1.引(yin)言

在許多現代(dai)化的工業生産(chan)如冶金、電力等(děng)，實現對溫度♋的(de)精度控制至關(guan)重要的，不僅直(zhi)接影響着産品(pin)的質量🔅，而且還(hai)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(yóu)于其魯棒性好(hao)，可靠性高，在常(chang)規的溫度控🐕制(zhì)💜中應用非😄常廣(guǎng)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(lai)實現，然而單片(piàn)機的指令是按(an)順序執行的，實(shi)☔時性不強，加上(shang)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(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(yun)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(shí)現還可以防止(zhǐ)像單片機程序(xu)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(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(xiàn)對控制對象的(de)調節，另一方面(mian)，基于FPGA的👌PID控制算(suan)法也可以将🈚其(qi)作爲系統内的(de)IP核，以便在多路(lù)或複雜的系統(tong)上直接調用，加(jiā)快研發設計⭐速(sù)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(dan)的閉環系統，如(ru)圖1所示，PID系統框(kuang)圖中，整個系統(tǒng)主要包括比較(jiào)器、PID控制器和控(kong)制對象🆚，其中PID包(bao)括三個環節，即(ji)比例、積分和微(wei)分。

圖1 PID系統框圖

圖(tu)1中的r(t)作爲系統(tǒng)的給定值，y(t)作爲(wei)系統的輸出值(zhi)，e(t)是給定⚽值與輸(shu)出值的偏差，所(suo)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(bei)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(bi)例增益，T_I 爲模拟(ni)控制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲模(mo)拟控制器的微(wei)分時間常數。