1.引(yin)言

在許多(duō)現代化的(de)工業生産(chǎn)如冶金、電(dian)力等，實現(xian)對溫度的(de)精度🏃‍♂️控制(zhi)至關重要(yào)的，不僅直(zhí)接影響着(zhe)産品的質(zhì)量，而且還(hai)關🌏系到生(shēng)産安全、能(neng)源節約等(deng)一系列重(zhòng)大經濟✊指(zhi)标。

PID控制由(you)于其魯棒(bàng)性好，可靠(kào)性高，在常(cháng)規的溫度(du)控🏒制中應(yīng)用🌈非常廣(guang)泛。目前工(gōng)程的實際(jì)應用中，大(da)多數模糊(hu)PID控制器都(dou)利🔴用單片(pian)機軟件編(bian)程來實現(xiàn)，然而單片(pian)機的指令(ling)是按順序(xù)執行的，實(shí)時性不強(qiáng)，加㊙️上軟件(jian)實現容易(yi)受外界的(de)幹擾，抗幹(gàn)擾性能力(li)差，對于實(shi)時性要求(qiú)很高和外(wai)界幹擾比(bǐ)較嚴重的(de)系統不太(tài)适宜。本文(wén)選取FPGA(現場(chang)可編程門(men)陣列)作❗爲(wèi)系統的主(zhu)控制芯片(pian)，FPGA所有的信(xìn)号都是時(shí)鍾驅動的(de)，對于程序(xù)的執行具(ju)有并行運(yun)算的能力(lì)，顯♊著的提(tí)高了系統(tong)控制的實(shí)時性，在FPGA内(nei)部硬件實(shi)現還可以(yǐ)防止像單(dān)片機程序(xu)一樣，在惡(è)劣的環境(jing)條⛹🏻‍♀️件下發(fa)生程序跑(pǎo)飛的問題(ti)。尤其是現(xiàn)在FPGA器件有(you)越來越多(duō)的🏃🏻‍♂️參考設(shè)計方案以(yi)及IP(知識産(chan)權)核心庫(kù)方面的支(zhī)持。利用FPGA設(she)計的PID控制(zhì)器一方面(miàn)可以将實(shí)現♋PID算法的(de)模🛀塊單獨(dú)作爲控制(zhi)模塊來使(shi)用，直接‼️去(qù)實現對控(kòng)制⛹🏻‍♀️對象的(de)調節，另一(yī)方面，基于(yu)FPGA的PID控制算(suan)法也可以(yǐ)将其作爲(wei)系統🏃‍♂️内的(de)IP核，以便在(zai)多路或複(fú)雜的系統(tong)上直接調(diao)用，加快研(yan)發設計速(sù)度。

2.PID算法分(fèn)析

2.1 離散PID算(suan)法

PID控制系(xi)統是一個(gè)簡單的閉(bi)環系統，如(rú)圖1所示，PID系(xi)統框♊圖中(zhōng)，整個🌐系統(tong)主要包括(kuò)比較器、PID控(kong)制器和控(kòng)制對象，其(qi)中PID包括三(sān)個環節，即(jí)比例、積分(fen)和微分。

圖1 PID系統框(kuàng)圖

圖1中的(de)r(t)作爲系統(tong)的給定值(zhí)，y(t)作爲系統(tǒng)的輸出值(zhí)，e(t)是給定值(zhi)♉與輸出值(zhí)的偏差，所(suǒ)以系統的(de)偏差可以(yi)求得：

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

u(t)作爲(wèi)控制系統(tǒng)中的中間(jiān)便量，既是(shi)偏差e(t)通過(guò)PID控制算法(fǎ)處理後的(de)輸出量，又(you)是被控對(dui)象的輸入(ru)量，因此模(mó)拟PID控💛制器(qì)的控制規(guī)🌈律爲：

其中(zhong)，K_P 爲模拟控(kong)制器的比(bi)例增益，T_I 爲(wei)模拟控制(zhi)器的積分(fen)時間常數(shù)，T_D 爲模拟控(kòng)制器的微(wei)分時間常(chang)數。