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(kong)制至關重要(yao)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(xi)列重大經濟(jì)指标。

PID控制由(yóu)于其魯棒性(xìng)好，可靠性高(gāo)，在常規的溫(wen)度控制中應(yīng)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(ruan)件編程來實(shí)現，然而單片(piàn)機的指📞令是(shi)按順序執行(háng)的，實時性不(bú)強，加上軟件(jiàn)實現容易受(shou)⭐外界的幹擾(rǎo)，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(zhong)的系🔞統不太(tai)适宜。本🎯文選(xuan)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(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(yìng)件實現還可(kě)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(pao)飛的問題。尤(yóu)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(he)心庫方面的(de)支持。利用FPGA設(shè)計🔞的PID控制器(qì)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(duì)控制📱對象的(de)調節，另一方(fāng)面，基于FPGA的PID控(kòng)制算法也可(ke)以将其作爲(wei)系統内的IP核(he)，以便在多路(lù)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(san)PID算法

PID控制系(xi)統是一個簡(jian)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(hé)控制對象，其(qi)中🌈PID包括三個(ge)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(wei)系統的給定(dìng)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(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(zhi)系統中的中(zhong)間便量，既是(shì)偏差e(t)通過PID控(kòng)制算法處理(lǐ)後的輸出量(liang)，又是被控對(dui)象的輸入量(liàng)，因此模拟PID控(kong)制器的控制(zhì)規律爲：

其中(zhōng)，K_P 爲模拟控制(zhì)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(wei)模拟控制器(qi)的微分時間(jian)常數。