1.引言

在(zài)許多現代化(hua)的工業生産(chǎn)如冶金、電力(lì)等，實現對溫(wēn)度的精度控(kòng)制至關重要(yao)的，不僅直接(jie)影響着産品(pǐn)的質量，而且(qie)還關❄️系到生(shēng)産安全、能源(yuan)節約等一系(xi)列重大經濟(ji)⚽指标。

PID控制由(yóu)于其魯棒性(xing)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(lì)用單片機軟(ruǎn)件編程來實(shí)現，然而單片(piàn)🚶機的指令是(shì)按順序執行(hang)的，實時性不(bú)強，加上軟件(jian)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(hen)高和外界幹(gan)擾比較嚴重(zhòng)的系😄統不太(tài)适宜。本文選(xuan)取FPGA(現場可編(biān)程門陣列)作(zuo)爲系統的主(zhu)控制芯片🤩，FPGA所(suǒ)有的信号都(dōu)是📱時鍾驅動(dòng)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(shi)性，在FPGA内部硬(ying)件實現還可(kě)以防止像單(dān)片機程序一(yi)樣，在🤞惡劣的(de)環境條👉件下(xià)發生程序跑(pao)飛的問題。尤(yóu)其是現在FPGA器(qi)件有越來越(yuè)多的參考設(shè)計方案以及(jí)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(qì)一方面可以(yǐ)将實現PID算法(fǎ)的模塊單獨(dú)作爲控制模(mo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻塊來使用，直(zhi)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(wèi)系統内的IP核(hé)，以便在多路(lù)或複雜的系(xì)統上直接調(diào)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(xì)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(zhōng)，整個系統主(zhǔ)要包括比較(jiao)器、PID控制器和(he)控制對象🐅，其(qi)中PID包括三個(gè)環節，即比例(lì)、積分和微分(fèn)。

圖1 PID系統框圖(tú)

圖1中的r(t)作爲(wei)系統的給定(ding)值，y(t)作爲系統(tǒng)的輸出值，e(t)是(shì)🤟給定值與輸(shu)出值的偏差(cha)，所以系統的(de)偏差可以求(qiú)🈚得：

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

u(t)作爲控制(zhi)系統中的中(zhong)間便量，既是(shì)偏差e(t)通過PID控(kòng)制算🈲法處理(lǐ)🚶‍♀️後的輸出量(liàng)，又是被控對(duì)象的輸入量(liàng)，因此模拟PID控(kòng)制器的控制(zhi)規律爲：

其中(zhong)，K_P 爲模拟控制(zhì)器的比例增(zēng)益，T_I 爲模拟控(kong)制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲(wèi)模拟控制器(qì)的微分時間(jian)常數。