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不完全微分PID控制的FPGA的研究
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2009-09-02
五斤麻辣油
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介绍了一种不完全微分的PID 控制器在FPGA 上实现的方法。首先对不完全微分PID
控制的原理和设计中使用的算法进行分析，然后，用MATLAB 针对特定的被控对象模型进行仿真实验，获得了比较理想的系统输出。最后，利用VHDL 语言设计不完全微分PID 控制器、A/D 和D/A 等各个模块，并对各个模块进行设计中的优化处理。实验表明，该设计方案可行的，而且本文的设计既有很快的运行速度，又改善了传统PID 控制器的控制性能。
关键词: VHDL ；FPGA ；PID 控制；不完全微分；PID 算法
数字 PID 控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法，在冶金、机械、化工等行
业获得了广泛的应用[1]。但是由于在工业控制的过程中设备不断的启动和停止，以及现场工作环境条件的限制。即使具有经过精心设计的抗干扰设备的工控计算机，都有可能因为偶然的人为或非人为的干扰而出现控制出错。如果能够设计一个通用的控制芯片来对生产过程中的设备进行控制，就可能减少不必要的错误。
随着EDA(Electronic Design Automation)技术的发展，FPGA(Field Programmable Gate
Array)在数字逻辑系统中发挥着越来越重要的作用。FPGA 最明显的优势在于集成度高，体积小，功耗低，可靠性高和电路设计比较灵活。因此应用FPGA 设计各种各样的芯片的技术应运而生。本文提出了一种用FPGA 设计具有高可靠性的改进型的数字PID 电路。仿真实验表明：该设计方法是可行的，并且在实际的控制中也具有很好的控制效果。
控制的原理和设计中使用的算法进行分析，然后，用MATLAB 针对特定的被控对象模型进行仿真实验，获得了比较理想的系统输出。最后，利用VHDL 语言设计不完全微分PID 控制器、A/D 和D/A 等各个模块，并对各个模块进行设计中的优化处理。实验表明，该设计方案可行的，而且本文的设计既有很快的运行速度，又改善了传统PID 控制器的控制性能。
关键词: VHDL ；FPGA ；PID 控制；不完全微分；PID 算法
数字 PID 控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法，在冶金、机械、化工等行
业获得了广泛的应用[1]。但是由于在工业控制的过程中设备不断的启动和停止，以及现场工作环境条件的限制。即使具有经过精心设计的抗干扰设备的工控计算机，都有可能因为偶然的人为或非人为的干扰而出现控制出错。如果能够设计一个通用的控制芯片来对生产过程中的设备进行控制，就可能减少不必要的错误。
随着EDA(Electronic Design Automation)技术的发展，FPGA(Field Programmable Gate
Array)在数字逻辑系统中发挥着越来越重要的作用。FPGA 最明显的优势在于集成度高，体积小，功耗低，可靠性高和电路设计比较灵活。因此应用FPGA 设计各种各样的芯片的技术应运而生。本文提出了一种用FPGA 设计具有高可靠性的改进型的数字PID 电路。仿真实验表明：该设计方法是可行的，并且在实际的控制中也具有很好的控制效果。
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