基于sopc的pid控制器设计

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1、武汉科技大学硕士学位论文基于SOPC的PID控制器设计姓名：罗元申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：郝国法20080531武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要PID控制是比例、积分、微分控制的简称，PID控制器是工业过程控制中最常见的一种过程控制器。由于PID控制器算法简单、效果好，因而被广泛应用于化工、冶金、机械等工业过程控制系统中。目前，PID算法一般是在串行结构的微处理器上实现。由于PID算法有一定的并行性，串行结构的微处理器限制了它的速度，对于实时性要求比较高的系统来说，是不太适合的。通过硬件描述语

2、言VHDL在FPGA上实现的硬件电路具有强大的并行运算能力，可以解决这个问题，从而实现高速的PID控制。另外，用FPGA芯片实现的PID控制器具有升级方便的显著优点，可编程逻辑器件的内部电路可以根据实际需要很方便的升级，从而显著提高系统的灵活性。基于SOPC的的PID控制器，采用了以硬件为主，软件为辅的设计方法，通过硬件描述语言VHDL实现了AD转换控制模块，分频器模块以及核心的PID算法模块，从而保证了对PID运算的快速响应；系统还嵌入了Altera公司的NiosII软核作为处理器，并设计了基于Avalon总线的外设，

3、完成LCD显示，串口通信，外扩存储器读写等功能。这样，PID控制模块和嵌入式软核处理器被集成到一块FPGA芯片中，充分体现了FPGA系统的优越性，使得该控制器具有响应速度快，灵活性高的特点。本文首先介绍了SOPC技术的发展和增量式数字PID算法，然后介绍了系统总体设计方案，并详细叙述了基于VHDL的硬件逻辑设计和基于SOPC的嵌入式系统设计，最后对本设计进行了总结。关键词：PID控制器；FPGA；ⅦDL语言；SOPC技术；第1I页武汉科技大学硕士学位论文AbstractThePIDcontrolleristheabbre

4、viationoftheproportion，theintegral，thedifferentialcontroller．Itisthemostcommonprocesscontrollerinthecommercialcontr01．PIDcontrollerhassimplealgorithmandgoodeffect，thusitiswidelyappliedincommercialcontrolsystemsonthechemicalindustry，metallurgy，machineryandSOon．Atp

5、resent，thePIDalgorithmisgenerallyrealizedontheprocessorsofserialstructure．However，thePIDalgorithmhasparallelism，theserialstructureprocessorshavelimiteditsspeed，anditisnotsuitabletothetimelysystems．ThehardwareelectriccircuitrealizedonFPGAthroughthehardwaredescript

6、ionlanguagehastheformidableconcurrentoperationability，cansolvethisproblem，thusrealizesthePIDcontrolofhi【ghspeed．Moreover，thePIDcontrollerrealizedintheFPGAchiphastheremarkablemeritofconvenientpromotion，theinternalcircuitofprogrammablelogicalcomponentmaypromoteconv

7、enientlyaccordingtotheactualneed，thusobviouslyenhancestheflexibilityofthesystem．ThePIDcontrollerBasedonSOPC，hasusedthedesignmethodofhardwareprimarily，thesoftwarefortheauxiliary，realizedtheADtransformationcontrollingmodule，thefrequencydividermoduleandthePIDalgorit

8、hmmodule，throughthehardwaredescriptionlanguage，thushasguaranteedthefastresponseofPIDoperation．Moreover，thissystemhasinsertedAlteraCorporation’SNiosIIsoftnucleu