Implementacija algoritma modelskog prediktivnog upravljanja u FPGA sklopovlju

diplomski rad

• Naslov (engleski): Implementation of the Model predictive control algorithm in FPGA hardware
• Autor: Bruno Vilić Belina
• Mentor: Jadranko Matuško (mentor)
• Član povjerenstva: Jadranko Matuško (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Šandor Ileš (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Željko Jakopović (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet elektrotehnike i računarstva; Zagreb
• Datum i država obrane: 2021-07-16, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Elektrotehnika

Sažetak

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.

Sažetak (engleski)

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.

• Ključne riječi: 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
• Ključne riječi (engleski): 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
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:883764
• Studijski program: Naziv: Elektrotehnika i informacijska tehnologija; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka elektrotehnike i informacijske tehnologije (mag. ing. el. techn. inf.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Zatvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2023-01-13 14:10:46