基于PID算法的炉温控制器设计

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要在现代工业生产的许多环节中，温度是非常重要的一个指标。在一定范围内控制现场温度，是产品质量及安全生产的重要保证，因此温度控制系统在工业控制领域中十分重要。而应用传统的模拟电路控制方法，由于电路复杂、器件太多、无法用精确的数学方法来建立模型并确定参数，往往很难达到理想的控制效果。本设计采用PID控制。PID控制器问世至今已有近70年历史，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

2、被广泛应用于化工、冶金、机械、热工和轻工等工业过程控制系统中。目前，PID算法一般是在顺序程序结构的微处理器上实现。由于PID算法有一定的并行性，顺序程序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。本文中为了设计一个较为理想的温度控制系统，在应用传统PID控制技术的基础上，针对工业温控仪具体的工作特点，提出了以FPGA(FieldProgrammab

3、leGateArray)为核心器件，利用硬件描述语言(HardwareDescriptionLanguage)进行硬件设计，然后利用PID控制器进行PWM(PulseWidthModulation)的控制输出，设计出了一套基于FPGA的PID温度控制器。不仅解决了传统的温度控制系统建模复杂，控制性能较差的问题，而且FPGA的应用大幅提高了数据的处理速度以及多个相同功能模块的重复使用，从而实现高精度高效率的控制。关键词：温度控制；硬件描述语言；PID：FPGA第1I页武汉科技大学硕士学位论文Abst

4、ractInmanylinksofmodernindustrialproduction，temperatureisallimportantindicator．Tocontrolthefieldtemperaturewithinlimitswillbetheimportantguaranteeofproductqualityandproductionsafety．Therefore，itisveryimportanttoapplytemperaturecontrolsystematindustria

5、lcontrolregion，whilethetraditionalanalogcircuitsystemcan’tbringaboutanidealeffectaSaresultofit’Sintricatecircuitandtoomuchdevice．Moreover,itCannotestablishedmathematicmodelandascertainparameterexactly,therefore，thisdesignadoptPIDcontr01．ThePIDeontroUe

6、rhasbeentoapproximate70一yearshistory,itistheabbreviationoftheproportion，theintegral，thedifferentialcontroller．ItisthemostcomlllOnprocesseontroUerinthecommercialcontr01．PIDcontrollerhassimplealgorithm，goodeffect．thusitiswidelyappliedincommercialruncont

7、rolsystemsonthechemicalindustry,metallurgy,machinery,hotworking，lightindustryandSOon．Atpresent，thePIDalgorithmisgenerallyrealizedontheprocessorsofserialprogramstructure．However,thePIDalgorithmhasparallelism，theserialstructureprocessorshavelimiteditssp

8、eed，andtiisnotSOsuitabletothetimelysystems．ThehardwareelectriccircuitwhichrealizesOilFPGAthroughthehardwaredescriptionlanguagehastheformidableconcurrentoperationability,Cansolvethisproblem，thusrealizesthePIDcontrolofhighspeed。Thisdissertations