1.引言

在(zài)許多現代化(huà)的工業生産(chǎn)如冶金、電力(lì)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(pǐn)的質量，而且(qiě)🚩還關系到🌈生(shēng)産安全、能源(yuan)節約等一😍系(xì)列重大經濟(ji)指标。

PID控制由(you)于其魯棒性(xìng)好，可靠性高(gāo)，在常規的溫(wen)度控制中應(ying)用非常廣泛(fan)。目前工程的(de)實際應用中(zhōng)，大多數模糊(hu)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(háng)的，實時性不(bu)強，加上軟件(jiàn)實現容易受(shou)外界的幹擾(rǎo)，抗幹擾性能(néng)力差🧡，對于實(shí)時性要求很(hěn)高和外界幹(gàn)擾比較嚴重(zhong)的系🔱統不太(tài)适宜🈲。本文選(xuan)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(dong)的，對于程序(xù)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(shí)性，在FPGA内部硬(yìng)件實現還可(kě)以防🍉止像單(dān)片機程序一(yī)樣，在惡劣的(de)環境條件下(xià)發生☔程序跑(pǎo)飛的問題。尤(yóu)其是現在FPGA器(qi)件有越來越(yuè)多的參考設(she)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(yi)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(fāng)面，基于FPGA的PID控(kong)制算法也可(kě)以将其作爲(wei)系統内的IP核(he)，以便在多路(lu)或複雜的系(xì)統上直接調(diao)用，加☎️快研發(fa)設計☎️速度。

2.PID算(suan)法分析

2.1 離散(sàn)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(zhu)要包括比較(jiao)器、PID控制器和(hé)控制對象，其(qi)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(wei)系統的給定(dìng)值，y(t)作爲系統(tǒng)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(qiu)得：

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

u(t)作爲控制(zhì)系統中的中(zhong)間便量，既是(shi)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(duì)象的輸入量(liang)，因此模拟PID控(kong)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(zeng)益，T_I 爲模拟控(kòng)制器的積分(fèn)時間常數，T_D 爲(wei)模拟控制器(qi)的微分時間(jiān)常數。