用HLS实现PID控制器

PID控制器(比例-积分-微分控制器)，由比例单元(Proportional)、积分单元(Integral)和微分单元(Derivative)构成，可以通过调整这三个单元的增益来调整其特性，如下图所示。PID控制器主要适用于基本上线性且动态特性不随时间变化的系统。

不难看出，PID控制器是一个带有反馈支路的闭环系统，这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后根据此误差值计算新的输入值。这个新的输入值的目的是让系统的输出数据达到或者保持在参考值。PID控制器可以根据历史数据和误差的出现率来调整输入值，使系统更加准确而稳定。

从编程角度而言，我们需要知道参考值、初始输出值、比例单元增益、积分单元增益和微分单元增益。但这还不够，毕竟上图显示的是一个模拟系统而非离散化的数字系统。接下来我们看看如何对其进行离散化处理。

比例控制单元

比例控制单元是PID控制器中最简单的部分，通过一个乘法操作即可完成。其物理意义在于“稳”，即稳定性，放大控制作用，表征的是粗调跟进以快速地响应被控对象和输入的线性关系。

积分控制单元

如果仅用比例控制单元，那么系统就会出现稳态误差，因此，我们引入了积分控制单元。积分控制单元的传递函数可表示为(在z域)

由此可得输出和输入的时域表达式为

不难看出，积分的离散化实质上就是累加。从物理角度而言，积分控制单元对于“准”，其目的是消除稳态误差。

审核编辑：汤梓红