非线性预测控制器的嵌入式设计与实现
本文关键词:非线性预测控制器的嵌入式设计与实现 出处:《上海交通大学》2012年硕士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 非线性预测控制 嵌入式系统 FPGA 调试支持软件
【摘要】:预测控制是一类利用被控对象的模型来预测对象未来输出的优化控制算法,已在工业领域得到了广泛应用,尤其对线性系统来说是一种有效的控制策略。然而,许多工业过程存在着一定程度的非线性因素,其中包括非线性被控对象和非线性约束,如果采用线性模型预测控制,难以得到令人满意的控制效果。因此,非线性模型预测(Nonlinear Predictive Control,NMPC)控制近年来受到了广泛的关注。 随着社会的发展和科技的进步,各种基于嵌入式平台的控制器应运而生。FPGA是近年来发展起来的一类可编程逻辑器件,它吸收并结合了传统软件和硬件实现方案的优点,既保证了系统的高性能,又改善了系统的可设计性和适应性。因其具有灵活性和较短的设计周期,近年来开始成为实现MPC控制的一种有效硬件平台。正因为具有上述优势,本文采用FPGA来设计非线性预测控制器。 本论文主要完成以下工作: 1)嵌入式非线性预测控制器的算法设计。分析NMPC优化问题及现有求解算法的特点,提出适合在嵌入式平台上应用的可行算法。即使受到计算资源有限的制约,该算法仍然可以保证在每个采样间隔内都求得较优的可行解。 2)嵌入式非线性预测控制器的软硬件设计与实现。选择合适的嵌入式系统作为实现平台,通过分析控制流程的各个步骤和优化算法不同部分在嵌入式系统实现所需的时间和对应资源代价,进行合理的软硬件分工,尽可能利用FPGA提供的硬件资源和并行计算能力,实现嵌入式控制器。 3)嵌入式非线性预测控制器的仿真研究。通过和MATLAB闭环测试验证该控制器的实时性和有效性。 4)嵌入式预测控制器的现场调试支持软件设计。针对模型预测控制算法在现场应用中难以找到最优参数和难以更新控制器数据的问题,设计了现场调试支持软件。该软件支持多种预测控制器,包括控制参数设置、控制效果仿真以及数据传输下载三大功能。
[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 .
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP368.1;TP273
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 孙浩;车载VLBI天线精确定位预测控制系统[J];上海交通大学学报;1996年04期
2 彭辉文,于新,王秀红;超大规模集成电路系统设计方法综述[J];电脑学习;2000年02期
3 印建平,高峰;基于最优控制的新型非线性预测仿真研究[J];现代制造工程;2004年01期
4 史恩秀,黄玉美,史文浩;轮式移动机器人轨迹跟踪的预测控制[J];机械科学与技术;2004年10期
5 ;使用泰克MSO4000系列混合信号示波器调试混合信号嵌入式设计(二)[J];今日电子;2007年05期
6 潘晨;肖健梅;;基于SVM的船舶动力定位系统预测控制[J];仪器仪表用户;2010年06期
7 张厚杼;;氨合成塔温度的最佳预测控制[J];化工自动化及仪表;1988年01期
8 王永骥,徐桂英,涂健;水轮发电机组l~∞范数性能指标预测控制[J];控制理论与应用;1991年04期
9 吕剑虹,陈来九;一种多变量连续时间预测控制方法[J];自动化学报;1995年02期
10 毛志忠;一种全局稳定的直接预测自适应控制器[J];信息与控制;1995年02期
相关会议论文 前10条
1 张峻;席裕庚;;输入受限时预测控制的一种简易算法[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
2 毛志忠;陈晓峰;;一种简化的预测控制算法[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
3 刘晓华;;一类双线性加权自适应预测控制[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
4 杨健;恽为民;席裕庚;张钟俊;;改进遗传算法及在优化控制中的应用[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
5 周明;周坚刚;余达太;;钢铁企业模型预测控制技术综述[A];冶金轧制过程自动化技术交流会论文集[C];2005年
6 陈云云;宁芳青;;锅炉蒸汽温度控制系统中广义预测控制的应用研究[A];冶金轧制过程自动化技术交流会论文集[C];2005年
7 陆冬娜;杨马英;;基于DCS系统的神经网络预测控制[A];第八届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2007年
8 薛云灿;胡树棠;;专家模型算法控制的进一步研究[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
9 任作新;;一种预测控制新算法[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
10 曹明;王慧;刘宝坤;;一种基于NN模型的预测控制[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
相关重要报纸文章 前10条
1 罗仁宵;Motorola促进嵌入式设计应用[N];中国电子报;2002年
2 本报记者 李静华;博世厨电引领一体化趋势[N];中国房地产报;2009年
3 本报记者 何晓曦;中国能源战略寻求突破[N];国际商报;2004年
4 李佳师;嵌入式平台竞争呈现新态势 中国的机会在“中间”[N];中国电子报;2008年
5 胡英;TI超低成本微控制器开发工具[N];计算机世界;2006年
6 竺南直;嵌入式技术读物[N];中华读书报;2005年
7 段煦;“高科技”让打谷场上的银幕亮起来[N];大众科技报;2007年
8 记者 于博;半数以上嵌入式设计为落后项目[N];电子资讯时报;2006年
9 北京亚太博大软件有限公司 首席系统架构师 柳翔;无处不在的幽灵[N];计算机世界;2005年
10 张彤;“高清”走下神坛[N];网络世界;2008年
相关博士学位论文 前10条
1 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
2 安爱民;基于预测控制的先进过程控制技术研究[D];兰州理工大学;2010年
3 李姝;基于预测控制的汽油发动机怠速控制方法研究[D];吉林大学;2010年
4 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 韩恺;化工过程中的若干预测控制算法与应用研究[D];浙江大学;2009年
6 臧传德;船舶航行的智能预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
7 刘岩;网络流量控制若干关键技术研究[D];复旦大学;2005年
8 罗秋滨;一类非线性系统预测控制中的建模问题[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 何召兰;几类切换系统的滑模控制[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 林永君;基于复杂机理模型的过程预测控制研究[D];华北电力大学;2002年
相关硕士学位论文 前10条
1 李湘君;智能预测控制算法及其应用研究[D];南京工业大学;2004年
2 李建民;AUV水下回收预测与协调控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 郄程飞;室内温控系统的预测控制研究[D];燕山大学;2011年
4 李晓燕;预测控制在非最小相位系统中的应用[D];华北电力大学(河北);2010年
5 贾晓波;线性时滞系统的预测控制[D];中国海洋大学;2003年
6 撒继铭;预测控制在工业窑炉温度控制中的应用研究[D];武汉理工大学;2002年
7 滕海涛;主动队列管理的优化与预测控制算法设计[D];大连理工大学;2005年
8 杨黎峰;基于神经网络预测控制的水源热泵控制系统研究[D];北方工业大学;2005年
9 郭旭;全方位移动机器人的运动预测控制[D];浙江大学;2006年
10 韩慧婷;非线性预测控制器的嵌入式设计与实现[D];上海交通大学;2012年
,本文编号:1399899
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/1399899.html