1.引言
在許多現代化的工業(yè)生產如冶金、電力等，實現對溫度的精度控制至關重要的，不僅直接影響著產品的質量，而且還關系到生產安全、能源節(jié)約等一系列重大經濟指標。
PID控制由于其魯棒性好，可靠性高，在常規(guī)的溫度控制中應用非常廣泛。目前工程的實際應用中，大多數模糊PID控制器都利用單片機軟件編程來實現，然而單片機的指令是按順序執(zhí)行的，實時性不強，加上軟件實現容易受外界的干擾，抗干擾性能力差，對于實時性要求很高和外界干擾比較嚴重的系統(tǒng)不太適宜。本文選取FPGA(現場可編程門陣列)作為系統(tǒng)的主控制芯片，FPGA所有的信號都是時鐘驅動的，對于程序的執(zhí)行具有并行運算的能力，顯著的提高了系統(tǒng)控制的實時性，在FPGA內部硬件實現還可以防止像單片機程序一樣，在惡劣的環(huán)境條件下發(fā)生程序跑飛的問題。尤其是現在FPGA器件有越來越多的參考設計方案以及IP(知識產權)核心庫方面的支持。利用FPGA設計的PID控制器一方面可以將實現PID算法的模塊單獨作為控制模塊來使用，直接去實現對控制對象的調節(jié)，另一方面，基于FPGA的PID控制算法也可以將其作為系統(tǒng)內的IP核，以便在多路或復雜的系統(tǒng)上直接調用，加快研發(fā)設計速度。
2.PID算法分析
2.1 離散PID算法
PID控制系統(tǒng)是一個簡單的閉環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示，PID系統(tǒng)框圖中，整個系統(tǒng)主要包括比較器、PID控制器和控制對象，其中PID包括三個環(huán)節(jié)，即比例、積分和微分。
圖1 PID系統(tǒng)框圖
圖1中的r(t)作為系統(tǒng)的給定值，y(t)作為系統(tǒng)的輸出值，e(t)是給定值與輸出值的偏差，所以系統(tǒng)的偏差可以求得：
e(t)=r(t)-y(t) (1)
u(t)作為控制系統(tǒng)中的中間便量，既是偏差e(t)通過PID控制算法處理后的輸出量，又是被控對象的輸入量，因此模擬PID控制器的控制規(guī)律為：
其中，KP為模擬控制器的比例增益，TI為模擬控制器的積分時間常數，TD為模擬控制器的微分時間常數。
86-020-31199948/85550363
86-020-85628533
