基于SOPC技術的預測控制算法IP核的研究.pdf

1、隨著現代工業(yè)生產技術的迅速發(fā)展,工業(yè)實踐過程往往具有環(huán)境參數和結構未知、非線性、強耦合性、信息不完整性和大時滯等特性,其動態(tài)行為還會岡外界操作條件的變化、噪音等干擾因素而變化。由于控制對象的多樣化以及控制要求的不斷提高,傳統(tǒng)控制策略難以得到滿意的控制效果。因此,尋找一種對過程和環(huán)境的不確定性有一定適應能力的控制策略是控制界和學術界的亟待解決的問題。預測控制理論的提出,不儀滿足了實際工業(yè)過程對象的具體特點,而且具有在線計算方便、模型精度要

2、求低、易于實現的顯著優(yōu)點。
　　 本文針對具有大滯后特性的系統(tǒng),以具有此特性的電加熱溫度控制系統(tǒng)為對象模型,探索一種基于時域響應特性的預測控制算法,其核心思想足利用系統(tǒng)當前以及之前的采樣信息來預測系統(tǒng)未來的輸出,使其與系統(tǒng)設定輸入的偏差為零。在已知被控對象參數時,預測控制算法的理論分析與仿真結果基本一致,有一定的抗干擾能力,跟蹤性能良好,控制精度高。另外針對一階滯后模型,給出了被控對象參數的離線辨識算法,以適應參數未知的控制過程

3、,仿真結果表明,離線辨識參數的誤差小,可以滿足參數辨識的需要。對于由外界干擾引起的參數時變過程,給出了在線辨識參數的預測控制算法。仿真結果表明,在線辨識參數的預測控制算法與已知參數的預測控制算法的控制范圍一致,可以得到滿意的控制效果,一定程度上改善了了參數時變帶來的輸出偏差。
　　 預測控制算法全過程需要浮點運算,本文在分析單精度浮點運算的基礎上,利用VHDL語言設計實現了可以完成32位單精度浮點數加減乘除的運算器。其中利用兩個

4、定點加法器,完成了浮點加法器的設計；根據booth算法原理和定點加法器,通過循環(huán)移位的方法進行兩位補碼乘法運算,完成了32位浮點乘法器的設計；浮點除法器利用不恢復余數算法和定點減法,完成階碼相減、尾數相除的運算過程。在QuartusⅡ平臺下仿真測試,浮點運算器的功能和時序均滿足設計要求,誤差較小穩(wěn)定在允許的范圍內。
　　 對已推導出的預測控制算法進行轉化,完成易于用硬件描述語言實現的算法表達式。在此基礎上,根據應用要求,對預測控