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(wēn)度的精度控(kong)制至關重要(yào)的，不僅直接(jiē)影響着産品(pǐn)的質量，而且(qie)還關系到生(sheng)産安全、能源(yuan)節約等一系(xì)列重大經濟(jì)指标。

PID控制由(you)于其魯棒性(xìng)好，可靠性高(gāo)，在常規的溫(wen)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(hu)PID控制器都利(li)用單片機軟(ruǎn)件編程來實(shí)現，然㊙️而單片(pian)機的指令是(shi)按順序執行(hang)的，實時性不(bú)強，加上軟件(jian)實現容易受(shou)外界的幹擾(rǎo)，抗幹擾性能(neng)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(tài)适宜。本✍️文選(xuǎn)取FPGA(現場可編(bian)程門陣列)作(zuò)爲系⚽統的主(zhu)控制芯片🌍，FPGA所(suǒ)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(tǒng)控制的實時(shi)性，在FPGA内部👌硬(ying)件實現還可(ke)以防止像單(dān)片機程序一(yī)樣，在惡劣的(de)環境條🈲件下(xia)發生程序跑(pǎo)飛的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻問題。尤(you)其是現在FPGA器(qì)件有越來越(yue)多的參考設(she)計方案以及(jí)IP(知識産權)核(hé)心庫方面的(de)支持。利用FPGA設(she)計的PID控制器(qi)一方面可以(yi)将實現PID算法(fa)的模塊單獨(dú)作爲控制模(mó)塊來使用，直(zhí)接去實現對(duì)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(wèi)系統内的IP核(he)，以便在多路(lù)或複雜的系(xì)統上直接調(diào)用，加快研發(fa)設計速度。

2.PID算(suan)法分析

2.1 離散(san)PID算法

PID控制系(xì)統是一個簡(jiǎn)單的閉環系(xi)統，如圖1所示(shi)，PID系統框🔞圖中(zhōng)，整個系統主(zhǔ)要包括比較(jiao)器、PID控制器和(he)控制對象，其(qi)中PID包括三個(ge)環節，即比例(li)、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(ding)值，y(t)作爲系統(tong)的輸出值，e(t)是(shì)給✂️定值與🔴輸(shu)出值的偏差(cha)，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(zhōng)間便量，既是(shi)偏差e(t)通過PID控(kong)制算法處✌️理(li)後😄的輸出量(liàng)，又是被控對(duì)象的輸入量(liang)，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(kong)制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲(wèi)模拟控制器(qi)的微分時間(jian)常數。