1.引言

在(zài)許多現代化(huà)的工業生産(chan)如冶金、電力(lì)等，實現對溫(wen)💃度的精度控(kong)制至關重要(yào)的，不僅直接(jie)影響着産品(pin)的質量，而且(qie)還關系到🔞生(sheng)産安全、能源(yuán)節約等一系(xi)列重大經濟(ji)指标。

PID控制由(yóu)于其魯棒性(xìng)好，可靠性高(gao)，在常規的溫(wēn)度控制中💃應(yīng)🔞用非常廣泛(fàn)。目前工程的(de)實際應用中(zhong)，大多數模糊(hu)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(shi)按順序執行(hang)的，實☂️時性不(bu)強，加上軟件(jian)實現容易受(shou)外界的幹擾(rao)，抗幹擾🚶‍♀️性能(neng)力差，對于實(shí)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(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(suǒ)有的信号都(dōu)是時鍾驅動(dòng)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(shí)性，在FPGA内部硬(yìng)件實現還可(kě)以防止像單(dan)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(qi)件有越來越(yue)多的👈參考‼️設(shè)計方案以及(ji)IP(知識産權)核(he)👣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(du)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(fāng)面，基于FPGA的PID控(kong)制算法也可(kě)以将其作👣爲(wei)系統内的IP核(he)，以便在多路(lù)或複雜的系(xi)統上⭕直接調(diào)用，加快研發(fā)設計🈲速度🌏。

2.PID算(suan)法分析

2.1 離散(sàn)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(zhong)，整個系統主(zhǔ)要包括比較(jiao)器、PID控制器和(hé)控制對象，其(qí)中🐅PID包括三個(gè)環節，即比例(li)、積分和微分(fèn)。

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(shi)給定值與輸(shu)出值的偏差(cha)，所以系統的(de)偏差可以求(qiú)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(kòng)制🙇‍♀️算法㊙️處理(li)後✉️的輸出量(liang)，又是被控對(dui)象的輸入量(liàng)，因✌️此模🔞拟PID控(kòng)制器的控制(zhì)規🤩律爲：

其中(zhōng)，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(fèn)時間常數，T_D 爲(wei)模拟控制器(qi)的微分時間(jiān)常數。