1.引(yǐn)言

在許多現代(dài)化的工業生産(chǎn)如冶金、電力等(deng)，實現對溫⭐度的(de)🔞精度控制至關(guan)重要的，不僅直(zhí)接影響着産品(pǐn)的質量，而且⛷️還(hái)關系到生産安(ān)全、能源節約等(deng)一系列重大經(jīng)濟指标。

PID控制由(yóu)于其魯棒性好(hǎo)，可靠性高，在常(cháng)規的溫度控制(zhì)中應用非常廣(guǎng)泛。目前工程的(de)實際應用中，大(dà)多數模糊PID控❤️制(zhì)器都利用單😄片(piàn)機軟件編程來(lai)實現，然而單片(pian)機的指令是按(an)順序執行的，實(shi)時性不強，加上(shang)軟件實現容易(yì)受外界的幹擾(rǎo)，抗幹擾性能力(li)差，對于實時性(xing)要求很高和外(wài)界幹擾比較嚴(yán)重的系統不太(tài)适宜。本文選取(qu)FPGA(現場可編程門(men)陣列)作爲系統(tong)的主控制芯片(piàn)，FPGA所有的信号都(dou)是時鍾驅動的(de)，對于程序的執(zhí)行具有并行運(yùn)算的能力，顯🚶著(zhe)的提高了系統(tong)控制的實時性(xing)，在FPGA内部硬件實(shí)現還可以防止(zhǐ)像單片機程序(xù)一樣，在🌈惡劣的(de)環境條件下發(fa)生程序跑飛的(de)問題。尤其是現(xiàn)在FPGA器件有越來(lai)越多的參考❗設(she)計方案以及IP(知(zhī)識産權)核心庫(ku)方面的支持。利(li)用FPGA設計的PID控制(zhì)器一方面可以(yǐ)🔱将實現PID算法的(de)模塊單獨作爲(wèi)控制模塊來使(shi)用，直接去實現(xian)對控制對象的(de)調節，另一方面(mian)，基于FPGA的PID控制算(suan)📱法也可以将其(qi)作爲系統🔞内的(de)IP核，以便在多路(lu)或複雜的系統(tong)上🈲直接調用，加(jiā)快研發設計🔴速(sù)度。

2.PID算法分析

2.1 離(li)散PID算法

PID控制系(xi)統是一個簡單(dān)的閉環系統，如(ru)圖1所示，PID系統框(kuàng)圖中❓，整個🏃系統(tǒng)主要包括比較(jiao)器、PID控制器和控(kong)制對象，其中❓PID包(bao)括三個環節，即(ji)比例、積分和微(wei)分。

圖1 PID系統框圖

圖(tu)1中的r(t)作爲系統(tong)的給定值，y(t)作爲(wei)系統的輸出值(zhí)，e(t)是給💋定值與輸(shū)出值的偏差，所(suǒ)以系統的偏差(chà)可以求得：

e(t)=r(t)-y(t) (1)

u(t)作爲(wèi)控制系統中的(de)中間便量，既是(shì)偏差e(t)通過PID控制(zhì)算法處理後的(de)輸出量，又是被(bèi)控對象的輸入(ru)量，因♊此模拟PID控(kong)制器的控制規(gui)律爲：

其中，K_P 爲模(mo)拟控制器的比(bǐ)例增益，T_I 爲模拟(ni)控制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲模(mó)拟控制器的微(wei)分時間常數。