基于FPGA的智能控制器设计及测试方法研究

通过模糊自整定PID控制器的设计,本文提出了-种基于VHDL描述、DSP Builder和Modelsim混合仿真、FPGA实现的智能控制器设计及测试新方法.首先,通过MATLAB仿真,得出智能控制器的结构和参数.然后,基于VHDL进行智能控制器的数字化实现及其开环测试.在此基础上,通过分析一般智能控制器的测试特点,采用DSP Builder构建闭环测试系统,Modelsim运行DSP Builder生成文件来验证QuartusⅡ中所做VHDL设计的测试方法.实验表明,该测试方法能有效模拟控制器的激励输入信号,适用于需闭环测试检验控制品质的智能控制器设计.     

基于PSO训练的NN PID控制器设计及其FPGA实现*

提出了一种基于PSO学习、VHDL描述和FPGA实现的NNPID控制器设计方法。首先借助MATLAB系统仿真工具,在闭环控制系统中通过PSO优化算法训练前馈网络,得到优化的NNPID控制器参数;然后在FPGA集成开发环境下进行控制器的VHDL层次化设计,重点研究单个神经元和前馈网络的结构以及实现方式;最后对该控制器进行了闭环时序测试,并在一个具体的FPGA器件上实现。研究结果表明,PSO用于NNPID控制器训练速度快,VHDL描述和FPGA实现该控制器时序验证方便,而且控制器具有较好的鲁棒性。     

基于DSPBuilder的脉冲治疗仪的波形设计

脉冲治疗仪采用不同波形的电脉冲实现对相应疾病的治疗,利用DSPBuilder建立数学模型,然后用SignalCompiler工具对其进行编译,产生VHDL源程序,经过模拟仿真后,下载到FPGA芯片中,可以实现各种脉冲波形的输出。给出了6种基本波形及调制波形的设计方法,并采用Modelsim进行了仿真。采用此方法具有设计灵活、调节方便、输出信号稳定等优点,现场可编程使产品能够更方便地实现优化升级。     

基于FPGA的FIR滤波器的设计

本文介绍一种基于FPGA并采用DSPBuilder作为设计工具的FIR滤波器的设计方法。重点分析和比较了三种在DSP-Builder中的滤波器模型建立方法,并采用其中的最佳方案建立了一个高阶的FIR滤波器模型,然后分别对其进行基于DSPBuilder的算法仿真和基于Modelsim的功能仿真。仿真结果有效地验证了此设计方法的正确性和可行性。整个设计流程具有快速性和灵活性的特点。     

基于FPGA的CMAC-PID控制器的研究

CMAC是一种局部学习神经网络，结构简单，收敛速度快；PID是目前应用最为广泛的控制算法。结合二者的优点，采用并行方式形成CMAC-PID控制器，进行了Matlab仿真实验。基于VHDL设计该控制器，重点在于CMAC的在线学习算法实现和控制器模块的闭环仿真测试。在FPGA上实现了该控制器，实验结果表明，该控制器运算速度快、精度高，具有较强的抗干扰性，是实现IP控制模块或单片智能控制的一种新的有效途径。     

基于VHDL语言的交通控制器设计

该文介绍了一种基于VHDL语言的交通控制器设计,以QuartusII为软件开发平台,文中重点介绍该交通控制器的设计原理、设计步骤。在此基础上给出了基于VHDL硬件描述语言的系统实现源代码以及仿真结果,通过仿真结果进一步验证了该交通控制器方案的正确性,从而展示VHDL语言的强大结构和优秀特性。     

基于VHDL语言的交通控制器设计

该文介绍了一种基于VHDL语言的交通控制器设计,以QuartusII为软件开发平台,文中重点介绍该交通控制器的设计原理、设计步骤。在此基础上给出了基于VHDL硬件描述语言的系统实现源代码以及仿真结果,通过仿真结果进一步验证了该交通控制器方案的正确性,从而展示VHDL语言的强大结构和优秀特性。     

基于FPGA的神经网络自整定PID控制器设计

本文基于FPGA(现场可编程门阵列)技术实现了改进的BP网络自整定PID控制器的设计。首先,采用MATLAB设计控制器,针对特定被控对象模型,在闭环控制系统中通过改进的BP网络算法训练神经网络,获得比较理想的系统输出;依据训练好的网络权值,在FPGA集成开发环境下,基于VHDL(甚高速集成电路硬件描述语言)设计BP网络自整定PID控制器,完成时序仿真测试,并在一种具体的FPGA器件上实现。实验表明,其设计过程合理,实现结果正确,适合于采用复杂智能控制策略并要求实时性、快速性的单片或小型控制系统。     

Matlab/simulink在FPGA设计中的应用

文中首先分析了MATLAB/Simulink中DSPBuilder模块库在FPGA设计中优点,然后结合FSK信号的产生原理,给出了如何利用DSPBuilder模块库建立FSK信号发生器模型,以及对FSK信号发生器模型进行算法级仿真和生成VHDL语言的方法,并在modelsim中对FSK信号发生器进行RTL级仿真,最后介绍了在FPGA芯片中实现FSK信号发生器的设计方法。     

