基于干扰观测器的模型预测控制器设计与实现

发布时间：2021-05-12 01:49

　　目前在复杂的工业控制中,特别是在慢动态系统当中,模型预测控制由于其具备预测模型、滚动优化和反馈校正等三大特征,可以处理多变量多约束问题,已经受到广泛应用,然而在处理快动态系统的控制问题时,由于实际系统固有的非线性以及控制精度的要求,线性模型预测控制的使用范围有限,而非线性模型预测控制在求解非线性预测方程时,计算时间过长,对整个快速动态系统的控制会产生较大的求解时间负担,特别是在预测时域较长时,求解优化问题时间过长大大限制了模型预测控制在快速动态系统（如汽车电子控制系统等）中的应用。为了解决非线性模型预测控制在快速动态系统中求解时间过长的问题,本文设计了一种基于干扰观测器的线性模型预测控制器,对非线性被控对象进行线性化处理,得到线性化模型,在线性模型中加入线性化导致的模型误差干扰,然后根据此模型设计干扰观测器,本文采用扩张状态观测器作为干扰观测器,观测器的干扰结果实时返回到预测模型中,利用此模型设计线性模型预测控制器,达到非线性模型预测控制器的控制效果,这样就可以解决由于求解时间过长导致无法使用非线性模型预测控制的问题,最后采用FPGA针对控制算法的具体求解过程进行硬件加速。本文主要设计... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 模型预测控制的研究现状
    1.3 扩张状态观测器研究现状
    1.4 FPGA技术发展及其应用现状
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 基于干扰观测器的模型预测控制
    2.1 模型预测控制算法
        2.1.1 线性模型预测控制
        2.1.2 非线性模型预测控制
    2.2 扩张状态观测器
        2.2.1 单输入单输出系统扩张状态观测器
        2.2.2 多变量扩张状态观测器
    2.3 基于扩张状态观测器的线性模型预测控制
    2.4 本章小结
第3章 单入单出系统的控制器设计
    3.1 永磁直流电机模型
    3.2 永磁直流电机转速控制器设计
        3.2.1 扩张状态观测器设计
        3.2.2 模型预测控制器设计
    3.3 仿真分析
    3.4 本章小结
第4章 多入多出系统的控制器设计
    4.1 车辆横摆稳定性控制问题概述
    4.2 车辆动力学模型
    4.3 车辆横摆稳定性控制器设计
        4.3.1 控制器预测模型设计
        4.3.2 扩张状态观测器设计
        4.3.3 模型预测控制器设计
    4.4 仿真实例
    4.5 本章小结
第5章 控制器的FPGA硬硬件加速实现
    5.1 控制算法的FPGA实现方案
    5.2 控制器的FPGA硬件实现
        5.2.1 定点数据设计
        5.2.2 综合优化
        5.2.3 HDL代码生成
        5.2.4 功能仿真验证
    5.3 本章小结
第6章 全文总结
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
致谢



本文编号：3182494