基于FPGA的PID控制器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、PID控制是工業(yè)過(guò)程控制中被廣泛采用的一種控制方法。在計(jì)算機(jī)技術(shù)普及的今天，PID控制技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善?；谖⑻幚砥鞯臄?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(wèn)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(shí)現(xiàn)PID算法的微處理器因?yàn)楦蓴_或其他原因而出現(xiàn)故障，會(huì)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(shí)踐中所不允許的，在某些場(chǎng)合還可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。 基于FPGA設(shè)計(jì)的

2、PID控制器，在其運(yùn)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(diǎn)。一旦PID參數(shù)整定完成便處于獨(dú)立運(yùn)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(guò)編程實(shí)現(xiàn)PID控制器的缺點(diǎn)。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(jìn)算法的實(shí)施，采用位置式PID算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并給出了積分分離算法的解決方案。 采用FPGA實(shí)現(xiàn)PID控制器，實(shí)際上是利用數(shù)字邏輯電路來(lái)

3、完成PID控制，由于PID控制算法運(yùn)算工作量大，增加了實(shí)現(xiàn)的難度，尤其是其中的運(yùn)算精度與溢出問(wèn)題。為了確保運(yùn)算過(guò)程有足夠的精度，必須采用浮點(diǎn)運(yùn)算。在技術(shù)上針對(duì)具體參數(shù)特點(diǎn)采用不同的浮點(diǎn)表示方法，并提出了相應(yīng)的對(duì)階措施。既保證了運(yùn)算精度又節(jié)省了FPGA硬件資源。 運(yùn)用自上而下的設(shè)計(jì)理念，把整個(gè)設(shè)計(jì)分成求偏差量、比例、積分、微分、移位對(duì)階和時(shí)序協(xié)調(diào)控制等幾個(gè)部分，對(duì)電路中的每一塊都進(jìn)行了RTL級(jí)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的仿真驗(yàn)證，并進(jìn)行