基于FPGA的可控硅PID控制器設(shè)計.pdf

1、可控硅數(shù)字控制器是一種對三相電整流進(jìn)行準(zhǔn)確控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，保證供電系統(tǒng)的安全、可靠運行。本文重點對可控硅數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制算法進(jìn)行研究，包括PID算法、與模糊理論相結(jié)合的模糊PID算法以及這些算法的FPGA設(shè)計方法和DPWM的實現(xiàn)方法。
　　目前的可控硅數(shù)字控制系統(tǒng)主要以單片機為主，與單片機相比，F(xiàn)PGA具有高時鐘、并行計算、穩(wěn)定性高的特點，同時FPGA的I/O資源更加豐富，適合于輸入輸出控制較多的場合

2、，選取 FPGA作為可控硅控制器，不但便于智能控制算法的實現(xiàn)，還具有更好的資源擴展性。
　　本文主要針對可控硅數(shù)字控制器設(shè)計進(jìn)行了以下工作：
　　第一，介紹了可控硅數(shù)字控制器的相關(guān)基礎(chǔ)知識，包括可控硅三相整流電路的工作原理、可控硅數(shù)字控制器的工作流程，我們設(shè)計完成的基于 FPGA的可控硅數(shù)字控制系統(tǒng)硬件平臺結(jié)構(gòu)。
　　第二，在分析PID算法的基本原理基礎(chǔ)上，在方案中選擇增量式PID作為設(shè)計和實現(xiàn)對象，基于FPGA完成增

3、量式PID的設(shè)計和驗證。經(jīng)過對增量式PID算法的研究設(shè)計出相關(guān)流程圖，然后根據(jù)流程圖，采用層次化設(shè)計方法，在 FPGA中對增量式PID算法進(jìn)行了模塊的劃分，完成了各模塊詳細(xì)設(shè)計。
　　第三，將模糊理論與PID相結(jié)合，在FPGA中設(shè)計完成了模糊PID算法。模糊PID控制器的設(shè)計以增量式PID為基礎(chǔ)，加入了模糊控制，其中，模糊規(guī)則采用離線推理法。離線推理法通過 Matlab調(diào)用 fuzzy根據(jù)模糊規(guī)則推導(dǎo)出離散規(guī)則表，再將散規(guī)則表存入

4、到FPGA的ROM中建立成數(shù)據(jù)庫用于模糊控制調(diào)用。離線推理法相對于線性推理法而言，規(guī)則的推理過程不需要在程序中進(jìn)行，提高了程序的運行速度，降低了使用資源和程序復(fù)雜度。
　　第四，為了驗證PID在FPGA中的使用效果，我們在FPGA中建立了線性和非線性數(shù)學(xué)模型，然后分別對增量式PID和模糊PID進(jìn)行模擬仿真并分析了其適用范圍。
　　第五，通過對DPWM的分辨率的分析，結(jié)合現(xiàn)階段最常用的的幾種實現(xiàn)DPWM方法，在FPGA上根據(jù)可