基于fpga的pid智能控制器的研究

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1、哈尔滨理工大学硕士学位论文基于FPGA的PID智能控制器的研究姓名：张科申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：靖固20090301哈尔演理1：人学T学硕Ij学位论文基于FPGA的PID智能控制器的研究摘要工业生产过程往往具有非线性、不确定性，难以建立精确的数学模型。应用常规的PID控制器难以达到理想的控制效果。作为智能控制的重要分支，人工神经网络具有良好的非线性映射能力和高度的并行信息处理能力，已成为非线性系统建模、辨识和控制中常用的理论和方法。其中，神经元具有很强的信息综合、学习记忆、自学习和自适应能力，可以处理那些难以用模型和规则描述的过程，将神经

2、元与PID结合，应用到实际的控制中，可以在线调整PID的参数，使系统具有较强的抗干扰能力、自适应能力和较好的鲁棒性。目前，人工神经网络的研究主要是神经网络的理论研究、神经网络的应用研究和神经网络的实现技术研究，这三方面是相互依赖和相互促进的关系。本文主要侧重的是神经网络的实现技术研究方面，创新性地利用FPGA嵌入式系统开发技术实现单神经元PID智能控制器的研究与设计，并将其封装成为一个专用的IP核供其他的控制系统使用。首先，对单神经元PID智能控制器的设计原理和设计算法进行了深入的研究与分析；其次，利用MATLAB设计单神经元PID智能控制器，针对特定的被控对象

3、，对其进行仿真实验，获得比较理想的系统输出；然后，研究基于FPGA的单神经元智能控制算法的实现，对控制器进行VHDL语言分层设计，使用Altera公司的软件Quartusll6．1进行仿真实验。两个仿真实验结果表明，基于FPGA的单神经元智能控制器比MATLAB设计的单神经元PID智能控制器性能优良。本文的设计模块主要包括权值修改模块、误差计算模块、权值产生模块和输出模块。在各个模块的设计中进行了优化处理，使本文的设计不仅利用的硬件资源少，而且也有很快的运行速度，同时也改善了传统控制器的控制性能。关键词现场可编程门阵列；PID智能控制器：单神经元；IP核哈尔滨理

4、T人学T学顾}j学位论义ResearchofPIDIntelligentControllerBasedonFP6搿AbstractTheprocessofindustrialproductioniSsometimesnonlinearanduncertain．SOltisdifficulttoestablishaccuratemathematicmodule，whichishardtoachieveperfectcontrollingeffectwithinusingroutinePIDcontroller．Asanimportantbranchofintell

5、igentcontrol，neuralnetwork(M叼hasfavorablenonlinearmappingperformanceandhigherparallelinformationprocessingcapability,andithasbeenthemostengagingtheoryandmethodfornonlinearsystemmodeling，recognitionandcontr01．Meanwhile，theneuronhasverystrongabilityininformationsynthesis，studymemory,se

6、lf-study,andadaptation，SO，itcandealwithsomeprocessesthataredifficulttodescribewiththemodelorrule．TheneuroncombinedwithPIDtobeappliedtotheactualcontrol，makesyouCanadjustPIDparametersonline，makesthesystemhasstronganti-interferenceability,adaptivecapacityandbetterrobustness．Now,themainr

7、esearchofartificialneuralnetworkistheresearchofneuralnetworktheory,neuralnetworkapplicationandneuralnetworkimplementation．Thesethreeareasareinterdependentandmutuallyreinforcingrelationship．Thisdissertationemphasizesparticularlyontheneuralnetworkimplementationoftechnicalresearch，innov

8、ativelyusese