提出了基于FPGA 的快速PID 控制器技術(shù)，采用流水線運(yùn)算方法，具有高速、穩(wěn)定、精確的實(shí)時(shí)控制性能，實(shí)現(xiàn)了速度和資源的優(yōu)化匹配。研究并分析了位置式PID 不同算式的特點(diǎn)，完成了浮、定點(diǎn)PID 控制器的硬件實(shí)現(xiàn)，提出了溢出、飽和等問(wèn)題的解決方法，單次運(yùn)算時(shí)間分別達(dá)480 ns、120 ns，并對(duì)兩種控制器的性能進(jìn)行了分析和比較。設(shè)計(jì)了單精度浮點(diǎn)數(shù)和16 位定點(diǎn)數(shù)之間的轉(zhuǎn)換控制器，增強(qiáng)了浮點(diǎn)PID 的普適性。設(shè)計(jì)了基于FPGA 的全數(shù)字逆變焊接電源的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。仿真和實(shí)驗(yàn)證明，浮、定點(diǎn)PID控制器均可在強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中高速、準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行，具有廣泛的實(shí)用性。

　　按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的PID 算法是連續(xù)系統(tǒng)控制理論中技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種控制技術(shù)。隨著智能控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID、模糊PID、小波PID 等許多改進(jìn)的PID 算法，從理論上講，它們能夠彌補(bǔ)單純PID 控制的不足，然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，PID 控制器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、可靠性高，仍是絕大部分場(chǎng)合采取的有效過(guò)程和運(yùn)動(dòng)控制方法。

　　用模擬元器件實(shí)現(xiàn)的PID 調(diào)節(jié)器，受環(huán)境、溫度等因素的影響較大，精度較低，而且硬件電路一旦搭建完成，改動(dòng)麻煩。數(shù)字式PID 具有抗干擾強(qiáng)、參數(shù)整定靈活等模擬控制器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中被普遍采用。目前采用單片機(jī)或DSP 實(shí)現(xiàn)PID 算法比較普遍，應(yīng)用在一些性能要求不是很高的場(chǎng)合。然而無(wú)論是單片機(jī)或DSP，都采用軟件進(jìn)行編程，在速度和可靠性上有一定的局限和欠缺。該文提出了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA 的通用數(shù)字PID 控制器設(shè)計(jì)，能夠滿(mǎn)足高速、高可靠性和精確性應(yīng)用場(chǎng)合的嚴(yán)格要求。

　　立足于全數(shù)字逆變焊接電源的工程背景，采用位置式數(shù)字PID 算法，研究了不同算式的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，提出了基于流水線模式的快速PID 算法，并詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)的思路和方法。通過(guò)程序流程圖、功能框圖和時(shí)序仿真對(duì)浮、定點(diǎn)PID 控制器的實(shí)現(xiàn)及其若干相關(guān)問(wèn)題和解決方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。在仿真成功的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)PID 算法能夠在焊接電源的強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠穩(wěn)定地工作，實(shí)現(xiàn)電源內(nèi)環(huán)控制的快速和高精度，大大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
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