基于FPGA的PID控制器設(shè)計研究.pdf

1、PID控制是工業(yè)過程控制中被廣泛采用的一種控制方法。在計算機技術(shù)普及的今天，PID控制技術(shù)得到了進一步的完善。基于微處理器的數(shù)字PID控制器改變了傳統(tǒng)模擬PID控制器參數(shù)整定不靈活的問題。但是常規(guī)微處理器容易在環(huán)境惡劣的情況下出現(xiàn)程序跑飛，如果實現(xiàn)PID算法的微處理器因為干擾或其他原因而出現(xiàn)故障，會引起輸出值的大幅度變化或停止響應(yīng)。這種情況往往是生產(chǎn)實踐中所不允許的，在某些場合還可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。 基于FPGA設(shè)計的

2、PID控制器，在其運行之初由外部微處理器提供PID參數(shù)的整定信息，保留了參數(shù)靈活整定的特點。一旦PID參數(shù)整定完成便處于獨立運行狀態(tài)，不再受微處理器的影響，以最大限度地克服了通過編程實現(xiàn)PID控制器的缺點。另一方面由于采用FPGA技術(shù)，控制器具有比普通微處理器更寬的采樣處理速度范圍。為了利于一些改進算法的實施，采用位置式PID算法進行設(shè)計，并給出了積分分離算法的解決方案。 采用FPGA實現(xiàn)PID控制器，實際上是利用數(shù)字邏輯電路來

3、完成PID控制，由于PID控制算法運算工作量大，增加了實現(xiàn)的難度，尤其是其中的運算精度與溢出問題。為了確保運算過程有足夠的精度，必須采用浮點運算。在技術(shù)上針對具體參數(shù)特點采用不同的浮點表示方法，并提出了相應(yīng)的對階措施。既保證了運算精度又節(jié)省了FPGA硬件資源。 運用自上而下的設(shè)計理念，把整個設(shè)計分成求偏差量、比例、積分、微分、移位對階和時序協(xié)調(diào)控制等幾個部分，對電路中的每一塊都進行了RTL級的實現(xiàn)，同時進行嚴(yán)格的仿真驗證，并進行