1.引言

在(zai)許多現代化(huà)的工業生産(chǎn)如冶金、電力(li)等，實現對溫(wen)度的精度控(kòng)制至關重要(yào)的，不僅直接(jie)影響着産❌品(pǐn)的質量🔅，而且(qie)還關系到生(sheng)産安全、能源(yuán)節約等一🍓系(xì)列重大經濟(jì)指标。

PID控制由(yóu)于其魯棒性(xing)好，可靠性高(gāo)，在常規的溫(wēn)度控🌈制📐中應(ying)🔞用非常廣泛(fàn)。目前工程的(de)實際應用中(zhōng)，大多數模糊(hú)PID控制器都利(lì)用單片機軟(ruan)件編程來實(shi)現，然而單片(piàn)👄機的指令是(shì)按順序執行(háng)的，實時性不(bu)強，加上軟件(jiàn)實現容易受(shou)外界的幹擾(rǎo)，抗幹擾🌏性能(néng)力差，對于實(shi)時性要求很(hěn)高和外界幹(gàn)擾比較嚴重(zhòng)的系統不太(tai)适宜💋。本文選(xuan)取FPGA(現場可☎️編(bian)程門陣列)作(zuò)爲系🛀統的主(zhǔ)控制芯片，FPGA所(suo)有的信号都(dou)是時鍾驅動(dong)的，對于🛀程序(xu)的執行具有(yǒu)并行運算的(de)能力，顯📞著的(de)提高了系統(tong)控制的實時(shí)性，在FPGA内部硬(yìng)件實現還可(kě)以防🐇止像單(dān)片機程序一(yi)樣，在惡劣的(de)環境條件下(xià)發生程序跑(pao)飛的問題。尤(you)其是現✔️在FPGA器(qi)件有越來越(yuè)多的參考設(she)計方案以及(ji)IP(知識産權☀️)核(hé)心庫方面的(de)支持。利用FPGA設(shè)計的PID控制器(qi)一方面可以(yǐ)将實現PID算法(fa)的模塊單獨(dú)作爲控🌏制模(mo)塊來使用，直(zhi)接去實現對(dui)控制對象的(de)調節，另一方(fang)面，基于FPGA的🚶PID控(kong)制算🍓法也可(ke)以将其作爲(wei)系統内的IP核(he)，以便在多路(lu)或複雜的系(xì)統上直接調(diao)用，加快研發(fā)設計速度。

2.PID算(suàn)法分析

2.1 離散(sàn)PID算法

PID控制系(xi)統是一個簡(jian)單的閉環系(xì)統，如圖1所示(shì)，PID系統框圖中(zhong)☔，整㊙️個系統主(zhǔ)要包括比較(jiào)器、PID控制器和(he)控制🌈對象🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，其(qí)中PID包括📱三個(ge)環節✉️，即比例(lì)、積分和微分(fen)。

圖1 PID系統框圖(tu)

圖1中的r(t)作爲(wèi)系統的給定(dìng)值，y(t)作爲系統(tong)的輸出值，e(t)是(shi)給🔆定值與輸(shu)出值的偏差(chà)，所以系統的(de)偏差可以求(qiu)✍️得：

e(t)=r(t)-y(t) (1)

u(t)作爲控制(zhì)系統中的中(zhong)間便量，既是(shi)偏差e(t)通過PID控(kòng)制算法處理(li)後的輸出量(liàng)，又是被控對(duì)象的輸入量(liàng)，因🏒此模💔拟PID控(kòng)制器的控制(zhì)規💘律爲：

其中(zhong)，K_P 爲模拟控制(zhi)器的比例增(zēng)益，T_I 爲模拟控(kòng)制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲(wèi)模拟控制器(qì)的微分時間(jiān)常數。