1.引(yin)言

在許多(duō)現代化的(de)工業生産(chan)如冶金、電(diàn)力等，實現(xian)對🏒溫度的(de)精度控制(zhì)至關重要(yào)的，不僅直(zhi)接影響着(zhe)産品的質(zhi)量，而且☔還(hái)關💃系到生(shēng)産安全、能(neng)源節約等(děng)一系列重(zhòng)🔅大經濟指(zhi)标。

PID控制由(you)于其魯棒(bang)性好，可靠(kào)性高，在常(chang)規的溫度(du)控制💰中應(yīng)用非常廣(guang)泛。目前工(gong)程的實際(ji)應用中，大(dà)多數模糊(hú)PID控制器都(dōu)利用單片(piàn)機軟件編(bian)程來實現(xiàn)，然而單片(pian)機的指💚令(lìng)是按順序(xù)執行的，實(shi)時性不強(qiang)，加上軟件(jiàn)實現容易(yi)受外界的(de)幹擾，抗幹(gan)擾性能力(li)差，對于實(shí)時性要求(qiú)很高和外(wài)界幹擾比(bi)較嚴重的(de)系統不太(tai)适宜。本文(wén)選取FPGA(現場(chang)可編程門(mén)陣列)作爲(wei)系統的主(zhǔ)控制芯片(piàn)，FPGA所有的信(xìn)号都是㊙️時(shi)鍾驅動的(de)，對于程序(xu)的執行具(ju)有♉并行運(yùn)算的能力(lì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，顯著的提(ti)高了系統(tong)控制的實(shi)時性，在FPGA内(nei)部🔴硬件實(shi)現還可以(yǐ)防止像單(dan)片機程序(xu)一樣，在惡(è)劣的環境(jìng)條⭐件下發(fā)生🈚程序跑(pǎo)飛的問題(tí)。尤其是現(xian)在FPGA器件有(you)越來越多(duo)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼參考🏃設(shè)計方案以(yi)及IP(知識産(chǎn)權)核🤟心庫(kù)方面的支(zhī)持。利用FPGA設(she)計的PID控制(zhì)器一方面(miàn)可以将實(shi)現PID算法的(de)模塊單獨(dú)作爲控制(zhì)模塊來使(shi)用，直接去(qu)實現對控(kòng)制對象的(de)調節，另一(yī)方面，基于(yu)FPGA的PID控制算(suan)法也可以(yǐ)将其作爲(wei)系統内的(de)IP核，以便在(zai)多路或複(fu)雜的系統(tǒng)上直接調(diào)用，加快研(yan)發設計速(su)度。

2.PID算法分(fèn)析

2.1 離散PID算(suan)法

PID控制系(xi)統是一個(ge)簡單的閉(bì)環系統，如(ru)圖1所示，PID系(xi)統⁉️框圖中(zhong)，整個☀️系統(tǒng)主要包括(kuò)比較器、PID控(kòng)制器和控(kòng)制對象，其(qi)中PID包括🌍三(san)個環節，即(ji)比例、積分(fen)和微分。

圖1 PID系統框(kuàng)圖

圖1中的(de)r(t)作爲系統(tong)的給定值(zhi)，y(t)作爲系統(tong)的輸出值(zhi)，e(t)是給定值(zhí)與輸出值(zhí)的偏差，所(suǒ)以系統的(de)偏差可以(yi)求得：

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

u(t)作爲(wèi)控制系統(tong)中的中間(jiān)便量，既是(shì)偏差e(t)通過(guo)PID控制算法(fǎ)💔處理後的(de)輸出量，又(you)是被控對(dui)象的輸入(rù)量，因此模(mo)拟PID控制器(qì)的控✌️制規(guī)🚶律爲：

其中(zhong)，K_P 爲模拟控(kòng)制器的比(bǐ)例增益，T_I 爲(wei)模拟控制(zhi)器的積分(fen)時間常數(shù)，T_D 爲模拟控(kòng)制器的微(wēi)分時間常(chang)數。