软硬件可重构的通用控制器研究

作     者：王勇 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王飚

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：通用控制器 可重构性 缩放法 

摘      要：控制器通用性是当前控制系统技术研究发展之一。但因为其自身的设计原因及结构特点往往不具备通用性,正因为如此,工程上所采用的控制器只具有面向对象的定制性,其可重构性差、应用领域窄以及灵活性差,难以实现当前复杂制造环境下所要求的控制器通用性。本文通过分析课题的需求,以及深入研究课题研究背景、现状和当前比较常见的控制算法,提出了一种通用性控制器设计方案,主要包括通用性算法设计和软硬件可重构的硬件平台设计。在算法设计部分,主要研究了控制器结构设计里的控制层和决策层,控制层采用本文设计的缩放法进行控制器参数的调整,决策层采用ITAE性能指标来寻找控制层的理想输入。在可重构性硬件平台设计部分,结合ARM与FPGA各自的优点设计出了ARM+FPGA的可重构性硬件平台。该通用性控制器设计方案具有可重构性强、通用性和扩展性高等特点。其创新之处主要体现在以下几个方面:(1)控制器结构设计采用分层设计思想,主要分为决策层和控制层。(2)在控制层算法设计中,主要采用了本文设计出的缩放法来调整控制参数,其缩放法的通用性主要表现在可以利用标称模型数据来自动拟合被控系统曲线,从而得到所需的控制器参数,相比传统调参方法,减少了调节器实际调整过程中所花费的时间。(3)硬件平台设计采用ARM+FPGA的双核心设计。从仿真结果以及实验结果可得,本文设计的控制器结构以及控制器算法、控制器硬件平台都具有良好的性能。并且,可预见本文所提出的一套通用控制器思想、算法、硬件平台具有一定意义上的实用价值。