单片机与DSP中的自顶向下基于DSPBuilder的PID控制系统开发资源-CSDN文库

单片机与DSP

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在控制领域中，PID控制足最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用

于工业过程控制。此外，随着控制理论的发展，专家系统、模糊逻辑、神经网络、灰色系统理论和传统的PID控

制策略相结合又派生出各种新型的PID类控制器，形成庞大的PID家族，很多算法大大改进了传统P1D控制器的

性能。然而，这些算法在工业中的实际应用范围却远远落后于传统PID算法，其中一个原因就足传统的单片机加

分立元件构成的工业控制系统在实施更新更复杂的算法时，算法的复杂性或使得系统硬件设计调试更加复杂，

或使得单片机内软件代码行增多，延时加大，开发周期变长。稳定性和可靠性在新系统设计时成为不能忽视的

一个

在控制领域中，PID控制足最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程

控制。此外，随着控制理论的发展，专家系统、模糊逻辑、神经网络、灰色系统理论和传统的PID控制策略相结合又派生出各

种新型的PID类控制器，形成庞大的PID家族，很多算法大大改进了传统P1D控制器的性能。然而，这些算法在工业中的实际

应用范围却远远落后于传统PID算法，其中一个原因就足传统的单片机加分立元件构成的工业控制系统在实施更新更复杂的算

法时，算法的复杂性或使得系统硬件设计调试更加复杂，或使得单片机内软件代码行增多，延时加大，开发周期变长。稳定性

和可靠性在新系统设计时成为不能忽视的一个问题。

　　而近年来，微电子技术的迅速发展，使得集成电路设计和工艺水平有了很大的提高，随着超深亚微米技术的发展，使得原

先由许多IC组成的电子系统集成在一个单片硅片上成为可能，构成所谓的片上系统(System 0n Chip，SOC)，同时也促进了相

应EDA工具的蓬勃发展。

　　控制算法的极大丰富和微电子领域工艺技术及EDA工具的飞速发展，使得我们可以将两个领域的应用优势集合在一起，

在EDA工具的帮助

下便捷快速地在FPGA上可靠地实现各种新型算法，完成整个控制系统从行为算法级(系统级)到物理结构级的全部设计，从而

达到将各种新型PID算法广泛应用于实际工业控制系统的目标。

2离散离散PID控制算法控制算法

2．．1 PID算法算法

　　比例、积分、微分(PID)控制是控制系统中技术最成熟，运用最广泛的一种控制方式。其基本原理是根据反馈控制系统的

偏差值按比例、积分、微分函数关系进行运算，所得结果输出给执行机构，执行机构根据偏差值的运算结果来控制被控对象。

　　e(t)为控制器的输入即控制系统的给定量与输出量的偏差；u(t)为控制器的输出；Kp为比例系数；Tl为积分时间常数；TD

为微分时间常数。在连续时间域中，PID控制器算法的表达式为：

2．．2 PID算法的离散化算法的离散化

　　由于计算机控制只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此需对上式进行离散化处理。按模拟PID控制算法式(1)，以一

系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分(和式)近似代替积分，以一阶向后差分(增量)近似代替微分，即：

可得离散PID表达式：

式中，积分系数K1=KP/Tl，微分系数KD=KPTD,T为采样周期，k为采样序号，k=1，2，…，e(k一1)和e(k)分别为第(k一1)和

第k时刻所得的偏差信号。

2．．3 PID控制系统框图控制系统框图

　　一般控制系统的PID系统控制框图如图1所示。其中，source为系统设定值，feedback为系统反馈值，e(t)为反馈误

差，u(t)为PID控制器输出值。图中"PID控制算法"框图子系统即需要我们在算法级用DSP Builder进行自顶向下的设计仿真。

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