基于FPGA的模糊PID控制器研究与实现

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在控制理论和技术飞速发展的今天,PID控制由于其具有控制方法简单、易于实现和现场调试等优点,被广泛应用于工业过程控制。在实际过程中,被控过程都是非线性的且具有时变不确定性特点,特别是对于一些控制过程较为复杂,对控制精度和稳定性要求较高的系统,单一的PID控制方法难以满足要求。由于模糊控制模拟人脑的思维方式,能处理客观世界的非精确、非线性的信息,具有很强的抗干扰能力,将模糊控制技术和PID控制技术结合起来,为现代工业自动控制问题提供了新的解决方案。  本课题将PID控制技术与模糊控制技术相结合,提出了一种基于VHDL描述、FPGA实现的模糊自整定PID控制器设计方法。  首先介绍了数字PID控制算法及其改进算法,模糊控制的理论基础,并且对课题中所要设计的模糊控制器进行了详细的描述。在此基础上,本文重点研究了带有外围接口功能的模糊PID控制器的数字逻辑实现方案。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、模糊化、模糊推理、反模糊化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。最后针对模糊PID控制,用Matlab中的Simulink和Fuzzy工具箱,对不同控制对象进行了仿真研究,并与常规PID控制特性进行了对比分析,证明了所建系统的合理性。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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