Ultra-fast H_* controllers using ASIC's and their field development environment

使用 ASIC 的超快速 H_* 控制器及其现场开发环境

• 批准号: 09650478
• 负责人: KOBAYASHI Fuminori
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09650478/
• 关键词: ASIC; FPGA; H_* control; logic optimization; high-order system; 論理最適化

Since software controllers are slow in high-order cases, such as in the H_* control, hardware is sometimes incorporated. Large circuit size, especially caused by multipliers, poses problems then. The project goal is to realize controllers with 100 times faster speed, by both reducing circuit and shortening the time of development.The actual mechanism is based on the fact that multiplication in controllers are usually with constant coefficients : multiplication k^* x is not considered to have two inputs, but is a function f(x) with x input only ; then, the circuit to derive f(x) from x is realized by logic synthesis.Linear operation of k1^* x1 + k2^* x2 + ... kn^* xn is implemented by combining synthesized constant coefficienters and an adder. Time of logic synthesis is further reduced by halving long input words and adding the two outputs. As a result, time of logic synthesis is reduced down to at least 1/5, circuit size to at least 1/4. In addition, a feature that their increments for order increment is linear is verified.Because f(x) depends on design, implementation is accomplished with programmable ASIC'S (FPGA's). Based on this feature, a prototype development system is constructed on a notebook PC to be used on site, and a controller with sample frequency of 300kHz is successfully implemented. This speed is about 30 times faster than software controllers with a DSP's. Though the controller order is 2, sample rate will be no slower than 200kHz even if the order is 20.As described, the project goal, to develop high-order hardware controllers efficiently in both size and time, is considered to be attained. Some design method with constrained gain coefficients, to realize the desired specification while further reducing circuit size, will be investigated in the future.

由于软件控制器在高阶情况下速度较慢，例如在H_*控制中，有时会结合硬件。大的电路尺寸，特别是由乘法器引起的，那时会带来问题。该项目的目标是通过减少电路和缩短开发时间来实现速度快100倍的控制器。实际机制是基于控制器中的乘法通常是常系数的事实：乘法k^*x不被认为有两个输入，而是一个只有x个输入的函数f(X)；然后，从x导出f(X)的电路通过逻辑综合来实现。K1^x1+K2^x2+的线性运算。KN^*xn由合成的常系数和加法器相结合实现。通过将长输入字减半并将两个输出相加，进一步减少了逻辑综合的时间。结果，逻辑综合的时间减少到至少1/5，电路规模减少到至少1/4。此外，还验证了其阶数增量为线性的特性。由于f(X)依赖于设计，因此用可编程ASIC(FPGA)来实现。基于这一特点，在笔记本电脑上搭建了样机开发系统，并成功实现了采样频率为300 kHz的控制器。该速度约为带DSP的软件控制器的30倍，虽然控制器阶数为2，但即使阶数为20，采样率也不低于200 kHz，达到了在体积和时间上高效开发高阶硬件控制器的项目目标。为了在进一步减小电路尺寸的同时实现所需的指标，未来将研究一些具有约束增益系数的设计方法。

项目成果

小林史典・田畑裕一・原川卓也: "FPGAによる高速高次コントローラとその開発" 第38回計測自動制御学会学術講演会予稿集. (未定). (1999)

Fuminori Kobayashi、Yuichi Tabata 和 Takuy​​a Harakawa：“使用 FPGA 的高速高阶控制器及其开发”第 38 届仪器与控制工程师协会年会论文集（待定）。

小林史典・田畑裕一: "ASICによる高速高次コントローラ" 第41回自動制御連合講演会前刷. 389-390 (1998)

Fuminori Kobayashi 和 Yuichi Tabata：“使用 ASIC 的高速高阶控制器”第 41 届自动控制协会会议预印本 389-390 (1998)。

小林史典・斉藤弘和: "ASICによる高速コントローラとそのフィールド開発環境" 第37回計測自動制御学会 学術講演会 予稿集. (未定). (1998)

Fuminori Kobayashi 和 Hirokazu Saito：“使用 ASIC 的高速控制器及其现场开发环境”第 37 届仪器与控制工程师学会学术会议论文集（待定）。

小林史典・田畑裕一・原川卓也: "FPGAによる高速高次コントローラとその開発" 第38回計測自動制御学会学術講演会予稿集. (1999)

Fuminori Kobayashi、Yuichi Tabata 和 Takuy​​a Harakawa：“使用 FPGA 的高速高阶控制器及其开发”第 38 届仪器与控制工程师协会年会论文集（1999 年）。

F.kobayashi,T.Tsujino,H.Saitoh: "Efficient FPGA implementation of multiplier-adder-Quotient-remainder approach" 32nd Asilomar confereuce on signals,systems,and computers. (未定). (1998)

F.kobayashi、T.Tsujino、H.Saitoh：“乘法器-加法器-商-余数方法的高效 FPGA 实现”第 32 届阿西洛玛信号、系统和计算机会议 (TBD)。