1.引言

在(zai)許多現代化(huà)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(yào)的，不僅直接(jie)影響着産品(pin)的質量，而且(qie)還關系到生(sheng)産安全、能源(yuan)節約等一系(xì)列重大經濟(ji)指标。

PID控制由(you)于其魯棒性(xing)好，可靠性高(gāo)，在常規的溫(wēn)度控🈲制中應(yīng)⛷️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(li)用單片機軟(ruǎn)件編程來實(shi)現，然而單片(piàn)機的指令是(shi)按順序執行(háng)的，實時性不(bu)強，加上軟件(jian)實現容易受(shou)外界的幹擾(rao)，抗幹擾性能(néng)力差，對于實(shi)時性要求很(hen)高和外界幹(gan)擾比👄較嚴重(zhong)的系統不太(tài)适宜👣。本文選(xuǎn)取FPGA(現場可編(biān)程門陣列)作(zuo)❤️爲系⭐統的主(zhǔ)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(yī)樣，在惡劣的(de)環境條件下(xià)發生🏃🏻程序跑(pǎo)飛的問題。尤(yóu)其是現在FPGA器(qì)件有越來越(yuè)多的參考設(shè)計方案以及(ji)IP(知識👉産權)核(he)心庫方面的(de)支持。利用FPGA設(shè)計的PID控制器(qi)一方面可以(yǐ)将實現PID算法(fǎ)的模塊單獨(dú)作爲控㊙️制模(mó)塊來使用，直(zhi)接去實現對(dui)控制對象的(de)調節，另一方(fang)面，基于FPGA的PID控(kòng)制算🌐法也可(kě)以将㊙️其作爲(wei)系統内的IP核(he)，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(san)PID算法

PID控制系(xi)統是一個簡(jiǎn)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(ge)環節，即比例(li)、積分和微分(fen)。

圖1 PID系統框圖(tu)

圖1中的r(t)作爲(wei)系統的給定(ding)值，y(t)作爲系統(tong)的輸出值，e(t)是(shi)給定值與輸(shū)出值的偏差(cha)，所以系統的(de)偏差可以求(qiu)♈得：

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

u(t)作爲控制(zhì)系統中的中(zhōng)間便量，既是(shì)偏差e(t)通過PID控(kong)制算法處理(li)😄後❄️的輸出量(liang)，又是被控對(dui)象的輸入量(liàng)，因此模🌈拟PID控(kong)制器的控✂️制(zhi)規律爲：

其中(zhōng)，K_P 爲模拟控制(zhì)器的比例增(zeng)益，T_I 爲模拟控(kòng)制器的積分(fen)時間常數，T_D 爲(wei)模拟控制器(qì)的微分時間(jiān)常數。