1.引言

在許多現(xiàn)代化的工業生産(chan)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(ān)全、能源節約等一(yi)系列重🙇‍♀️大經濟指(zhǐ)标。

PID控制由于其魯(lǔ)棒性好，可靠性高(gao)，在常規的溫度控(kòng)制🚩中應用㊙️非常廣(guang)泛。目前工程的實(shí)際應用中，大多數(shù)模糊PID控制器都利(lì)👣用單片機軟件編(biān)程來實現，然而單(dan)片機的指👄令是按(an)㊙️順序執行的，實時(shí)性不強，加上軟件(jian)實現容易受💯外界(jiè)的幹🐉擾，抗幹擾性(xìng)能力差，對于實時(shí)性要求很高和♋外(wài)界幹擾比較嚴重(zhòng)的系統不太适宜(yí)。本💯文選取FPGA(現場可(ke)編程門陣列)作爲(wèi)系統的主控制芯(xīn)片，FPGA所有的信号都(dou)是㊙️時鍾驅動的，對(dui)💃🏻于程序的執行具(jù)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(xiàng)單片機程序👄一樣(yàng)，在惡劣的環境條(tiáo)🙇🏻件下發生⚽程序跑(pǎo)飛的問題。尤其是(shì)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(kě)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(zhì)算法也可以将💞其(qi)作💃🏻爲系統内的IP核(hé)，以便在多路或複(fu)雜✌️的系統上直接(jiē)調用，加快研發設(she)計速度。

2.PID算法分析(xī)

2.1 離散PID算法

PID控制系(xi)統是一個簡單的(de)閉環系統，如圖1所(suo)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(hé)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(tong)框圖

圖1中的r(t)作爲(wèi)系統的給定值，y(t)作(zuo)爲系統的輸出值(zhi)，e(t)是🚶‍♀️給定值🛀與輸出(chu)值的偏差，所以系(xì)統的偏差可以求(qiu)🐆得：

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

u(t)作爲控制系統(tong)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(shu)出量，又是被控對(dui)象的輸入量，因🐉此(cǐ)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(bi)例增益，T_I 爲模拟控(kòng)制器的積分時間(jiān)常數，T_D 爲模拟控制(zhì)器的微分時間常(chang)數。