基于Verilog HDL的约束MPC的FPGA硬件实现

作者：季冬冬; 许芳; 梅钦; 陈虹

来源：控制工程, 2016, 23(08): 1208-1214.

DOI：10.14107/j.cnki.kzgc.150167

• 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

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。

• 单位
  吉林大学; 汽车仿真与控制国家重点实验室