简介概要

基于Verilog HDL的约束MPC的FPGA硬件实现

来源期刊:控制工程2016年第8期

论文作者:季冬冬 许芳 梅钦 陈虹

文章页码:1208 - 1214

关键词:模型预测控制;Verilog HDL;现场可编程门阵列;粒子群优化算法;实时实验;

摘    要:为提高模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的在线计算性能,拓展其在快速动态系统中的实际应用,给出了一种基于Verilog硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)的MPC控制器的FPGA(Field Programmable Gate Array,FPGA)硬件实现方法,并采用基于惩罚函数的粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)用于在线求解MPC的约束优化问题。首先,通过Verilog HDL编写实现矩阵运算模块、PSO求解模块,充分利用PSO的并行搜索能力和FPGA的并行计算结构提高MPC的在线计算性能,最后进行模块综合实现基于FPGA的约束MPC控制器。以电子节气门为被控对象进行控制器的实时验证,结果表明设计的MPC-FPGA控制器能够很好地满足电子节气门的快速跟踪要求,并验证了控制器的有效性和实时性。

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基于Verilog HDL的约束MPC的FPGA硬件实现

季冬冬1,2,许芳2,梅钦2,陈虹1,2

1. 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室2. 吉林大学控制科学与工程系

摘 要:为提高模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的在线计算性能,拓展其在快速动态系统中的实际应用,给出了一种基于Verilog硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)的MPC控制器的FPGA(Field Programmable Gate Array,FPGA)硬件实现方法,并采用基于惩罚函数的粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)用于在线求解MPC的约束优化问题。首先,通过Verilog HDL编写实现矩阵运算模块、PSO求解模块,充分利用PSO的并行搜索能力和FPGA的并行计算结构提高MPC的在线计算性能,最后进行模块综合实现基于FPGA的约束MPC控制器。以电子节气门为被控对象进行控制器的实时验证,结果表明设计的MPC-FPGA控制器能够很好地满足电子节气门的快速跟踪要求,并验证了控制器的有效性和实时性。

关键词:模型预测控制;Verilog HDL;现场可编程门阵列;粒子群优化算法;实时实验;

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