1.引言

在(zai)許多現代化(hua)的工業生産(chan)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(shēng)産安全、能源(yuán)節約等一系(xi)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(wēn)度控制中應(ying)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(shí)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(jiàn)實✨現容易受(shòu)外界的幹🔞擾(rao)，抗幹擾性能(neng)力差，對于實(shí)時性要求很(hen)高和外界幹(gan)擾比🔞較嚴重(zhong)的系🌈統不太(tai)适宜。本💔文選(xuǎn)取FPGA(現場可📱編(biān)程門陣列)作(zuo)爲系統的主(zhǔ)控📞制芯片，FPGA所(suo)有的信号都(dōu)是🌈時鍾驅動(dong)的，對于✊程序(xù)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(yìng)件實現還可(ke)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(pǎo)飛的問題。尤(you)其是現在FPGA器(qì)件有越來越(yuè)多的參考設(shè)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(she)計🌂的PID控制器(qi)一方面可以(yǐ)将實現PID算法(fǎ)的模塊單獨(dú)作爲控制模(mo)塊來使用，直(zhí)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(wèi)系統♻️内的IP核(he)，以便👨‍❤️‍👨在多路(lù)或複雜📞的系(xi)統上直接調(diao)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(xì)統，如圖1所示(shì)，PID系統框圖中(zhong)，整個系統主(zhu)要包括比較(jiào)器、PID控制器和(hé)控制☁️對象，其(qí)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(tú)

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(chà)，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(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(liang)，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(zhōng)，K_P 爲模拟控制(zhi)器的比例增(zeng)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。