一种两轮轮式机器人点镇定智能控制实现

针对实际RoboCup机器人,分析了采用双闭环轮速跟随电机执行系统的两轮轮式移动机器人的数学模型,考虑了实际电机系统必然存在的速度饱和、加速度饱和限制对点镇定控制的影响,基于动觉图式的仿人智能控制理论,提出了一种两轮轮式机器人点镇定的分段比例智能控制器,利用遗传算法整定了控制器的参数.比较了比例控制器,比例余弦控制器和提出的智能控制器的仿真控制效果,并在实际RoboCup机器人上有效实现了提出的控制器.仿真和实际系统实验都证明了该控制器的有效性.     

基于FPGA的单边带调制解调系统

单边带通信是目前应用比较广泛并具有占用较窄频带特点的一种通信方法。本文着重介绍单边带调制解调技术,采用DSP Builder设计流程,结合Modelsim对Signal Compiler生成的test bench文件进行仿真,在QuartusⅡ环境下编译生成VHDL语言,组建工程,下载至硬件,利用Signal TapⅡLogic Analyzer观察硬件输出波形。     

A Measurement‐Based Approach for Designing Fixed‐Order Controllers for Unknown Closed‐Loop Architecture

This paper presents a new technique to design fixed‐structure controllers for linear unknown systems using a set of measurements. In model‐based approaches, the measured data are used to identify a model of the plant for which a suitable controller can be designed. Due to the fact that real processes cannot be described perfectly by mathematical models, designing controllers using such models to guarantee some desired closed‐loop performance is a challenging task. Hence, a possible alternative to model‐based methods is to directly utilize the measured data in the design process. We propose an approach to designing structured controllers using a set of closed‐loop frequency‐domain data. The principle of such an approach is based on computing the parameters of a fixed‐order controller for which the closed‐loop frequency response fits a desired frequency response that describes some desired performance indices. This problem is formulated as an error minimization problem, which can be solved to find suitable values of the controller parameters. The main feature of the proposed control methodology is that it can be applied to stable and unstable plants. Additionally, the design process depends on a pre‐selected controller structure, which allows for the selection of low‐order controllers. An application of the proposed method to a DC servomotor system is presented to experimentally validate and demonstrate its efficacy.     

基于FPGA的CIC抽取滤波器设计与实现

现场可编程门阵列（FPGA）器件广泛应用于数字信号处理领域,而使用VHDL或Verilog HDL语言进行设计比较复杂。针对软件无线电中的多速率信号处理技术,提出了一种采用DSP Builder实现级联积分梳状（CIC）抽取滤波器的FPGA实现方案。软件仿真和硬件测试验证了设计的正确性和可行性。     

基于VHDL的两种交通信号控制器的设计与比较

文中提出了基于VHDL语言的两种交通信号控制器的设计与比较,分别采用有限状态机和计数器两种设计方法,给出了控制器的部分VHDL代码,利用Quartus Ⅱ进行全程编译和仿真,并在FPGA器件EP1K30TC144-3上进行硬件下载验证,最后对两种设计进行比较。结果表明,两种设计方法切实可行。     

基于FPGA的卡尔曼滤波器的设计与实现

采用 FPGA 硬件实现卡尔曼滤波器,解决了采用 DSP 软件方法实现存在的并行性和速度问题。以基于 FPGA 的数据采集系统为硬件平台,根据模块化设计思想,采用 VHDL 编程实现ADS8364芯片控制模块,利用 FPGA 的系统级设计工具 DSP Builder 设计卡尔曼滤波器模块,给出模块的软件仿真结果并完成整个系统的硬件验证。结果证明了设计的正确性,同时表明采用 DSP Builder使卡尔曼滤波器的 FPGA 硬件实现更加简单,速度更快。     

模糊控制在真空环境模拟试验舱温控系统中的应用

对某真空环境模拟试验舱原有温控系统的半开环的结构进行闭环改造并研制新的控制算法,改善系统的动态性能;在对被控舱内温度进行建模分析的基础上,探讨了PID控制器、基本模糊控制器和模糊-PI复合控制器三种控制器的设计方法以及在温控系统中的实现,并通过常规变温试验和模拟脉冲干扰试验对三种控制器进行比较。     

不确定非线性系统的多模反演滑模控制

对一般形式的仿射非匹配不确定非线性系统,研究了一种具有任意小跟踪误差的稳定控制器的新方法,结合反演（backstepping）设计和变结构控制,提出了反演变结构控制策略,对存在非匹配的不确定性和未知干扰的系统,设计的反演结构控制器实现了鲁棒输出跟踪,闭环系统在有限时间进入滑动模态,仿真算例证实了理论结果。