基于SOPC技術(shù)的預(yù)測(cè)控制算法IP核的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)實(shí)踐過(guò)程往往具有環(huán)境參數(shù)和結(jié)構(gòu)未知、非線性、強(qiáng)耦合性、信息不完整性和大時(shí)滯等特性,其動(dòng)態(tài)行為還會(huì)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(duì)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(duì)過(guò)程和環(huán)境的不確定性有一定適應(yīng)能力的控制策略是控制界和學(xué)術(shù)界的亟待解決的問(wèn)題。預(yù)測(cè)控制理論的提出,不儀滿足了實(shí)際工業(yè)過(guò)程對(duì)象的具體特點(diǎn),而且具有在線計(jì)算方便、模型精度要

2、求低、易于實(shí)現(xiàn)的顯著優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文針對(duì)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(duì)象模型,探索一種基于時(shí)域響應(yīng)特性的預(yù)測(cè)控制算法,其核心思想足利用系統(tǒng)當(dāng)前以及之前的采樣信息來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的輸出,使其與系統(tǒng)設(shè)定輸入的偏差為零。在已知被控對(duì)象參數(shù)時(shí),預(yù)測(cè)控制算法的理論分析與仿真結(jié)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(duì)一階滯后模型,給出了被控對(duì)象參數(shù)的離線辨識(shí)算法,以適應(yīng)參數(shù)未知的控制過(guò)程

3、,仿真結(jié)果表明,離線辨識(shí)參數(shù)的誤差小,可以滿足參數(shù)辨識(shí)的需要。對(duì)于由外界干擾引起的參數(shù)時(shí)變過(guò)程,給出了在線辨識(shí)參數(shù)的預(yù)測(cè)控制算法。仿真結(jié)果表明,在線辨識(shí)參數(shù)的預(yù)測(cè)控制算法與已知參數(shù)的預(yù)測(cè)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(shù)時(shí)變帶來(lái)的輸出偏差。
　　 預(yù)測(cè)控制算法全過(guò)程需要浮點(diǎn)運(yùn)算,本文在分析單精度浮點(diǎn)運(yùn)算的基礎(chǔ)上,利用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可以完成32位單精度浮點(diǎn)數(shù)加減乘除的運(yùn)算器。其中利用兩個(gè)

4、定點(diǎn)加法器,完成了浮點(diǎn)加法器的設(shè)計(jì)；根據(jù)booth算法原理和定點(diǎn)加法器,通過(guò)循環(huán)移位的方法進(jìn)行兩位補(bǔ)碼乘法運(yùn)算,完成了32位浮點(diǎn)乘法器的設(shè)計(jì)；浮點(diǎn)除法器利用不恢復(fù)余數(shù)算法和定點(diǎn)減法,完成階碼相減、尾數(shù)相除的運(yùn)算過(guò)程。在QuartusⅡ平臺(tái)下仿真測(cè)試,浮點(diǎn)運(yùn)算器的功能和時(shí)序均滿足設(shè)計(jì)要求,誤差較小穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。
　　 對(duì)已推導(dǎo)出的預(yù)測(cè)控制算法進(jìn)行轉(zhuǎn)化,完成易于用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的算法表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)應(yīng)用要求,對(duì)預(yù)測(cè)控