1.引言

在許多現(xiàn)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(qiě)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(lu)棒性好，可靠性高(gāo)，在常規的溫度控(kong)制中🌏應用非✊常廣(guǎng)泛。目前工程的實(shí)際應用中，大多🔴數(shù)模🤩糊PID控制器📐都利(li)🎯用單片機軟件編(bian)程來實現，然而單(dān)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(xing)能力差，對于實時(shí)性要求很高和外(wai)界幹擾比較嚴重(zhong)的系統不太适宜(yí)。本文選取FPGA(現場可(kě)編程門陣列)作爲(wèi)系統的主控制芯(xin)片，FPGA所有的信号都(dou)是時鍾驅動的，對(dui)于📱程序的執行具(ju)有并行運算的能(néng)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(yàng)，在惡劣的環境條(tiao)🔴件下發生🔴程序跑(pao)飛的問題。尤其是(shì)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(ke)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(zhì)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(qí)作爲系統🍉内的IP核(hé)，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(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(zheng)📐個⛱️系統主要包括(kuò)比較器、PID控制器和(he)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(tong)框圖

圖1中的r(t)作爲(wei)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(chu)值的偏差，所以系(xi)統的偏差可以求(qiu)得：

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

u(t)作爲控制系統(tǒng)中的中間便量，既(jì)是偏差e(t)通過PID控制(zhi)算法處理後的輸(shū)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(wei)模拟控制器的比(bǐ)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(zhì)器的微分時間常(cháng)數。