📦 基于FPGA的PID控制器设计研究.rar - 免费下载

PID控制是工业过程控制中被广泛采用的一种控制方法。在计算机技术普及的今天，PID控制技术得到了进一步的完善。基于微处理器的数字PID控制器改变了传统模拟PID控制器参数整定不灵活的问题。但是常规微处理器容易在环境恶劣的情况下出现程序跑飞，如果实现PID算法的微处理器因为干扰或其他原因而出现故障，会引起输出值的大幅度变化或停止响应。这种情况往往是生产实践中所不允许的，在某些场合还可能造成严重的生产事故。 基于FPGA设计的PID控制器，在其运行之初由外部微处理器提供PID参数的整定信息，保留了参数灵活整定的特点。一旦PID参数整定完成便处于独立运行状态，不再受微处理器的影响，以最大限度地克服了通过编程实现PID控制器的缺点。另一方面由于采用FPGA技术，控制器具有比普通微处理器更宽的采样处理速度范围。为了利于一些改进算法的实施，采用位置式PID算法进行设计，并给出了积分分离算法的解决方案。 采用FPGA实现PID控制器，实际上是利用数字逻辑电路来完成PID控制，由于PID控制算法运算工作量大，增加了实现的难度，尤其是其中的运算精度与溢出问题。为了确保运算过程有足够的精度，必须采用浮点运算。在技术上针对具体参数特点采用不同的浮点表示方法，并提出了相应的对阶措施。既保证了运算精度又节省了FPGA硬件资源。 运用自上而下的设计理念，把整个设计分成求偏差量、比例、积分、微分、移位对阶和时序协调控制等几个部分，对电路中的每一块都进行了RTL级的实现，同时进行严格的仿真验证，并进行了速度性能分析。本成果封装后还可作为一个专用的IP核供设计更大控制系统时复用。

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