基于模糊控制的PID算法的炉温控制器设计与仿真研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文第l页摘要PID控制器是工业过程控制中最常见的一种过程控制器．模糊控制可改善PID控制参数难以整定的问题。本文将EDA技术与控制理论相结合，以FPGA为核心，提出了一种模糊自整定PID算法的炉温控制器。由于PID算法有一定的并行性，该方案充分发挥了EDA技术的优势，由硬件描述语言实现的硬件电路解决了快速、并行运算的问题，从而实现高速的PID控制。本文首先介绍了PID控制器的发展动态，引入模糊理论，介绍了EDA技术和FPGA的开发流程。本文采用自项向下的方法根据PID运算步骤分割模块，然后利用硬

2、件描述语言实现各模块功能，并进行仿真。本文详细阐述了实现模糊控制的全过程，包括模糊量化、模糊推理、解模糊等步骤，用离线计算和在线查表的方法完成模糊控制器的设计，最后利用模糊PID控制器控制PWM的输出占空比来控制可控硅的导通时间，设计出了一套基于FPGA的模糊PID温度控制器。FPGA的使用避免了其它微处理器在恶劣条件下程序跑飞、程序死循环、复位不可靠等问题，同时加强了模块的通用性，减少了系统硬件开发周期，‘降低了设计开发成本。关键词：FPGA；硬件描述语言；PID；模糊控制第1l页武汉科技大学硕士学位论文Abstr

3、actPIDcontrolleriSthemostcommonlyusedprocesscontrollerinindustrialprocesscontr01．ThefuzzycontrolcanhelpadjusttheparametersofthePIDcontrolalgorithm．Inthisdissertation，afurnacetemperaturecontrollerbasedonthefuzzyPIDalgorithmisdetailedintroducedaccordingtoEDAtechn

4、ologiesandcontroltheories．DuetotheparallelismofthePIDalgorithm，thisdesignmakesUSeoftheadvantagesofEDAtechnologies．ThehardwarecircuitthatiscarriedoutbyhardwaredescriptionlanguageCansolvetheproblemsofhighspeedandconcurrentcalculation，thusmakesthehigh—speedPIDcont

5、rolcometrue．Inthisdissertation,thedevelopmentofthePIDcontrollerisfirstlyintroduced．Lateron，fuzzytheoryisintroduced，thenEDAtechnologyandthedesignprocesureofFPGAaredemonstrated．ThePIDalgorithmisdividedintoseveralmodulesbythetop-downmethod．Eachmoduleiscarriedoutan

6、dsimulatedbythehardwaredescirptionlanguage．Thewholeprocesureoffuzzycontrolincludingfuzzyquantization，fuzzydeduceandfuzzydecodingisdetailedlyelaborated．Thedesignoffu硒controlismainlycompletedbythemethodsofofflinecalculationandonlinelook-uptable．Eventually,PWMoutp

7、utcontrolledbythefuzzyPIDcontrollercontrolsthebreak-OVertimeofthethyrister．DesigningonFPGAcanimprovethereliabilityofthecontrolandavoidsomeproblems，likeprogrammefleet，deadloopandabnormalreset，whichaccurtoothermicroprocessors．Itnotonlyenhancestheversatilityofthem

8、oduleandreducesthehardwaredevelopmentcycle,butalsoreducesthecostofthedesign．Keywords：FPGA；Hardwaredescriptionlanguage；PID；Fuzzycontrol武汉科技大学硕士学位论文第1页1．1选题背景及意义第一章概述温度是现代工业控制