Implementacija algoritma modelskog prediktivnog upravljanja u FPGA sklopovlju

master's thesis

• Title (english): Implementation of the Model predictive control algorithm in FPGA hardware
• Author: Bruno Vilić Belina
• Mentor: Jadranko Matuško (mentor)
• Committee member: Jadranko Matuško (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Šandor Ileš (član povjerenstva)
• Committee member: Željko Jakopović (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; Zagreb
• Defense date and country: 2021-07-16, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering

Abstract

U ovom radu opisan je algoritam modelski prediktivnog upravlja i njegova implementacija u FPGA sklopovlju. Budući da se algoritam upravljanja koristi za upravljanje iznosom struje na mrežnoj strani dvosmjernog mrežnog učinskog pretvarača, prikazan je njegov matematički model. Zbog neodređenosti u iznosu induktiviteta na mrežnoj strani, zapisan je kao linearni parametarski promjenjivi politopski model u prostoru stanja. Kako bi se izbjeglo računanje složenog minimizacijskog problema kojeg MPC rješava u svakom koraku, korištena je metoda brzog gradijenta s projekcijom. Prije izračuna upravljačkog signala određuje se najmanji elipsoidni skup koji opisuje trenutno stanje sustava, a na temelju njega trenutni invarijantni upravljački skup. FPGA sklopovlje omogućava paralelno pretraživanje skupa zbog čega je vrijeme izvođenja algoritma ubrzano. Problem numeričke složenosti u koraku projekcije kod metode brzog gradijenta riješen je korištenjem Quakeovog algoritma za brzi izračun inverza kvadratnog korijena.

Abstract (english)

In this thesis, Model predictive control algorithm and its implementation in FGPA hardware is described. Since this control algorithm is used for current regulation on the grid side of a grid connected two level inverter, its mathematical model is presented. Beacause of uncertainty of grid side inductance value, model is shown as linear parameter-varying polytopic model in state space. In order to avoid complex minimisation problem calculation, which MPC solves in each step, fast gradient projection method is used. Before the input signal calculation, the smallest ellipsoidal set which describes system state needs to be determined. Based on that set current invariant control set is also determined. Numerical complexity problem in projection step in fast gradient projection method is solved using Quake's fast invese square root algorithm.

• Keywords: modelski prediktivno upravljanje; FPGA sklopovlje; paralelizam; dvosmjerni mrežni učinski pretvarač; metoda brzog gradijenta s projekcijom; optimizacija; invarijantni upravljački skup; elipsoidni skup; Quakeov algoritam za brzi izračun inverza kvadratnog korijena; linearni parametarski promjenjiv sustav; politopski model
• Keywords (english): model predictive control; FPGA hardware; paralel computing; grid connected two level inverter; fast gradient projection method; optimisation; invariant control set; ellipsoidal set; Quake's fast inverse square root algorithm; linear parameter-varying system; polytopic model
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:883764
• Study programme: Title: Electrical Engineering and Information Technology; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije (magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2023-01-13 14:10:46