1.引言

在許多現(xian)代化的工業生産(chǎn)如冶金、電力等，實(shi)現對溫😘度的精度(du)控制至關重要的(de)，不僅直接影響着(zhe)産品的質量，而且(qie)還關系到生産安(an)全、能源節約等一(yi)系列重大經濟指(zhǐ)标。

PID控制由于其魯(lu)棒性好，可靠性高(gāo)，在常規的溫度控(kong)制☂️中應用非🐆常廣(guǎng)泛。目前工程的實(shi)際應用中，大多數(shù)模糊PID控制器都利(lì)💯用單片機軟件編(bian)程來實現，然🔞而單(dan)片機的指令是按(àn)順序執行的，實🈚時(shí)性不強，加上軟件(jian)實現容易受外界(jie)的幹擾，抗幹擾性(xìng)能力差，對于實時(shi)性要求很高和外(wai)界幹擾比🐉較嚴重(zhong)的系🙇‍♀️統不太适宜(yí)♻️。本文選取FPGA(現場可(ke)編程門陣列)作✨爲(wei)系統的主控制芯(xīn)片，FPGA所有的信号都(dōu)是💃🏻時鍾驅動的，對(dui)⭕于程序的執行具(ju)有⭐并行運算的能(néng)力，顯著的提高了(le)系統控制的實時(shi)性，在FPGA内部硬件實(shi)現還可以防止像(xiang)單片機程序一樣(yang)，在惡劣的環境條(tiao)件下發生程序跑(pao)飛的問題。尤其是(shi)現在FPGA器件有越來(lai)越多的參考設計(ji)方案以及IP(知識産(chǎn)權)核心庫方面的(de)支持。利用FPGA設計的(de)PID控制器一方面可(ke)以将實現🐆PID算法的(de)模塊單獨作爲控(kong)制模塊來使用，直(zhi)接去實現對控制(zhi)🤩對象的調節，另一(yi)方面，基于FPGA的PID控制(zhi)算法也可以将其(qi)作爲系統内的IP核(hé)，以便在多路或複(fú)雜的系統上直接(jiē)調用，加快研發設(shè)計速度✊。

2.PID算法分析(xi)

2.1 離散PID算法

PID控制系(xì)統是一個簡單的(de)閉環系統，如圖1所(suǒ)示，PID系統框🚶‍♀️圖中，整(zhěng)個系統主要包括(kuò)比較器、PID控制器和(he)控制對象，其中PID包(bāo)括三個環節，即比(bi)例、積分和微分。

圖1 PID系統(tǒng)框圖

圖1中的r(t)作爲(wei)系統的給定值，y(t)作(zuo)爲系統的輸出值(zhí)，e(t)是給🙇‍♀️定⛹🏻‍♀️值🧑🏽‍🤝‍🧑🏻與輸出(chū)值的偏差，所以系(xì)統的偏差可以求(qiú)得：

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

u(t)作爲控制系統(tǒng)中的中間便量，既(ji)是偏差e(t)通過PID控制(zhi)算法🤩處理後的輸(shū)出量，又是被控對(dui)象的輸入量，因此(ci)模拟PID控制器的控(kòng)制規律爲：

其中，K_P 爲(wèi)模拟控制器的比(bǐ)例增益，T_I 爲模拟控(kòng)制器的積分時間(jian)常數，T_D 爲模拟控制(zhì)器的微分時間常(chang)數。