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(wen)度的精🌐度控(kòng)制至關重要(yao)的，不僅直接(jiē)影響着産品(pin)的質量，而且(qie)還關系到🏃‍♂️生(sheng)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(gao)，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(zhōng)，大多✌️數模糊(hú)PID控🔴制器都利(li)用單片機軟(ruǎn)件編程來實(shí)現，然而單片(piàn)機的指令是(shì)按🧡順序執🏃‍♀️行(hang)的，實時性不(bu)強，加上軟件(jian)實現容易受(shòu)🌈外界的幹擾(rǎo)，抗幹擾性能(néng)力差，對于實(shí)時性要求很(hen)高和外界幹(gàn)擾比較嚴重(zhòng)的系👈統不太(tai)适宜。本文選(xuǎn)取FPGA(現場可編(bian)程門陣列)作(zuò)爲系統的主(zhǔ)控📧制芯片，FPGA所(suǒ)有的信号都(dou)是🥰時鍾驅動(dòng)的，對于💜程序(xù)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(dān)片機程序一(yi)樣，在惡劣的(de)環境條件下(xia)發生程序跑(pao)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(mó)塊來使用，直(zhí)接去實現對(duì)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(ke)以将其作爲(wèi)系統内的IP核(hé)，以便在多路(lu)或複雜的系(xi)統上直接調(diào)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(xi)統，如圖1所示(shi)，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(qí)中PID包括三個(gè)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(wèi)系統的給定(ding)值，y(t)作爲系統(tong)的輸出值，e(t)是(shi)給定值與輸(shū)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(zhì)系統中的中(zhōng)間便量，既是(shì)偏差e(t)通過PID控(kòng)制🔴算法處理(li)㊙️後💛的輸出量(liàng)，又是被控對(dui)象的輸入量(liàng)，因此模拟PID控(kong)制器的控制(zhi)規律爲：

其中(zhong)，K_P 爲模拟控制(zhì)器的比例增(zēng)益，T_I 爲模拟控(kong)制器的積分(fèn)時間常數，T_D 爲(wèi)模拟控制器(qi)的微分時間(jian)常數。