FPGA ile gerçek - zamanlı runge-kutta model öngörülü kontrol

Abstract

Bu tez çalışmasında, Altera firmasının DE2-115 FPGA eğitim ve geliştirme seti üzerinde bulunan Cyclone IV tip FPGA üzerinde RKMPC yönteminin (İplikçi 2013) gerçeklenmesi ile elde edilen kontrolör kullanılarak, kararsız, çok hızlı ve Doğrusal Olmayan bir sistem olan EMLS’nin kontrolü sağlanmıştır. Bununla birlikte, geleneksel Doğrusal Olmayan MPC olarak kabul edilen ve (Plucenio ve diğ. 2007)’de önerilen yöntemi uygulayan algoritma FPGA üzerinde gerçeklenerek, RKMPC gerçeklemesi ile ilgili çalışmalar tekrarlanmıştır. Her iki yönteme ait FPGA gerçeklemeleri ile oluşturulan iki farklı kontrolör birbirleri ile karşılaştırılmış ve NMPC yöntemi ile kabul edilebilir bir kontrol performansı elde edilebilmesine rağmen, RKMPC yöntemi ile hem çıkış işaretinin referans işaretini izlemesi, hem kontrol işaretinin yeterliliği, hem de durum değişkenlerinin değişimleri açısından çok daha iyi bir kontrol performansı sergilendiği gösterilmiştir. Ayrıca RK tabanlı parametre kestirimi algoritması (İplikçi 2013), RKMPC algoritması ile bütünleşik olarak FPGA üzerinde gerçeklenmiş ve şeklinde seçilen parametrenin değerinin kestirimi sırasında Model-Uyarlamalı Öngörülü Kontrol uygulaması başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. In this thesis, an EMLS, which is unstable, very fast and nonlinear system, has been controlled with using a controller obtained by implementation of RKMPC (Iplikci 2013) on a Cyclone IV type FPGA, which has been existed in Altera DE2-115 Education and Development Board. Besides, the method, introduced in (Plucenio vs 2007), has been assumed as the traditional NMPC and then the studies on RKMPC implementation has been repeated for FPGA implementation of the NMPC. After comparison of these two controllers, it has been shown that, although the NMPC implementation has exhibited an acceptable control performance, the RKMPC implementation has shown better control performance than the NMPC implementation, in terms of tracking the reference signal, efficiency of the control signal and the variations of the state variables. Afterwards, the RK based parameter estimation algorithm (Iplikci 2013), integrated in the RKMPC, has been embedded to the FPGA and an adaptive control of EMLS has been successfully realized while estimation of a parameter which has been chosen which has been formulated as .