1.引(yin)言

在許多(duō)現代化的(de)工業生産(chǎn)如冶金、電(diàn)力等，實現(xiàn)對溫度的(de)精度控制(zhi)至關重要(yao)的，不僅直(zhí)接影響着(zhe)産品的質(zhi)量，而且還(hái)關系到生(shēng)産安全、能(néng)源節約等(děng)一系列重(zhòng)大經濟指(zhi)标。

PID控制由(you)于其魯棒(bàng)性好，可靠(kao)性高，在常(chang)規的溫度(dù)控🤩制中應(ying)🐇用非常廣(guǎng)泛。目前工(gōng)程的實際(jì)應用中，大(dà)多數模🈲糊(hu)PID控制器都(dou)利用單片(piàn)機軟件編(bian)程來實現(xiàn)，然而單片(piàn)機的指令(lìng)是按順序(xu)執行的，實(shi)時性不強(qiáng)，加上軟件(jian)實現容易(yì)受外界的(de)幹擾，抗幹(gàn)擾☀️性能力(li)差，對于實(shí)時性要求(qiu)很高和外(wai)界幹擾比(bǐ)🆚較嚴重的(de)系統不太(tài)适宜。本文(wen)選取FPGA(現場(chǎng)可🧑🏽‍🤝‍🧑🏻編程門(mén)陣列)作爲(wei)系統的主(zhu)控制芯片(pian)，FPGA所有的信(xìn)号都是時(shi)鍾驅動的(de)，對🏒于程序(xù)的執行具(ju)有🌈并行運(yùn)算的能力(li)📐，顯著的提(tí)高了系統(tong)控制的實(shi)時性，在FPGA内(nèi)部硬件實(shi)現還可以(yi)防♌止像單(dan)片機程序(xu)一樣，在惡(è)劣的環境(jìng)條⚽件下發(fa)生🌈程序跑(pǎo)飛的問題(ti)。尤其是現(xian)在FPGA器件有(you)越來越多(duo)的參考設(she)計方案以(yǐ)及IP(知識産(chǎn)權)核心庫(ku)方面的支(zhī)持。利用FPGA設(she)計的PID控制(zhì)器一方面(miàn)可以将實(shi)現⁉️PID算法的(de)模塊單獨(du)作爲控制(zhì)模塊來使(shi)用，直接去(qu)實現對控(kong)制🌈對象的(de)調節，另一(yī)方面，基于(yú)FPGA的PID控制算(suàn)法也可以(yǐ)将其作❗爲(wei)系統内的(de)IP核，以便在(zai)多路或複(fú)雜的系統(tong)上直接調(diao)用，加快研(yán)發設計速(su)度。

2.PID算法分(fen)析

2.1 離散PID算(suan)法

PID控制系(xi)統是一個(ge)簡單的閉(bì)環系統，如(rú)圖1所示，PID系(xi)統框✔️圖中(zhong)，整個💃系統(tǒng)主要包括(kuò)比較器、PID控(kong)制器和控(kong)制對象，其(qí)中PID包括三(san)個環節，即(jí)比例、積分(fen)和微分。

圖1 PID系統框(kuàng)圖

圖1中的(de)r(t)作爲系統(tǒng)的給定值(zhi)，y(t)作爲系統(tǒng)的輸出值(zhí)，e(t)是給㊙️定值(zhi)✊與輸出值(zhí)的偏差，所(suo)以系統的(de)偏差可以(yǐ)求得：

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

u(t)作爲(wei)控制系統(tong)中的中間(jiān)便量，既是(shì)偏差e(t)通過(guo)PID控制💞算法(fǎ)😍處理後的(de)輸出量，又(yòu)是被控對(duì)象的輸入(ru)量，因此模(mó)拟PID控🏃🏻制器(qi)的控制規(guī)律爲：

其中(zhong)，K_P 爲模拟控(kong)制器的比(bi)例增益，T_I 爲(wèi)模拟控制(zhì)器的積分(fèn)時間常數(shù)，T_D 爲模拟控(kong)制器的微(wēi)分時間常(chang)數。