1.引(yin)言

在許多現代(dài)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(pǐn)的質量，而且還(hái)關系到生産安(ān)全、能源節約等(děng)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(chang)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(zhi)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(shàng)軟件實現容易(yì)受外界的幹擾(rǎo)，抗幹擾性能力(li)差✊，對于實時性(xing)☂️要求很高和外(wài)界幹擾比較嚴(yán)重的系統不太(tài)适宜✌️。本文選取(qu)FPGA(現場可編程門(men)陣列)作⁉️爲系統(tong)的主控制芯片(pian)🌈，FPGA所有的⭐信号都(dōu)是時鍾驅動的(de)，對于程序的執(zhi)行具有☀️并行運(yun)算的能力🧡，顯著(zhe)的提高了系統(tǒng)控制的實時性(xing)🚩，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(xian)在FPGA器件有越來(lái)越多的🚩參考設(shè)計方案以及IP(知(zhī)識産權✂️)核心庫(ku)方面的支持。利(li)用FPGA設計🚶‍♀️的PID控制(zhi)器一方面可以(yi)将實現PID算法的(de)模塊單獨作爲(wèi)控✨制模塊來使(shǐ)用，直接去實現(xiàn)對控制對象的(de)調節，另一方面(miàn)，基于FPGA的PID控制算(suàn)法也可以将其(qí)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(su)度。

2.PID算法分析

2.1 離(li)散PID算法

PID控制系(xi)統是一個簡單(dān)的閉環系統，如(ru)圖1所示，PID系統框(kuàng)圖中，整🏃‍♂️個系統(tǒng)主要包括比較(jiao)器、PID控制器和控(kòng)制對象，其中PID包(bao)括三個💛環節🏃‍♂️，即(ji)比例、積分和微(wēi)分。

圖1 PID系統框圖

圖(tu)1中的r(t)作爲系統(tong)的給定值，y(t)作爲(wèi)系統的輸出值(zhí)，e(t)是給定🆚值與輸(shu)出值的偏差，所(suo)以系統的偏差(cha)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(shi)偏差e(t)通過PID控制(zhi)🌍算法處理後的(de)輸出量，又是被(bèi)控對象的輸入(ru)量，因此模💚拟PID控(kong)制器的控制規(gui)律爲：

其中，K_P 爲模(mo)拟控制器的比(bǐ)例增益，T_I 爲模拟(nǐ)控制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲模(mo)拟控制器的微(wēi)分時間常數。