一种模型预测控制器的FPGA硬件实现

摘要

针对快速动态系统对模型预测控制(MPC)的微型化和高实时性的需求,提出了一种MPC控制器的现场可编程门阵列(FPGA)硬件实现方法.MPC中的二次规划(QP)问题采用粒子群优化(PSO)算法进行求解.通过分析算法的特点,对算法计算步骤进行循环展开、流水线等优化处理,充分利用FPGA的硬件并行计算特性提高MPC的在线计算性能,最终得到MPC控制器的最优实现方案.最后以电子节气门的跟踪控制为例,在实验平台上进行了实时仿真实验,验证了基于FPGA硬件实现方法设计的MPC控制器的有效性和实时性.