基于嵌入式系统的预测控制的设计与实现.pdf

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1、2012年第3l卷第8期传感器与微系统(TransducerandMierosystemTechnologies)111基于嵌入式系统的预测控制的设计与实现段俊，宋执环(浙江大学工业控制研究所工业控制技术国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要：针对过程工业中中小型快速系统的过程控制问题，以ARM与浮点DSP双核控制器OMAP-L137为核心，通过硬件系统和软件系统配合，设计并实现了面向先进控制的嵌入式通用平台。以实时性为目标，将预测控制算法分块，分别对预测模型、约束处理和在线求解算法各块进行研究。提出了针对嵌入式计算速度和存储量

2、有限等问题的解决方案，并将改进后的算法在嵌入式平台中实现。通过对相关模型的测试，结果表明：系统具有高速、高控制精度等优良性能。关键词：嵌入式系统；预测控制；算法实现中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)08-0111-05’D。esi‘gnand‘imoplementationoflpredictilvecomntrolbas~e,d0nembeddedsystemDUANJun，SONGZhi—huan(StateKeyLaboratoryofIndustrialControlTechnolo

3、gy，InstituteofIndustrialProcessControl，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Tosolvetheprocesscontrolproblemforsmallandmedium—sizefastsysteminprocessindustries，acommonplatformforadvancedcontrolisdesignedbasedonOMAP—L137(ARMandfloatingpointDSPdouble—coreproce

4、ssor)，withthehardwareandsoftwaresystem．Forreal—timepurpose，thepredictivecontrolalgorithmisdividedintothreeblocks，whicharepredictivemodel，constrainthandlingandon—linesolution．Solutionschemeforproblemsofembeddedcomputingrateandlimitstoragecapacityarepresented．Theimproved

5、algorithmisrealizedontheembeddedplatform．Thetestofrelevantmodeldemonstratesthatthesystemhasgoodperformance0fhighspeedandhighcontrolprecision．Keywords：embeddedsystem；predictivecontrol；algorithmimplementation0引言大多应用于高性能的现场可编程门阵列(FPGA)或特殊设预测控制近年来广泛应用于多人输出、时变、非线性、备，而且算法应用只

6、是简单的算法移入，并未对算法做任何大时滞等复杂过程工业中，并在工厂级系统中取得了巨大改进，只适用于诸如单变量等非常简单的情况，并不能满足成功。但无法满足中小型企业和项目对控制器提出的便携过程工业对控制器快速、通用的要求。式、快速、通用、低成本的要求J。嵌入式系统体积小、成本文首先搭建双核嵌入式系统平台，然后以实时性为本低、性能高等优势使其得到广泛应用。如果将预测控制首要目的，将预测控制算法分块，通过研究影响算法各种因在嵌入式设备上实现，同时配备良好的运行性能，就可以解素，将算法改进后在平台中实现，最后对算法进行仿真测决中小型快速系统

7、的过程控制问题，并具有小型化与便携试，达到了良好的效果。式特点j。1嵌入式系统综述预测控制算法复杂、运算量大，同时嵌入式系统的计面向先进控制的嵌入式平台指在嵌入式处理器基础算、存储能力和调度能力要较弱。因而，预测控制算法需要上，对硬件系统、软件系统整合，使系统对先进控制具有良进行相关改进才能在嵌入式系统中实现。好的适应性和较高的性能。虽然已有部分嵌入式平台上预测控制算法的应用，但平台由硬件平台、软件平台和算法软件等组成，如收稿日期：2012-02—13基金项目：国家“863”计划目标导向项目(2009AA04Z154)112传感器与

8、微系统第31卷图l。由于存在约束，故约束预测控制的优化问题并无解析解，通常的做法是将其转换为QP问题求解。经转化，约束预测控制的QP问题描述如下1一min)．，寺△H()HAu(k)+fAu(k)-其中，H=(2AQA+2R)，f=一