中難以找到最優(yōu)參數(shù)和難以更新控制器數(shù)據(jù)的問題,設(shè)計(jì)了現(xiàn)場調(diào)試支持軟件。該軟件支持多種預(yù)測控制器,包括控制參數(shù)設(shè)置、控制效果仿真以及數(shù)據(jù)傳輸下載三大功能。
[Abstract]:Predictive control is a kind of optimal control algorithm for predicting the future output of objects by using the model of controlled objects , which has been widely used in the field of industry , especially for linear systems . However , many industrial processes have some nonlinear factors , including nonlinear controlled objects and nonlinear constraints . With the development of society and the progress of science and technology , various controllers based on embedded platform are born . The FPGA is a kind of programmable logic device developed in recent years . It absorbs and combines the advantages of traditional software and hardware implementation scheme . It has guaranteed the high performance of the system and improved the designability and adaptability of the system . Because of its flexibility and short design cycle , it has become an effective hardware platform for MPC control in recent years . Because of the above advantages , the FPGA is used to design the nonlinear predictive controller . This thesis mainly accomplishes the following tasks : 1 ) The algorithm design of the embedded nonlinear predictive controller . The optimization problem of the NMPC and the characteristics of the existing solution algorithm are analyzed , and a feasible algorithm suitable for the application in the embedded platform is put forward . Even if the computational resources are limited , the algorithm can guarantee a better feasible solution in every sampling interval . 2 ) The hardware and software design and implementation of the embedded nonlinear predictive controller . Select the appropriate embedded system as the implementation platform . By analyzing the different steps of the control flow and the different parts of the optimization algorithm , the necessary time and corresponding resource cost are realized in the embedded system . The hardware resources and the parallel computing power provided by the FPGA are utilized as much as possible to realize the embedded controller . 3 ) Simulation research of embedded nonlinear predictive controller . The real - time performance and effectiveness of the controller are verified through closed loop test with MATLAB . 4 ) On - site debugging support software design of embedded predictive controller . On - site debugging support software is designed aiming at the difficulty of finding the optimal parameters and difficult updating of the controller data in the field application of the model predictive control algorithm . The software supports a variety of predictive controllers , including the control parameter setting , the control effect simulation and the three functions of data transmission download .

【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP368.1;TP273

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