1.引言

在(zài)許多現代化(hua)的工業生産(chan)如冶金、電力(li)等，實現對溫(wēn)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(xing)好，可靠性高(gao)，在常規的溫(wen)度控制中應(yīng)用非常廣泛(fan)。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(shí)現，然而單片(pian)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(shi)時性要求很(hen)高和⭐外界幹(gan)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(zuo)🐇爲系統的主(zhu)控☀️制芯片，FPGA所(suǒ)有的信号都(dou)是🏃時鍾驅動(dòng)的，對于程序(xu)的執行具有(you)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(ying)件實現還可(ke)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(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(mo)塊來使用，直(zhí)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(kě)以将其作爲(wei)系統内的IP核(hé)，以便在多路(lu)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(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(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(lì)、積分和微分(fen)。

圖1 PID系統框圖(tú)

圖1中的r(t)作爲(wei)系統的給定(ding)值，y(t)作爲系統(tǒng)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(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(shì)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(dui)象的輸入量(liang)，因此模🏃🏻‍♂️拟PID控(kong)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(zeng)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。