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1、基于SOPC的多通道智能PID控制器廖得元，方康玲，朱丽（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081）摘要：针对传统的多通道数字PID控制器实时性较差的特点，本文提出一种利用FPGA技术实现多通道PID控制器的硬件设计方案。并且采用模糊自整定方法对PID控制器参数进行实时调节，实现PID控制器的自适应功能。关键词：模糊控制器；PID控制器；模块化设计；FPGA中图分类号：TP273文献标适码：B基金项目:国家科技攻关计划项目2005BA102CMulti-channelPIDcontrollerrealizedonSOPCLIAODe-Yuan,FANGKang-Ling，ZH
2、ULi(CollegeofInformationScienceandEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,WuhanHubei430081，China)Abstract:Becausetraditionalmulti-channeldigitalPIDcontrollerispooratreal-timecontrol,ahardwaredesignschemebasedonFPGAispresentedtorealizemulti-channelPIDcontroller.Afuzzyself-adjustingmethod
3、isusedtoadjustreal-timeparametersofPIDcontroller,andtorealizetheadaptedfunctionofPIDcontroller.Keywords:Fuzzycontroller;PIDcontroller;Modulardesign;FPGA0引言随着人工智能、专家系统的发展，智能PID控制器应用越来越广泛。参数模糊自整定PID控制作为一种经典的方法仍然被广泛的应用着。传统多通道参数模糊自整定PID控制器多是采用软件实现，不能很好地进行实时处理。本文是在一块FPGA上设计多通道智能PID控制器。由于它内部数据的处理都是通过硬件
4、电路并行完成的，这样不仅很好地解决了数据的处理速度问题，而且也实现了多个相同功能模块重复使用。对于大的、复杂的多通道控制系统，很好地解决了软件串行对控制速度的影响。本文是以FPGA为核心，利用模糊自整定参数的方式来整定PID控制器的三个参数，设计出了一套基于FPGA的多通道模糊PID控制器。1模糊PID控制器设计单个参数模糊自整定PID控制器的系统结构如图一所示:模糊控制器kpkikdUDe/DtR+ePID控制器被控对象-图一系统结构图PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系，在运行中通过不断地检测误差和误差变化率，根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修
5、改，以满足不同误差和误差变化率对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静性能。从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑，要求模糊控制器能够实时调节PID控制器的比例、积分、微分三个参数，本文是总结现场操作人员的工作经验，依据PID参数调节理论建立了三个参数的控制规则，模糊模型选用的是Mamdani模糊模型，规则表如表一所示：NBENMNSZOPSPMPBKENBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMN
6、MNBNB（Kp的模糊控制规则表）NBENMNSZOPSPMPBKENBNBNBNMNSNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB(Ki的模糊控制规则表)NBKENMNSZOPSPMPBENBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB(Kd的模糊控制规则
7、表)表一参数控制规则表其模糊子集为e,ec={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},子集中元素分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，e,ec,Kp,Kd的论域范围均为[-3,3],Ki的论域范围是[-0.06,0.06]，它们的模糊NB的形状是Z形隶属度数，PB是S状隶属度函数，其余的模糊子集都是三角形隶属度函数。模糊控制器的论域转换模块将误差和误差变化率的范围[-255,255]转换到[-3,3]基本论域上，再根据
