基于fpga的dcdc预测控制器研究

《基于fpga的dcdc预测控制器研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于FPGA的DC/DC（申请工学硕士学位论文）预测控制器研究基于FPGA的DC/DC预测控制器研究曾晨培养单位：自动化学院武汉理工大学学科专业：控制科学与工程研究生：曾晨指导教师：张立炎教授2014年5月万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目基于FPGA的DC/DC预测控制器研究英文题目StudyonthePredictiveControllerofDC/DCbasedonFPGA研究生姓名曾晨姓名张立炎职称教授学位博士指导教师单位名称武汉理工大学邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称控制科学与工程论文提交日期2

2、014年5月论文答辩日期2014年5月21日学位授予单位武汉理工大学学位授予日期2014年6月26日答辩委员会主席全书海教授评阅人全书海教授陈启宏教授2014年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理

3、工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期万方数据摘要DC/DC转换器是混合动力汽车及新能源系统的

4、重要能量转换器件，由于汽车工作工况变化频繁，常规的PID控制用于DC/DC转换器中存在调节时间长、纹波较大等问题。预测控制在工业控制中应用广泛，其性能优于PID控制，但是预测控制应用于DC/DC转换器这类快速采样系统中的瓶颈是在线计算量较大。因此需要研究如何提高预测控制的在线计算速度，本文利用FPGA并行计算能力，提高了DC/DC转换器的控制性能。完成了基于FPGA的DC/DC预测控制器设计，主要研究内容如下：介绍了常用的DC/DC转换器建模方法，对交错并联DC/DC电路的不同状态进行了分析，比较了各种常用的建模方法及结果，最终确定了采

5、用平均状态空间方程的方法来建立DC/DC转换器的模型，并给出了数学模型。在分析了模型预测控制的优化算法理论和卡尔曼滤波算法的基础上，从最优化方法的角度比较了快速梯度法，交替方向乘子法与递归神经网络优化算法的控制速度和精度，并得出了采用神经网络优化方法在速度和精度上都优于其它方法，也是最适合于采用FPGA实现的优化算法的结论。计算了在FPGA中实现预测控制器的资源需求，详细地说明了FPGA的硬件和软件设计流程。针对平均状态空间模型带不等式约束的问题，采用状态机在DE2-115开发板上设计实现了时序控制单元，并行运算单元，存储单元等等。通过

6、仿真得出在50MHz时钟频率下，求解二次规划问题的时间为8us，这一结果在速度和精度上远优于其他算法及平台。对设计的预测控制器进行了仿真和实验测试。通过MATLAB仿真得出了参数选择的原则，及FPGA设计的最优权系数矩阵。通过FPGA半实物仿真测试以及噪声测试验证了所设计的DC/DC预测控制器的精确性和快速性。关键词：DC/DC转换器，模型预测控制，FPGA，神经网络I万方数据AbstractDC/DCconverterisanimportantenergytransformdeviceforhybridpowervehicleandn

7、ewenergysystem.AstheworkconditionofDC/DCconvertersvariesfrequentlyforcars,commonlyusedPIDcontrolhastheproblemoflongadjusttimeandgreatripples.ModelPredictiveControliswidelyadaptedinindustrycontrol.ItisbetterthanPIDcontrolinmanyaspects,butthegreatloadofonlinecalculationres

8、trictsitsapplicationinfastsamplingDC/DCconverter.Thus,theresearchshouldbemadeinimprovingthespeedofonlin