快速浮、定点PID控制器FPGA的研究与实现

提出了基于FPGA的快速PID控制器技术,采用流水线运算方法,具有高速、稳定、精确的实时控制性能,实现了速度和资源的优化匹配。研究并分析了位置式PID不同算式的特点,完成了浮、定点PID控制器的硬件实现,提出了溢出、饱和等问题的解决方法,单次运算时间分别达480ns、120ns,并对两种控制器的性能进行了分析和比较。设计了单精度浮点数和16位定点数之间的转换控制器,增强了浮点PID的普适性。设计了基于FPGA的全数字逆变焊接电源的实验平台。仿真和实验证明,浮、定点PID控制器均可在强电磁干扰的环境中高速、准确、可靠地运行,具有广泛的实用性。

基于FPGA数字PID控制器的实现

利用FPGA开发技术实现智能控制器算法的芯片化,降低计算机故障对控制系统的影响,提高PID控制器的可靠性。本文根据FPGA设计结构类型和特点,提出一种基于FPGA改进型并行机构的PID控制器设计方法。在PID算法与FPGA的运算器逻辑映像过程中,采用补码加法器代替减法器设计,增加整数运算结果的位扩展处理,完成了包括算法顶层模块的积分分离处理,底层浮点加法、浮点乘法、浮点数与整数的转换等多个底层模块的实现。设计通过硬件在回路仿真对所设计的PID控制器进行验证,仿真与测试结果表明算法的有效性与正确性。