1.引(yǐn)言

在許多現代(dai)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(guān)重要的，不僅直(zhí)接影響着産品(pin)的質量✂️，而且還(hái)關系到🏃🏻‍♂️生産安(an)全、能源節約等(deng)一系列重大經(jing)濟指标。

PID控制由(you)于其魯棒性好(hǎo)，可靠性高，在常(cháng)規的溫度控制(zhi)中應用非常廣(guang)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(lái)實現，然🈲而單片(pian)機的指令是按(àn)順序執🚩行的，實(shí)👉時性不強，加上(shang)軟件實現容易(yi)受外界的幹擾(rao)，抗幹擾性能力(lì)差，對于實時性(xìng)要求很高和外(wài)界幹擾比✌️較嚴(yan)重的系統不太(tai)适宜。本文選取(qǔ)FPGA(現場可㊙️編程門(mén)陣列)作爲系統(tǒng)的主控制芯片(piàn)，FPGA所有的信号都(dōu)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(xìng)，在FPGA内部硬件實(shi)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(kù)方面的支持。利(li)用FPGA設計的PID控制(zhi)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(suàn)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(tǒng)上直接調用，加(jiā)快研發設計速(sù)度。

2.PID算法分析

2.1 離(lí)散PID算法

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

圖1 PID系統框圖

圖(tú)1中的r(t)作爲系統(tǒng)的給定值，y(t)作爲(wèi)系統的輸出值(zhi)，e(t)是給定值與輸(shu)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(rù)量，因此模拟PID控(kòng)制器的控制規(guī)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(wēi)分時間常數。