1.引言

在(zai)許多現代化(huà)的工業生産(chan)如冶金、電力(lì)等，實現對溫(wen)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(sheng)産安全、能源(yuán)節約等一系(xì)列重大經濟(ji)指标。

PID控制由(yóu)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(fan)。目前工程的(de)實際應用中(zhong)，大多數模糊(hú)PID控制器🌈都利(li)用單片機軟(ruǎn)件編程來實(shi)現，然而單片(piàn)😘機的指😍令是(shi)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(neng)力差，對于實(shi)時性要求很(hěn)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(biān)程門陣列)作(zuò)爲系統的主(zhu)控制芯片，FPGA所(suǒ)有的♻️信号都(dōu)是時鍾驅動(dòng)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(yi)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(qì)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(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(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(hé)，以便在多路(lù)或複雜🌈的系(xi)統上直接調(diao)用，加快研發(fā)設計🐅速度。

2.PID算(suan)法分析

2.1 離散(sàn)PID算法

PID控制系(xì)統是一個簡(jian)單的閉環系(xì)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(jiào)器、PID控制器和(hé)控制對象⭐，其(qí)中PID包括三個(ge)環節，即比例(li)、積分和微分(fen)。

圖1 PID系統框圖(tu)

圖1中的r(t)作爲(wei)系統的給定(ding)值，y(t)作爲系統(tong)的輸出值，e(t)是(shì)給定值與輸(shū)出值的偏差(cha)，所以系統的(de)偏差可以求(qiú)得：

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

u(t)作爲控制(zhi)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(lǐ)後的輸出量(liang)，又是被控對(duì)象的輸入量(liang)，因此模拟PID控(kòng)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(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(qì)的微分時間(jiān)常數。