1.引言

在許多現(xian)代化的工業生産(chǎn)如冶金、電力等，實(shí)現對溫度的精度(dù)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(yī)系列重大經濟指(zhi)标。

PID控制由于其魯(lǔ)棒性好，可靠性高(gāo)，在常規的溫度控(kòng)制中應用非常廣(guǎng)泛。目前工程的實(shi)際應用中，大多數(shu)模糊PID控🧑🏽‍🤝‍🧑🏻制器都利(li)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(shi)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(shi)性🔴要求很高和外(wai)界幹擾比較嚴重(zhong)的系統不太适宜(yi)。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(duì)于程序的執行具(jù)有并行運算的能(neng)力，顯著的提高🔴了(le)系統控制的實時(shí)性，在FPGA内部硬件實(shí)現還可以防止像(xiang)單片機程序一樣(yang)，在🌈惡劣的環境條(tiáo)件下發生程序跑(pao)飛的問題。尤其是(shi)現在FPGA器件有越來(lái)越多的參考🛀設計(jì)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(kòng)🎯制模塊來使用，直(zhi)接去實現對控制(zhì)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(he)，以便💃在多路或複(fu)雜👄的系統上直接(jie)調用，加快研發設(she)計速度。

2.PID算法分析(xi)

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(bao)括三個環節，即比(bǐ)例、積分和微分。

圖1 PID系統(tǒng)框圖

圖1中的r(t)作爲(wèi)系統的給定值，y(t)作(zuò)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(zhì)算法處理後的輸(shu)出量，又是被控對(duì)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(jian)常數，T_D 爲模拟控制(zhi)器的微分時間常(cháng)數。