学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

神经网络PID飞行控制算法的FPGA实现研究

作　者: 盛荣菊
导　师: 马建伟
学　校: 河南科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 神经网络 PID VHDL FPGA 硬件实现
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 96次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

神经网络控制算法作为一种比较成熟的智能控制算法,在空空导弹的理论研究中也得到了很多应用,但它的实际应用通常是通过软件实现的,而软件实现是串行执行指令,运行速度慢,可靠性低,很难满足实际导弹制导系统实时性的要求。控制算法硬件实现的最大特点就是可提高控制算法的实时运算速度和可靠性。本课题针对导弹制导系统,以FPGA为硬件平台研究神经网络控制算法的硬件实现。本文首先对BP神经网络算法思想进行了深入分析,并对BP网络的各个阶段进行了理论推导,最后对BP神经网络PID飞行控制算法进行了研究和总结,为硬件实现提供了理论基础。基于对上述理论的深入研究和分析,本文提出了一种适合FPGA实现该神经网络控制算法的硬件实现模型。在该模型中,神经网络各层之间采用串行执行数据方式,层间则采用并行运行方式,可有效提高系统的运算速度。由于模块化、层次化的自顶向下的模块化设计方法可有效减少错误的产生,是设计复杂大规模系统的理想设计方法。本文采用了此设计方法,通过把系统模块化,对各个子模块分别用VHDL硬件描述语言进行描述,并基于QUARTUS II软件开发平台进行综合和仿真,直到达到研究设计要求。最后将仿真程序源代码下载配置到具体的Cyclone II系列EP2C70 FPGA芯片中,应用于某实际导弹控制系统的研究。理论分析和实验结果表明该神经网络飞行控制算法的FPGA硬件实现是有效可行的,可满足系统实时性的要求,为制导系统的实际工程实现提供了基础。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章绪论  7-11
  1.1 选题意义与背景  7-8
  1.2 神经网络 FPGA 硬件实现的发展状况  8-10
    1.2.1 神经网络的硬件实现方法  8-9
    1.2.2 FPGA 实现神经网络的特点  9
    1.2.3 FPGA 实现神经网络的研究现状  9-10
  1.3 论文的主要工作与章节安排  10-11
    1.3.1 论文的主要研究内容  10
    1.3.2 论文的内容安排  10-11
第2章神经网络的 FPGA 硬件实现基础  11-17
  2.1 基于FPGA 和VHDL 语言的数字电路设计  11-14
    2.1.1 基于FPGA 的数字电路设计  11
    2.1.2 硬件描述语言（VHDL）  11-13
    2.1.3 设计方法及开发平台  13-14
  2.2 神经网络FPGA 硬件实现技术  14-15
  2.3 神经网络FPGA 实现中所面临的关键问题  15-16
    2.3.1 电路结构的选择  15
    2.3.2 有限字长效应  15-16
    2.3.3 转移函数的实现  16
  2.4 本章小结  16-17
第3章神经网络 PID 飞行控制算法  17-30
  3.1 神经网络基础  17-24
    3.1.1 单神经元模型  17-19
    3.1.2 神经网络的拓扑结构  19-20
    3.1.3 神经网络的学习规则  20-21
    3.1.4 BP 神经网络  21-24
  3.2 飞行控制算法  24-29
  3.3 本章小结  29-30
第4章飞行控制算法的逻辑电路设计  30-56
  4.1 前向运算模块  30-42
    4.1.1 神经元模块设计  30-35
    4.1.2 前向网络模块设计  35-39
    4.1.3 PID 模块设计  39-41
    4.1.4 前向运算模块  41-42
  4.2 误差反传及权值更新模块设计  42-47
    4.2.1 输出层误差反传模块设计  42-44
    4.2.2 输出层权值更新模块设计  44-45
    4.2.3 隐含层误差反传模块设计  45-46
    4.2.4 隐含层权值更新模块设计  46-47
  4.3 权值存储模块设计  47-48
  4.4 控制模块设计  48-50
    4.4.1 地址产生模块  48-49
    4.4.2 状态控制器模块  49-50
  4.5 系统顶层模块仿真测试  50-52
  4.6 用户可编程器件FPGA 实现  52-55
    4.6.1 Cyclone II 系列EP2C70 FPGA 简介  52-53
    4.6.2 FPGA 器件的配置  53-55
  4.7 本章小结  55-56
第5章结论与展望  56-59
参考文献  59-63
附录 A 附录  63-101
致谢  101-102
攻读硕士学位期间的研究成果  102

神经网络PID飞行控制算法的FPGA实现研究

内容摘要

全文目录

相似论文