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大功率开关电源模型复杂、参数易发生变化,传统的比例-积分-微分(PID)控制难以取得满意的控制效果;自适应预测控制如广义预测控制,对建模参数要求不高、对外界干扰不敏感,通过工控机能在慢动态响应系统如扩散炉、蒸汽炉等取得优异的控制效果,但控制系统灵活性和实时性较差,成本较高。随着半导体制造技术的发展,现场可编程门阵列(FPGA)采用并行处理机制,具有运算速度快、硬件资源丰富等优点,逐渐成为复杂控制算法的数字实现平台,以满足开关电源等快速响应系统的高实时性要求。本文介绍了 PID控制算法、广义预测控制算法和基于拉盖尔模型的预测控制算法控制律,分析了传统PID控制算法和两种预测控制算法的优缺点。将两种预测控制算法与PID控制算法结合,形成具有PID结构的预测控制算法。使用FPGA全硬件编程的方法,实现了三种控制算法,通过仿真和实际测试,验证了在开关电源平台上预测控制PID算法的有效性。论文的主要工作有:1)介绍了 PID控制算法、广义预测控制算法以及基于拉盖尔(Laguerre)模型的预测控制算法。结合预测控制和PID控制的优缺点,形成具有PID结构的预测控制,并介绍了广义预测PID控制的控制律以及推导了基于拉盖尔模型的预测PID控制。2)搭建了开关电源硬件平台。根据设计目标,计算元器件设计参数并选型;分析电路杂散参数和EMI(Electro-Magnetic Interference)对开关电源正常运行的影响,设计尖峰吸收电路、米勒效应抑制电路等;根据控制系统功能需求,完成了 FPGA最小系统、信号采集以及通信模块设计。3)根据开关电源实际设计参数,通过有效占空比方法建立了开关电源平台的数学模型,分析了该模型的动态特性;引入PID控制以及两种预测PID控制算法,通过Matlab仿真,分析对比基于三种控制算法下的开关电源系统特性。4)采用FPGA全硬件编程的方式实现了三种控制算法;分析算法计算过程中所需的硬件资源以及计算时间;对于矩阵求逆计算繁杂的问题,引入了一种特殊的正定矩阵求逆方法;完成预测控制算法的ModelSim仿真,验证了程序逻辑的正确性。5)搭建了开关电源硬件测试平台,开展了多项指标的测试。完成三种算法控制效果的比较。实际测试结果表明,基于FPGA全硬件实现预测PID控制下的开关电源稳定性好,动态响应快。